KR20140084263A - 부하 시뮬레이션에 의하여 부하가 걸린 휠의 행동의 결정 - Google Patents

부하 시뮬레이션에 의하여 부하가 걸린 휠의 행동의 결정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부하가 걸린 타이어 또는 휠의 행동을 비접촉으로 결정하는 방법에 관한 것으로, 타이어 또는 휠의 적어도 일부의 윤곽을 결정하는 단계; 결정된 윤곽, 가상 부하 부재에 의하여 유발된 상기 결정된 윤곽의 변위 및 타이어 또는 휠 또는 상기 타이어의 일부에 관련되는 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 휠의 적어도 하나의 회전 위치에 대하여 타이어 상에 놓인 가상 부하 부재로 타이어 또는 휠의 부하를 시뮬레이션하는 단계; 그리고 상기 시뮬레이션 결과를 이용하여 부하가 걸린 휠의 행동을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

부하 시뮬레이션에 의하여 부하가 걸린 휠의 행동의 결정{DETERMINATION OF BEHAVIOR OF LOADED WHEELS BY LOAD SIMULATION}
본 발명은 부하가 걸린 타이어 또는 휠, 더욱 상세하게는 공압의 모터 자동차 타이어 또는 휠, 림(rim)을 포함하는 휠 또는 휠 어셈블리 및 림에 탑재된 타이어의 행동을 결정하는 방법에 관한 것이다. 여기서 행동은 부하가 걸린 휠에 작용하는 방사상 또는 측 방향의 힘, 부하에 의해 초래된 타이어 또는 휠의 변형, 부하가 걸린 휠의 방사상 또는 측 방향의 런아웃(runout), 또는 타이어 또는 휠 상에 가해지는 부하로 인해 초래되는 다른 행동 또는 결과에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 방법을 수행하는 시스템 또는 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 부하 시뮬레이션에 의하여 부하가 걸린 휠의 행동 특성을 결정하는 개선된 방법 및 장치에 관한 것이다.
공압의 모터 차량 휠이 안정된 상태에서도, 타이어 구조의 불균일성 및 휠 림의 런아웃(runout)은 정상적인 운전 상태인, 휠이 부하가 걸린 상태에서 구르는 경우 큰 진동력(vibration force)을 초래할 수 있다. 부하가 걸리지 않은 상태에서 적절하게 안정된 휠/타이어 어셈블리가 자동차에 설치되어 자동차 무게로부터 발생하는 실질적인 부하를 받는 경우에도 적절하게 안정된다는 가정이 반드시 유효한 것은 아니다.
부하가 걸린 휠의 행동의 불균일성은, 예를 들어 카케이스(carcass) 또는 타이어 벽 두께(타이어 구조)의 변형과 같은 타이어 구조의 불균일성에 의하여 발생하는 타이어 강성의 변화뿐만 아니라 타이어 및/또는 림의 방사상 또는 축방향 런아웃으로부터 발생할 수 있다. 이러한 불균일성은 둘레를 따라, 즉 휠의 회전 내에서, 부하가 걸린 휠의 롤링 지름의 변화를 유발한다. 이는 휠 축의 수직 이동을 일으키며, 이로 인하여 수직 진동력은 구동 중인 자동차의 휠 서스펜션에 작용한다.
힘 변형 및/또는 런아웃과 같은 부하가 걸린 휠의 불균일성을 결정하는 것이 바람직하다. 이때, 결정된 불균일성은, 예를 들어 림/타이어 어셈블리의 각도 리마운트 위치(angular remount position)를 식별하거나 밸런싱 무게의 규모 또는 위치를 정정하는 휠 밸런서 또는 타이어 체인저의 동작 동안 사용될 수 있다. 이에 따라, 부하가 걸린 휠의 불균일성의 부작용은 경감되거나 제거될 수 있다.
부하가 걸린 구르는 휠의 방사상 힘 변형 또는 방사상 런아웃과 같은 불균일성을 결정하는 휠 밸런서는 US6,397,675에 공지되어 있다. 이러한 휠 밸런서와 함께, 부하 롤러(load roller)는 휠의 회전 동안 림/타이어 어셈블리(휠)에 실질적인 방사상 힘을 가하기 위하여 제공된다. 휠이 회전하는 동안 부하 롤러의 움직임은 부하가 걸린 휠의 방사상 런아웃을 측정하기 위하여 관찰된다. 또한, 부하가 걸린 구르는 휠의 진동력은 휠 밸런서의 진동 센서에 의하여 측정된다.
실제 상황에서 부하가 걸린 롤링 휠을 측정하는 부하 롤러는 부하 롤러에 의하여 휠에 전형적으로 적용되는 강한 힘 때문에 대응하는 측정 장치의 거대한 구조를 요구한다. 이는 무겁고 큰 장치 및 비용 증가를 초래한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 휠에 강한 힘을 인가하지 않으면서도 부하로 인한 휠의 행동을 결정하기 위한 개선된 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 청구항 1에 따른 방법 및 청구항 23에 따른 시스템에 의하여 해결될 수 있다. 종속항들은 본 발명의 개선된 형태에 관한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 타이어 또는 휠의 적어도 일부의 윤곽(contour)을 결정하는 단계, 결정된 윤곽, 가상 부하 부재에 의하여 유발되는 결정된 윤곽의 변위, 그리고 타이어 또는 휠 또는 타이어의 일부에 연관되는 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 타이어 또는 휠의 적어도 하나의 회전 위치에 대하여 타이어에 놓인 적어도 하나의 가상 부하 부재로 상기 휠 또는 타이어에 걸리는 부하를 시뮬레이션하는 단계, 그리고 시뮬레이션 결과를 이용하여 부하가 걸린 타이어 또는 휠의 행동을 결정하는 단계를 포함하는, 부하가 걸린 타이어 또는 림과 상기 림에 탑재된 타이어를 포함하는 휠의 행동을 결정하는 방법이 제공된다.
타이어 구조의 불균일성(non-uniformities)은 주로 부하가 걸리지 않은 상태 및 부하가 걸린 상태에서 타이어의 형상의 불균일성에 의하여 초래된다. 즉, 부하가 걸린 상태에서 타이어 또는 휠의 행동은 그의 형상 또는 그의 형상의 불균일성으로부터 적어도 부분적으로 유도될 수 있는 그의 구조에 따른다. 윤곽은 타이어 또는 휠의 표면을 스캔하는 스캐닝 장치, 예를 들면 스캔된 표면에 대한 삼차원 데이터를 제공하는 광학 스캐닝 장치에 의하여 결정될 수 있다.
부하 시뮬레이션은 타이어의 어느 영역의 윤곽에 기초할 수 있다. 시뮬레이션을 위하여 사용되는 윤곽의 예는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 타이어 트레드 표면 및/또는 타이어 측벽의 적어도 일부를 포함하는 외곽 또는 휠의 지름에 대응하는 윤곽뿐만 아니라, 트레드 표면 건너편인 타이어의 내곽 또는 측벽 및 비드 영역의 내곽일 수 있다. 타이어의 측벽을 고려하는 것은, 측벽의 윤곽이 예를 들면 부하가 걸린 상태에서 타이어 변형 및 타이어 강도에 관한 결론을 허락하므로, 시뮬레이션 정확도를 높일 수 있다. 시뮬레이션을 위하여 결정되고 사용되는 윤곽의 위치, 연장(extension) 및 형상은 예상되는 애플리케이션에 따라, 또는 결정된 타이어 또는 휠의 행동의 양상에 따라 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 타이어의 일부의 내곽(inner contours) 및 외곽(outer contours)이 결정되어, 각 타이어 영역의 벽 두께가 결정될 수 있다. 타이어 영역의 벽 두께에 대한 데이터를 가지면 국부적인 타이어 벽 강도 및 타이어 변형 예측을 고려하여 매우 정확한 시뮬레이션이 가능해진다. 이는, 예를 들면 정교한 엘리먼트 계산에 기초할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 각 회전 위치에서 타이어 또는 휠에 부하를 거는 것에 의하여 유발되는 전체 타이어의 변형은 더욱 정확한 결과를 얻기 위하여 시뮬레이션될 수 있다. 이를 위하여, 타이어 기술 분야에서 공지된 타이어의 링 모델이 사용될 수 있다. 이러한 링 모델은 부하가 걸린 전체 타이어의 변형을 기술하며, 결정된 윤곽 또는 타이어 영역의 벽 두께와 관련하여 시뮬레이션되는 부하 상황으로부터 초래되는 타이어 영역의 변위 및 각 타이어 영역에 작용하는 힘을 계산하는 것을 가능하게 한다.
타이어 또는 휠의 적어도 일부의 윤곽을 결정하는 동안, 타이어 또는 휠은 바람직하게는 부하가 걸리지 않은 상태일 수 있다. 그러나, 휠이 물리적인 부하 롤러 또는 부하 플레이트에 의하여 부하가 걸리거나, 휠이 부하가 걸린 상태에서 길 표면 상에 있는 경우(예를 들어, 차량에 탑재된 경우), 휠에 부하가 걸린 상태에서 윤곽을 결정하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 타이어 또는 휠의 부하가 걸리지 않은 부분은 윤곽을 결정하기 위하여 스캔될 수 있으며, 부하가 걸리지 않은 부분은 물리적인 부하 부재 또는 길 표면에 반대하여 위치하거나, 휠에 대하여 소정의 회전 각으로 위치할 수 있다. 그러나, 타이어의 부하가 걸린 영역, 즉 물리적인 부하 부재에 의하거나 길 표면에 의하여 변형되거나 변위되는 영역의 윤곽을 결정하는 것도 가능하다(예를 들면, 시스루(see-through) 부하 부재를 통하여 타이어 표면을 광학적으로 스캔하거나, 부하 부재에 인접하는 타이어 영역을 스캔하고 타이어 및 부하 부재 간의 접촉 영역에서 부하 부재의 공지된 표면 형상에 따라 타이어의 변형을 추정하는 것에 의함).
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 부하가 걸리지 않은 상태에서 윤곽을 먼저 결정한 후, 알려진 부하로 휠에 부하를 걸고 윤곽을 다시 결정하는 것이 가능하다. 이에 따라, 휠은 바람직하게는 회전하지 않는다. 이는 테스트 장비의 간단한 기계적 구조를 가능하게 하며, 타이어 및 테스트 장비는 물리적으로 포장될 필요가 없다. 이러한 방법으로, 소정의 타이어 파리미터는 스프링 레이트, 충만압, 변형 인자 또는 본 발명의 방법에 따라 다음 부하 시뮬레이션을 위하여 사용될 수 있는 다른 파라미터와 같이 미리 결정되거나 평가될 수 있다. 이는 타이어 유형, 충만압 등의 상태 변경에 관하여 본 발명의 장치 및 방법을 적용하거나 보상하는 것을 가능하게 한다.
가상 부하 부재를 이용하여 타이어 또는 휠의 부하를 시뮬레이션하는 경우, 가상 부하 부재는 바람직하게는 타이어의 트레드에 놓일 수 있다. 그러나, 가상 부하 부재는 측벽과 같은 타이어의 다른 영역에 놓이거나, 이에 대신하여 트레드 영역에 부가적으로 놓일 수도 있다. 이에 따라, 부하가 걸린 타이어의 행동에 대한 더욱 많은 정보를 획득하거나, 부가의 정보를 이용하여 더욱 정확한 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있다. 또한, 임의의 부하 상황을 시뮬레이션하기 위하여 하나 이상의 부하 부재를 동시에 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, (림에 탑재되지 않은) 분리된 타이어가 타이어의 트레드, 측벽 및 비드의 내부 및/또는 외부 표면을 포함하는 타이어의 적어도 일부의 윤곽을 결정하기 위하여 스캔될 수 있다. 이러한 방법으로, 적어도 두 개의 가상 부하 부재를 이용하여 물리적인 림에 독립하여 휠의 부하를 시뮬레이션할 수 있다. 이러한 경우, 하나의 가상 부하 부재는 림을 나타내며, 타이어 비드에 놓일 수 있다. 그리고, 다른 가상 부하 부재는 부하 롤러 또는 길 표면을 나타내며, 예를 들어 외부 트레드 표면에 놓일 수 있다. 이러한 방법으로, (림의 스프링 레이트, 림 폭, 림 에지의 형상 등과 같은) 다른 특성을 가지는 가상 림은 타이어의 행동을 결정하는데 사용될 수 있다.
바람직하게는, 타이어 또는 휠은 타이어 또는 휠의 완전한 윤곽을 얻기 위하여 그 둘레 주변의 복수의 회전 위치에서 스캔된다. 이는 둘레에 따른 타이어 행동의 변화를 결정하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 타이어 또는 휠의 행동에 대하여 유용한 정보를 얻기 위하여 타이어 또는 휠의 오직 하나의 회전 위치의 윤곽을 스캔하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 결정된 윤곽은 타이어 또는 휠의 둘레를 따라 연속적인 것으로 추정될 수 있다. 본 발명의 간략한 방법을 개선하기 위하여, 결정되는 윤곽의 단일 회전 위치는 최대 방사상 런어웃 또는 선택된 다른 파라미터와 일치하도록 선택될 수 있다.
타이어 또는 휠 또는 타이어의 일부에 관한 적어도 하나의 파라미터는 림에 관한 스프링 레이트, 타이어의 충만압, 타이어에 관한 스프링 레이트, 타이어의 일부에 관한 스프링 레이트, 가상 부하 부재에 의하여 유발되는 결정된 윤곽의 변위, 타이어의 각 영역의 벽 두께, 그리고 가상 부하 부재에 의하여 유발된 결정된 윤곽의 변형 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 방법에 의하여 결정되는 타이어 또는 휠의 행동은 타이어와 가상 부하 부재 간에 가해지는 힘, 타이어와 림 간에 가해지는 힘, 휠의 회전 축 상에 림 또는 휠에 의하여 가해지는 힘, 타이어 또는 타이어의 일부의 변형 또는 변위, 림의 변형, 타이어 또는 휠의 복수의 회전 위치에 관한 복수의 부하 시뮬레이션에 대한 상기 힘 또는 변형 또는 변위 중 하나의 변화(variation) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 힘 또는 변형 또는 변위는 상기 타이어 또는 휠에 대한 방사상 방향, 측(lateral) 방향 및 둘레(circumferential) 방향 중 적어도 하나에서 결정될 수 있다. 또한, 상기 행동은 상기 힘 또는 변형 또는 변위의 변화 중 적어도 하나의 평균, 피크 투 피크(peak to peak) 값, 일차 조화(harmonic), 및 상위 조화(higher harmonic) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 타이어 또는 휠의 각 회전 위치에 대한 부하를 시뮬레이션하는 단계는 복수의 다른 부하 상태를 시뮬레이션하는 단계를 포함하고, 상기 다른 부하 상태는 바람직하게는 다른 또는 달라지는 부하 크기 및/또는 상기 타이어 또는 휠 또는 상기 타이어의 일부에 관한 적어도 하나의 파라미터의 다른 또는 달라지는 값을 포함한다. 그리고, 상기 시뮬레이션하는 단계는 다른 부하 상태의 복수의 시뮬레이션에 기초하여, 바람직하게는 평균에 의하여, 상기 타이어 또는 휠의 각 회전 위치에 대한 시뮬레이션 결과를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다음의 설명에서, 타이어 또는 휠의 불균일성은 타이어 또는 휠의 행동을 위한 한 예로 이해된다. 따라서, 불균일성이라는 용어는 타이어에 걸리는 부하로 인한 타이어 또는 휠의 행동 측면에서 넓게 해석되어야 하며, 기술 문서와 같이 (예를 들어, 지오메트리의 방사상 또는 측 방향의 런아웃 또는 방사상 힘과 같은) 특정의 불균일성에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 부하가 걸리지 않은 휠의 적어도 일부 영역의 외곽을 결정하는 단계를 포함하며, 일부 영역은 타이어의 트레드를 적어도 포함하고, 미리 결정된 외곽, 가상 부하 부재에 의하여 유발된 미리 결정된 외곽의 변위 및 타이어 트레드에 연관되는 미리 결정된 스프링 레이트에 기초하여 휠의 복수의 회전 위치에 대하여 타이어 트레드에 놓인 가상 부하 부재를 이용한 휠의 부하를 시뮬레이션하는 단계, 그리고 시뮬레이션 결과를 이용하여 부하가 걸린 휠의 불균일성을 결정하는 단계를 포함한다.
즉, 첫 번째 단계에서, 휠의 외곽이 스캔되며, 휠의 윤곽 데이터가 얻어진다. 윤곽 데이터는 이차원으로 나타낸, 휠 또는 휠의 스캔된 영역의 외곽의 복수의 방사상 단면을 포함할 수 있고, 각 방사상 단면은 휠의 소정의 회전 위치와 연관된다. 다음 단계에서, 윤곽 데이터의 방사상 단면 중 하나가 고려되며, 휠 축에 평행한 라인에 의하여 나타나는 가상 부하 부재는 방사상 방향으로 휠 축으로 가상으로 이동하며, 이에 따라 외곽의 방사상 단면, 특히 그의 트레드 영역이 변위 및 변형된다. 타이어는 타이어의 팽창압 및 타이어의 물질 강도로 인하여 외곽의 변형 및 변위에 대한 저항을 제공하므로, 가상 부하 부재에 의하여 유발되는 외곽의 방사상 단면의 각 개별적인 (극소의) 영역의 가상 변위는 소정의 미리 결정된 스프링 레이트를 가지는 작은 가상 스프링의 변위(컴프레션)에 의하여 나타내어질 수 있다. 가상 부하 부재에 의하여 영향 받는 영역으로 외곽의 각 영역을 변위시키기 위하여 요구되는 힘은 미리 결정된 스프링 레이트 및 후크의 법칙(Hook's law)에 의하여 부하가 걸리지 않은 위치에 관한 변위 거리로부터 유도될 수 있다. 외곽의 방사상 단면을 따라 각 윤곽 영역의 각 (극소) 힘을 적분하면 고려되는 위치에서 가상 부하 부재를 이동시키고 유지하기 위하여 요구되는 전체 힘을 얻을 수 있다. 그러므로, 휠 축과 소정 거리를 가지는 소정의 부하 부재 위치에 연관되는 전체 부하 힘이 얻어질 수 있다. 또는, 소정의 전체 부하 힘이 얻어질 때까지 휠 축 방향으로 가상 부하 부재를 점진적으로 이동시키는 것도 가능하다. 그러므로, 소정의 전체 부하 힘에 관한 부하 부재 위치가 얻어진다. 이는 각 전체 부하 힘을 얻기 위하여 휠의 각 회전 위치에 대하여 반복되거나, 휠의 회전 위치에 대하여 결정된 외곽의 방사상 단면에 관하여 각 부하 부재 위치에 대하여 반복된다. 실제적으로 휠은 완벽히 대칭이거나 완벽히 원형인 것은 아니므로, 휠의 다른 회전 위치에 관한 외곽의 방사상 단면은 다를 수 있다. 이에 따라, 전체 부하 힘 또는 부하 부재 위치는 각각 다르다. 그러므로, 예를 들면, 부하가 걸린 상태에서 구르는 휠의 달라지는 롤링 반경 또는 달라지는 방사상 힘(부하 힘)은 복수의 부하 힘 또는 부하 부재 위치로부터 각각 결정될 수 있으며, 상기 기술된 시뮬레이션에 따라 결정될 수 있다.
가상 부하 부재를 가지는 휠에 부하를 모의로 거는 것에 의하여, 실제 부하 롤러를 제공하는 것이 반드시 필요한 것은 아니며, 이에 따라 측정 장치의 크기 및 무게를 줄일 수 있고, 장치의 비용도 줄일 수 있다. 이는 특히 조작되는 휠의 외곽을 스캐닝할 수 있는 스캐닝 장치를 포함하는 차량 서비스 기계의 경우 유효하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시뮬레이션하는 단계는 가상 부하 부재에 의하여 가해지는 미리 결정된 힘으로 휠에 모의로 부하를 거는 단계를 포함하며, 불균일성을 결정하는 단계는 부하가 걸린 휠의 방사상 런아웃을 결정하는 단계를 포함한다. 이는 휠에 운전 중인 차량의 소정의 무게로 부하가 걸리는 현실적인 운전 상태에 대응한다. 그러므로, 예를 들면, 서스펜션 시스템의 댐핑 효과가 움직임을 실질적으로 줄이지 않는 경우, 낮은 속도로 운전하는 동안 휠 축의 수직 이동이 평가될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시뮬레이션하는 단계는 미리 결정된 스프링 레이트 및 변위로부터 계산되는 부하 힘이 휠의 모든 회전 위치에 대하여 일정할 수 있도록, 가상 부하 부재에 의하여 유발되는 휠의 각 회전 위치에 대하여 결정된 외곽의 변위를 변화시키고 세팅하는 단계를 포함한다. 그리고, 불균일성을 결정하는 단계는 휠의 둘레 방향을 따라 변화하는 휠의 회전 축으로 가상 부하 부재의 달라지는 거리 및 트레드 변위의 변화 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시뮬레이션하는 단계는 가상 부하 부재 및 휠의 회전 축 간의 미리 결정된 거리가 제공되는 동안 휠에 모의로 부하를 거는 단계를 포함하고, 불균일성을 결정하는 단계는 부하가 걸린 휠의 방사상 힘 변화를 결정하는 단계를 포함한다. 이는 부하가 걸린 휠이 휠 축과 길 표면 사이에 거의 일정한 거리로 구르는 실제 운전 상태에 대응한다. 그러므로, 예를 들어, 서스펜션 시스템의 댐핑 효과가 휠 축의 수직 이동을 실질적으로 감소시키는 경우, 높은 속도로 운전하는 동안 서스펜션 시스템에 작용하는 수직 진동력이 평가될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시뮬레이션하는 단계는 가상 부하 부재와 휠 축 사이에 일정한 거리를 유지하고, 미리 결정된 스프링 레이트 및 가상 부하 부재에 의하여 유발되는 결정된 외곽의 변위로부터 휠의 모든 회전 위치에 대한 각 부하 힘을 계산하는 단계를 포함한다. 그리고, 불균일성을 결정하는 단계는 휠의 둘레 방향을 따라 변화하는 부하 힘으로부터 부하가 걸린 휠의 방사상 힘 변화를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 불균일성을 결정하는 단계는 부하가 걸린 휠의 측 방향 힘 변화 또는 측 방향 런아웃 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함한다. 그러므로, 운전 안정성에 영향을 미치는 측 방향 힘 및 특히 차량의 방향 안정성이 평가될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 파라미터는 타이어 유형, 타이어 사이즈, 타이어 팽창압 및 림 유형, 가상 부하 부재의 변위, 부하 부재에 의하여 유발되는 결정된 윤곽의 변위 또는 변형, 차량의 종류, 차량 무게, 차량의 축에 대한 차량 무게의 분할, 차량의 서스펜션 지오메트리, 차량의 정밀 모델 데이터 중 적어도 하나에 따라 교정될 수 있다. 모든 파라미터는 스프링 레이트의 국부적 강도 및 타이어 강도에 다소 영향을 가지며, 이를 고려하는 것은 시뮬레이션의 정확도를 더욱 높인다. 이러한 파라미터는, 예를 들면 자동으로 측정되거나 결정될 수 있거나, 운전자에 의하여 입력될 수 있거나, 데이터베이스로부터 얻어질 수 있다.
앞서 설명한 실시예와 별도로, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 휠의 외곽을 결정하는 단계는 림의 방사상 런아웃 및/또는 측 방향 런아웃을 결정하는 단계를 포함하며, 시뮬레이션하는 단계는 림의 결정된 방사상 또는 측 방향 런아웃을 고려하는 단계를 포함한다. 림의 방사상 또는 측 방향 런아웃에 관한 지식은 림의 영향 및 휠의 결정된 외곽 및 부하가 걸린 휠의 결정된 불균일성에 관한 타이어의 영향을 각각으로 분리하는데 유리하다. 그러므로, 예를 들어, 부하 시뮬레이션은 정확성을 증가시키며, 또한 림/타이어 조립체의 방사상 또는 측 방향 런아웃을 줄이거나 제거하기 위한 림/타이어 조립체의 각도 리마운트 위치(angular remount position)가 결정될 수 있다.
또한, 타이어 트레드에 관하여 결정된 스프링 레이트는 전체 트레드 표면이 일정한 것으로 가정되는 극소 스프링 레이트일 수 있거나, 또는 연관된 트레드 영역의 축 위치에 따라 달라질 수 있다. 스프링 레이트의 이러한 변화는 대응하는 가중 함수에 의하여 달성될 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 타이어 강도 및 스프링 레이트에 대하여 트레드의 축 방향에서 에지 영역의 강한 영향은 부하 시뮬레이션의 정확성을 높이기 위하여 고려된다. 일반적으로 트레드의 축 방향에서의 에지 영역은 더욱 강하다. 즉 이는 트레드의 에지 영역이 변위되는 경우 변형되는 타이어의 측벽의 영향으로 인하여, 더욱 높은 스프링 레이트를 가진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 타이어 트레드에 연관되는 미리 결정된 스프링 레이트는 연관되는 트레드 영역의 방사상 위치에 따라 달라지는 극소 스프링 레이트일 수 있다. 또한, 스프링 레이트의 변화는 대응하는 가중 함수에 의하여 달성될 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 타이어 구조의 불균일성으로부터 초래되는 완전한 원형 둘레로부터 타이어 윤곽의 변화는 부하 시뮬레이션의 정확성을 높이기 위하여 고려될 수 있다. 타이어 구조에 있어서의 이러한 불균일성은 타이어 윤곽 변화 뿐만 아니라 타이어 강도 변화를 초래하는 것으로 추정된다. 그러므로, 부하가 걸리지 않은 트레드 영역의 방사상 위치와 그의 연관되는 스프링 레이트 간의 관계가 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 미리 결정된 스프링 레이트는 부하에 의하여 유발되는 타이어 트레드의 변위에 따라 변화하는 비선형 극소 스프링 레이트일 수 있다. 이는 시작 시점에서 트레드 영역의 변위(즉, 작은 변위)가 타이어 물질의 국부적인 지오메트리컬 변형에 의하여 주로 영향을 받으며, 트레드의 큰 변위는 다른 강도로 영향을 받는 타이어 팽창압 및 타이어 측벽 변형에 영향을 받는다는 것으로 고려된다. 이러한 방법으로, 부하 시뮬레이션의 정확도가 높아질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시뮬레이션하는 단계는 휠의 단일의 방사상 단면의 결정된 외곽을 사용할 수 있다. 이러한 방법으로 휠의 대응하는 회전 위치에서 휠의 부하를 계산하고 시뮬레이션하는 것은 비교적 간단하며, 예를 들어, 간단한 좋음/나쁨 평가를 제공하는 타이어 진단과 같은, 몇몇 서비스 애플리케이션을 위한 결과를 충분히 정확하게 제공한다. 여기서, 바람직하게는 요구되는 파라미터에 대한 적절한 가정, 특히 트레드 변위에 따른 비선형성뿐만 아니라 트레드 영역의 연관되는 스프링 레이트의 양 및 축 위치 및/또는 방사상 위치에 따른 그의 변화가 만들어질 수 있다.
앞서 설명한 실시예와 별도로, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 시뮬레이션하는 단계는 가상 부하 부재와 타이어 트레드 간의 접촉 영역을 시뮬레이션하기 위하여 휠의 복수의 인접하는 방사상 단면의 결정된 외곽을 사용할 수 있다. 이러한 방법으로, 더욱 정확한 부하 시뮬레이션은 부하로 인한 더욱 현실적인 타이어 변형에 기초하여 얻어질 수 있다. 또한, 다른 형상을 가지는 가상 부하 부재로 휠의 부하를 시뮬레이션하는 것과 타이어 트레드 및 가상 부하 부재의 표면 간의 접촉 영역 내에서 달라지는 접촉 압력 및/또는 다른 트레드 영역의 달라지는 변위를 고려하는 것이 가능하게 된다. 예를 들면, 길 표면을 나타내는 플랫(flat) 부하 부재뿐만 아니라 다른 직경을 가지는 부하 롤러가 시뮬레이션될 수 있다. 특히, 플랫 부하 부재를 이용하여 휠의 부하를 시뮬레이션하는 것은 길 표면 상에서 휠이 달리는 실제 운전 상태와 가까우므로, 더욱 유리하다.
시뮬레이션되는 접촉 영역은 타이어와 소정 반경을 가지는 가상 부하 롤러 간, 또는 타이어와 두 지지 롤러 사이의 소정 새깅(sagging) 반경을 가지는 가상 부하 벨트 간, 또는 타이어와 길 표면과 같은 평면 간의 접촉 영역일 수 있다. 그리고, 타이어 및 각 형상의 가상 부하 부재의 접촉 영역은 타이어 또는 휠의 각 인접하는 방사상 단면의 시뮬레이션에 각 가중 함수를 적용하는 것에 의하여 시뮬레이션될 수 있다. 또한, 가상 부하 부재의 형상을 고려하는 다른 방법도 가능하며, 이는 접촉 영역의 중심에 대하여 각 타이어 영역의 회전 위치에 따라 시뮬레이션하기 위하여 사용되는 국부 파라미터를 적용하는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 부하가 걸리지 않은 휠의 평균 외곽은 완전한 원형 휠을 나타내는 스캔된 윤곽 데이터로부터 계산될 수 있다. 이 평균 외곽으로부터, 예를 들면, 스캔되는 외곽의 편차가 결정될 수 있으며 타이어 트레드에 관한 미리 결정된 스프링 레이트가 교정될 수 있다. 또한, 부하가 걸린 휠의 방사상 또는 측 방향 런아웃 또는 방사상 또는 측 방향 힘 변화와 같은 불균일성은 계산된 평균 값으로부터의 편차의 일차 조화에 기초하여 결정될 수 있다. 부하 시뮬레이션으로부터 초래되는 피크 투 피크 값에 기초하여 상기 불균일성을 결정하는 것도 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 가상 부하 부재를 가지는 타이어 또는 휠에 부하를 것은 전체 차량 무게, 각 차량 축에 대한 차량 무게의 분할, 차량의 종류, 서스펜션 지오메트리 등의 차량 파라미터에 따라 적용된다. 여기서, 예를 들면, 가상 부하 부재의 변위가 적용되거나, 가상 부하 부재에 의하여 가해지는 힘이 적용될 수 있다. 차량 파라미터에 따라 가상 부하 부재의 형상을 맞추는 것도 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시뮬레이션되는 접촉 영역은 타이어와 소정 반경을 가지는 가상 부하 롤러 간, 또는 타이어와 소정 새깅 반경을 가지는 가상 부하 벨트 간, 또는 타이어와 길 표면과 같은 평면 간의 접촉 영역이다. 또한, 타이어와 각 형상의 가상 부하 부재의 접촉 영역은 타이어 또는 휠의 각 인접하는 방사상 단면의 시뮬레이션에 각 가중 함수를 적용하는 것에 의하여 시뮬레이션될 수 있다. 또한, 접촉 영역의 중심에 대하여 각 타이어 영역의 회전 위치에 따라 시뮬레이션을 위하여 사용되는 국부 파라미터를 적용하는 것과 같이, 가상 부하 부재의 형상을 고려하는 다른 방법도 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 림 및 상기 림에 탑재된 타이어를 포함하는 부하가 걸린 휠의 불균일성을 결정하는 시스템이 제공된다. 시스템은 부하가 걸리지 않은 휠의 외곽을 스캐닝하는 스캐닝 장치, 그리고, 상기 스캐닝 장치와 연결되는 컴퓨터 장치를 포함한다. 컴퓨터 장치는 부하가 걸리지 않은 휠의 외곽을 나타내는 스캐닝 장치 데이터를 수신하며, 타이어 팽창압, 림 및 타이어 치수, 림 및 타이어 유형 및 타이어 트레드의 스프링 레이트 및 그의 연관되는 변화와 같은 요구되는 파라미터를 위한 디폴트 값 또는 측정되거나 입력된 값을 사용할 수 있다. 이에 따라, 상기 언급한 바와 같이, 휠의 부하를 시뮬레이션하고, 부하가 걸린 휠의 방사상 또는 측 방향 런아웃 또는 방사상 또는 측 방향 힘 변화와 같은 불균일성을 결정한다.
시스템은 스탠드얼론(standalone) 시스템일 수 있으며, 타이어 또는 휠 테스트 장치의 일부일 수 있다. 이러한 스탠드얼론 시스템은 휴대 가능하므로, 타이어의 품질을 측정하기 위하여 어느 곳에서나 사용될 수 있다. 예를 들면, 생산된 타이어의 제품을 평가하기 위한 타이어 제조사에서도 사용될 수 있다. 이러한 경우, 가상 림이 타이어 행동의 시뮬레이션에 사용될 수 있는 것도 장점이다. 그러므로, 림 없이 분리된 타이어의 타이어 표면(내부 및/또는 외부 윤곽)을 스캔하고, 부하가 걸린 상태에서 물리적으로 회전하는 휠 조립체 없이, 림 상에 타이어를 물리적으로 탑재하지 않고 림에 탑재 가능한 타이어의 행동을 시뮬레이션하는 것이 가능하다. 그러므로, 많은 시간과 비용이 절감될 수 있다.
시스템은 독립적인 시스템이거나, 심지어는 차량에 탑재된 휠 가까이에 위치하며 휠을 자유롭게 회전시키기 위하여 바닥으로부터 들어올려진 관리 가능한 또는 휴대용 모바일 시스템일 수 있다. 휠은 손 또는 테크니컬 장치에 의하여 회전될 수 있으며, 시스템의 스캐닝 장치는 휠의 전체 둘레를 스캔할 수 있다. 또한, 휠은 고정된 상태로 유지될 수 있으며, 스캐닝 장치는 휠 주변을 회전하도록 만들어질 수도 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시스템은 차량이 들어올려지는 것을 요구하지 않는 테스트 레인의 일부일 수 있다. 오히려, 휠은 (예를 들어, 롤러 테스트 벤치와 같은) 테스트 레인 롤러에 의하여 회전되며, 휠의 전체 둘레는 스캔된다. 이러한 구성으로, 롤러는 휠로 움직임을 전달하기 위하여 사용되며, 휠 윤곽 데이터 획득은 스캐닝 장치에 의하여 비접촉 방식으로 수행된다. 휠의 대응하는 회전 위치는 타이어 또는 림의 식별 간능한 기능을 포함하는 스캐닝 데이터로부터 얻어질 수 있으며, 이에 따라 연관되는 회전 위치에 대하여 스캔되는 표면 윤곽이 명확하게 얻어지는 것이 가능하다. 이러한 시스템은 진단을 위하여 차량에 탑재된 휠의 균일성을 검사하는데 빠르고 편리하게 이용될 수 있으며, 휠을 분해한 후 타이어 체인저 또는 휠 밸런서와 같은 서비스 장치의 회전 가능한 지지부에 이를 탑재할 필요가 없다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 시스템은 차량의 보드에 탑재될 수 있다. 이를 위하여, 타이어 또는 휠의 윤곽을 결정하기 위한 스캐닝 장치는 차량의 휠 하우징에 배열될 수 있으며, 차량의 운전 중 타이어 또는 휠을 스캔할 수 있다. 휠의 회전 각도 위치에 스캔되는 윤곽 영역을 연관짓기 위한 차량 휠의 회전 위치 정보는 드라이빙 시스템 또는 브레이크 시스템(ABS 센서)과 같은, 차량의 다른 시스템으로부터 얻어질 수도 있다. 온보드 시스템에 의하여 얻어지는 타이어의 정보 및 행동은, 예를 들면 운전자에게 휠 또는 타이어 상태를 알려주거나 차량의 운전 특성을 개선하기 위하여 차량의 서스펜션 시스템을 자동으로 조정하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 이러한 온보드 시스템은 타이어 또는 휠 행동에 관한 획득된 데이터를 무선 또는 유선으로 소정의 자동차 서비스 장치에게 전송할 수 있다. 이에 따라, 데이터는 서비스 운영 및 결정을 위하여 평가되거나 사용될 수 있다. 예를 들어, 차량 휠 얼라인먼트 시스템은 얼라인먼트 프로세스를 개선하기 위하여 타이어 또는 휠 행동 데이터를 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 스캐닝 장치는 휠의 외부 표면을 비접촉으로 감지하고 휠의 적어도 일부의 삼차원 외곽 데이터를 제공할 수 있는 광학 스캐너를 포함하며, 휠의 적어도 일부는 적어도 타이어의 트레드를 포함한다. 스캐닝은 휠의 표면 상에 광 빔을 조사하는 레이저 시스템 또는 다른 광학 시스템에 의하여 수행될 수 있다. 휠 표면으로부터 돌아오는 산란 또는 반사된 빛은 광학 리시버에서 수신되며, 휠 표면 상의 빛 도달 영역과 광학 리시버의 광원 간의 거리는 종래 공지된 방법에 따라 결정된다. 그러므로, 휠 표면의 삼차원 이미지 또는 모델은 삼차원 윤곽 데이터의 형태로 생성되거나 표현될 수 있다.
공지된 다른 가능한 스캐닝 기술은 가는 라인의 형태인 휠 표면 상에 도달하는 플랫 시트(광 기술의 시트)의 형태로 광 빔을 출사하는 것에 의하여, 휠 표면의 삼차원 윤곽 데이터를 제공한다. 이 라인은, 예를 들면 카메라에 의하여 비스듬한 뷰의 각도로부터 관찰되며, 휠의 표면 윤곽에 따라 변형되는 것으로 나타난다. 휠 표면의 정확한 공간 위치 및 윤곽은 리시버에서 수신되는 광 라인의 위치 및 변형으로부터 얻어질 수 있다. 또한 부하가 걸리지 않은 휠의 외곽을 결정하는 다른 방법도 이용 가능하다. 예를 들면, 접촉 센서로 기계적인 센싱을 하거나, 초음파 스캐닝 등의 접촉식 방법 또는 비접촉식 방법을 사용하는 것이다. 휠 표면을 스캐닝하는데 사용되는 기술은 휠의 외곽 데이터가 정확하게 제공되는 한 본 발명에서서 중요한 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 앞에서 언급한 바와 같이, 타이어 트레드에 연관되는 미리 결정된 스프링 레이트로 부하가 걸리지 않은 휠의 결정된 외곽 및 가상 부하 부재로 휠에 부하를 거는 시뮬레이션을 이용하여 부하가 걸린 휠의 행동 또는 불균일성을 결정하는 시스템을 포함하는 차량 서비스 장치를 제공한다. 예를 들어, 부하가 걸리지 않은 휠의 런아웃을 결정하는 것과 같이, 다른 진단 목적으로 사용되는 장치의 스캐닝 장치는 본 발명의 수행하기 위하여 요구되는 부하가 걸리지 않은 휠의 외곽 데이터를 제공하는데 사용될 수 있다. 또한, 차량 서비스 장치 내에 포함되어 있는 컴퓨터 장치는 부가의 소프트웨어 기능을 간단히 넣는 것에 의하여 본 발명에 따른 부하 시뮬레이션을 수행하는 것으로 사용될 수 있다. 그러므로, 부하가 걸린 휠의 불균일성을 결정하기 위한 매우 편리하고 비용 절감형 방법 및 장치가 제공될 수 있다.
차량 서비스 장치는, 예를 들면 휠 밸런서, 또는 타이어 탑재/분해 장치, 또는 차량 제조자의 차량 조립 라인에서 탑재 전 휠을 테스트하는데 사용되는 다른 종류의 휠 준비/테스트 장치일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 부하가 걸린 휠의 결정된 행동 또는 불균일성은 차량 서비스 장치에 의하여 수행되는 서비스 운영 동안 활용되거나 고려될 수 있다. 그러므로, 휠 밸런서에서 밸런싱 무게의 위치 및 크기는 휠 밸런서 동작 시에 결정된 행동 또는 불균일성에 따라 정정될 수 있다. 타이어 탑재 장치에서, 결정된 타이어 불균일성으로 림 런아웃을 보상하는 것에 의하여 방사상 및/또는 측 방향 힘 변화 및 런아웃을 줄이거나 제거하도록, 그리고 이와 반대의 경우에도 부하가 걸린 휠의 결정된 행동 또는 불균일성에 따라 림 상의 타이어의 각도 탑재 위치를 바꾸는 것도 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 결정된 외곽, 부하 시뮬레이션 결과, 결정된 뷸균일성 및 타이어 진단 결과 중 적어도 하나를 운영자에게 출력하는 것이 가능하다. 그러면, 운영자는 휠을 진행하는 방법을 결정할 수 있다. 예를 들어, 간단한 시뮬레이션이 디폴트 파라미터 및/또는 타이어의 오직 하나의 방사상 단면의 윤곽을 사용하여 수행된 경우, 운영자는 변경된 파라미터 또는 더 높은 정밀도로 시뮬레이션을 반복할 것을 결정할 수 있다. 본 발명의 수행하는 시스템 또는 장치는 타이어 또는 림이 결합이 있는지 그리고 교체되어야 하는지, 또는 림/타이어 조립이 서로 변경된 각도 위치로 재탑재되어야 하는지에 대한 정보를 제공할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 부하가 걸리지 않은 휠의 결정된 외곽 및 타이어 트레드에 연관된 미리 결정된 스프링 레이트를 이용하여 가상 부하 부재로 휠에 대한 부하를 시뮬레이션하는 것에 의하여 부하가 걸린 휠의 행동 또는 불균일성을 결정하는 시스템이 타이어/림 조립체를 탑재/분해 및/또는 밸런싱할 수 있는 완전 자동 휠 서비스 장치에 포함될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위하여 컴퓨터에 의하여 수행되는, 컴퓨터 판독 가능한 지시를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 물품(product)이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 타이어 또는 휠 행동 결정 시스템을 포함하는 차량이 제공되며, 상기 차량은 휠 또는 타이어 상태에 대하여 차량에게 알리거나, 차량의 운전 성능을 개선하기 위하여 차량의 기술적 시스템, 바람직하게는 차량의 서스펜션 시스템을 자동으로 조정하기 위하여 온보드 시스템에 의하여 얻어진 타이어 또는 휠의 행동에 대한 정보를 사용하도록 설정된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 타이어 또는 휠 행동 결정 시스템을 포함하는 차량으로부터 타이어 또는 휠 행동에 대한 데이터를 유선 또는 무선 통신 연결을 통하여 수신하고, 바람직하게는 휠 얼라인먼트 프로세스를 개선하기 위하여 서비스 운영을 위한 데이터를 평가하거나 사용하도록 설정되는 데이터 프로세싱 장치를 포함하는 자동 서비스 시스템, 바람직하게는 휠 얼라인먼트 시스템이 제공된다. 또한, 휠 밸런서와 같은 다른 자동 서비스 시스템은 본 발명의 타이어 또는 휠 행동 결정 시스템을 가지는 차량으로부터 타이어 또는 휠 행동 데이터를 수신하고 사용하도록 설정될 수도 있다.
이하, 본 발명의 방법 및 시스템의 다양한 장점 및 실시예가 첨부된 도면과 연관지어 설명된다. 이에 따라, 왼쪽, 오른쪽, 아래, 위의 표현은 참조번호를 정상적으로 읽도록 하는 도면의 방향을 나타낸다.
도 1은 부하가 걸리지 않은 휠의 방사상 단면의 결정된 외곽선의 일부 및 모의로 부하가 걸리는 상태에서 외곽선이 변형되는 라인 L을 나타내는 다이어그램이고;
도 2는 휠의 축 방향에서 타이어 트레드에 관한 미리 결정된 스프링 레이트를 변경하는데 사용되는 가중 함수의 한 예를 나타내는 다이어그램이며;
도 3은 휠의 축 방향에서 타이어 트레드에 관한 미리 결정된 스프링 레이트를 변경하는데 사용되는 가중 함수의 다른 예를 나타내는 다이어그램이고;
도 4는 가상 부하 롤러의 둘레를 따라 시뮬레이션되는 타이어 트레드 변위를 변경하는데 사용되는 가중 함수의 예를 나타내는 다이어그램이며;
도 5는 다른 가상 부하 롤러의 둘레를 따라 시뮬레이션되는 타이어 트레드 변위를 변경하는데 사용되는 다른 가중 함수의 예를 나타내는 다이어그램이고;
도 6은 휠 림에 의하여 발생하는 효과 및 휠 타이어에 의하여 발생하는 효과를 각각 나타내는 다이어그램이다.
이하, 상기 기술된 본 발명의 복수의 실시예와 함께 오직 최선의 바람직한 실시예만이 도면을 참조하여 기술된다. 특히, 본 발명의 방법 및 장치는 스탠드얼론(stand-alone) 시스템으로 사용되거나, 휠 밸런서, 타이어 탑재/분해(demounting) 머신, 브레이크 테스팅 또는 동력계를 위한 롤러 테스트 벤치, 휠 얼라인먼트 시스템 등과 연결되거나 이에 포함될 수 있다.또한, 타이어 트레드의 외곽이 가장 바람직한 실시예에 따라 도면 및 발명의 상세한 설명에서 도시될지라도, 본 발명이 이러한 특정 실시예에 한정되지 않음은 위에서 기술한 다른 실시예로부터 분명하다. 본 발명의 신규한 원칙은 타이어에 부하가 걸리지 않은 상태 및 부하가 걸린 상태에서 결정되는 타이어의 다양한 부분의 윤곽을 사용하고, 타이어의 다양한 부분에 놓인 다양한 가상의 로딩 부재를 사용하는 경우에 적용될 수 있다. 그러므로, 매우 다양한 타이어 또는 휠 행동이 본 발명에 따른 시뮬레이션에 의하여 결정될 수 있다.
본 발명의 한 실시예는 도 1과 함께 다음에서 설명된다.
도 1은 부하가 걸리지 않은 휠의 방사상 단면의 외곽선의 일부를 나타낸다. 도 1에서, x축은 휠 축에 평행한 축 좌표를 나타내고, y축은 휠 축에 수직인 방사상 좌표를 나타낸다. 묘사된 영역은 타이어의 트레드(tread) 표면 및 측벽 영역을 포함한다.
본 발명의 방법에 따르면, 도 1에 도시된 것에 대응하는 휠의 영역을 스캔하고 결정하는 것이 충분하다. 그러나, 아래에 기술된 본 발명의 다른 실시예에 따르면 적어도 타이어의 전체 외곽(outer contour) 및 타이어와 림의 연결부, 즉 림 에지를 결정하는 것도 가능하다. 또한, 림의 외곽의 실질적인 부분을 스캔하고 결정하는 것도 가능하다.
휠의 둘레 주변에서 부하가 걸리지 않은 휠의 외곽을 결정하기 위하여, 휠은, 예를 들면 휠의 외곽의 삼차원 이미지 (모델)을 생성하기 위하여 스캐닝 장치가 레이저 빔에 의하여 휠 표면을 스캔하도록 회전한다. 거리 정보를 생성할 수 있고 스캔된 휠 표면의 3D 윤곽선 데이터를 제공하는 레이저 장치는 공지되어 있다. 휠 표면 상에 빛의 라인을 생성하고 휠 표면의 윤곽선에 의하여 변형되는 빛 라인의 이미지를 평가하기 위한 평편한 선형 광빔을 사용하는 다른 광학 스캐닝 장치도 공지되어 있으며, 본 발명에 적용되기 적합하다. 위에서 언급된 바와 같은 광학 스캐닝 장치는 방사상 단면 당 수백 또는 수천의 검출 포인트의 정확성으로 스캔된 휠의 외곽선을 제공하는 것이 가능하다. 휠의 둘레 방향에서, 바람직하게는 휠의 수백 또는 수천의 회전 위치는 스캔될 수 있으며, 휠의 외곽선의 방사상 단면의 충분한 수가 결정될 수 있다.
부하가 걸리지 않은 휠의 외곽선을 결정한 후, 가상 부하 부재로 휠(즉, 림/타이어 어셈블리)에 걸리는 부하가 시뮬레이션된다. 도 1에서 도시된 단일의 방사상 단면의 외곽선은, 예를 들면 바람직하게는 휠 축에 평행한 라인 L에 의하여 오버레이된다. 그러나, 예를 들어, 차량의 휠의 양 또는 음의 캠버(camber)로부터 나타날 수 있는 비대칭 부하를 시뮬레이션하기 위하여 휠 축에 평행하지 않은 라인 L을 사용하는 것도 가능하다. 이 라인 L은 타이어의 트레드에 놓인 가상 부하 부재의 표면을 나타낸다. 즉, 타이어 트레드의 외곽선 변위 및 변형되며, 트레드 외부의 대부분의 영역, 즉 트레드 그루브 사이의 랜드(land)는 라인 L과 일치한다. 도 1에서 기호로 나타내어지는, 윤곽을 따르는 개별적인 영역의 변위 ΔLi의 양은 공간 위치 데이터의 간략한 지오메트릭 서브트랙션(geometric subtraction)에 의하여 결정될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 예를 들어, 타이어의 트레드 영역의 내곽(inner contour)과 같이, 타이어의 다른 표면 영역의 윤곽을 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 시뮬레이션 결과는 주로 타이어의 트레드 영역을 포함하는 외곽이 사용되는 경우 더욱 정확하다. 심지어는 타이어의 외곽 및 내곽이 함께 결정되고 시뮬레이션에 이용되는 경우 더욱 나은 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있다. 그러므로, 예를 들어 타이어 강성에 영향을 미치는 각 타이어 영역의 벽 두께가 고려될 수 있다. 타이어 영역의 내곽을 결정하는 것은 타이어를 림 상에 탑재하기 전에 타이어의 내부 윤곽을 스캔할 수 있는 스캐닝 시스템에 의하여 달성될 수 있다. 소정의 애플리케이션에서, 림 상에 타이어를 탑재하는 것이 필수적인 것은 아니다. 이러한 경우, 오직 타이어 표면만이 윤곽선을 결정하기 위하여 스캔될 수 있으며, 바람직하게는 타이어의 내부 및 외부 윤곽을 모두 반드시 스캔할 필요는 없다. 그리고, 부하 시뮬레이션은 두 개의 가상 부하 부재를 이용하여 타이어에 걸리는 부하를 시뮬레이션하는 것에 의하여 행해질 수 있으며, 이 중 하나는 가상의 림을 나타내고, 나머지 하나는 길 표면의 부하 롤러를 나타낸다. 결과적으로, 가상의 림은 결정된 윤곽선의 비드 영역에 놓이며, 다른 가상 부하 부재는 바람직하게는 결정된 윤곽선의 트레드 영역에 놓인다.
타이어에 관한 파라미터로서 타이어에 관련되는 미리 결정된 스프링 레이트 K, 특히 트레드의 외곽의 극소 영역에 관한 극소 스프링 레이트를 사용하면, 극소 힘(infinitesimal force) Fi는 외곽이 라인 L과 일치할 때까지 극소의 트레드 영역을 변위하기 위하여 필수적으로 계산될 수 있다. 이를 위하여, 후크의 법칙(Hook's law) F=K·ΔL이 사용될 수 있다. 이는 스프링의 변위 또는 변형 ΔL, 스프링 레이트 K 및 스프링에 적용되는 힘 F 간의 관계를 나타낸다.
랜드 및 그루브를 포함하는 자세한 트레드 구조가 바뀌지 않고 유지되는 것이 바람직하다. 트레드가 변형되지 않으면, 트레드 프로파일이 완전히 편평해지도록 연장되기 때문이다. 오히려, 부하 시뮬레이션의 계산은 전체 트레드 영역의 변위 및 트레드의 만곡을 줄이거나 제거하는 약간의 변형만을 고려한다. 부하가 걸린 상태에서 개별적인 트레드 윤곽 영역에 대하여 극소의 변위 힘 Fi을 계산하면, 트레드 윤곽을 라인 L로 변위하기 위하여 필요한 전체 힘 F은 합 또는 적분에 의하여 각각 계산될 수 있다. 이러한 계산은 식 F=∑(K·ΔLi)에 의하여 나타낼 수 있다. 부가적으로, 정확도를 높이기 위하여, 축 방향의 트레드 변형을 고려하는 것도 가능하다. 이에 따라, 측벽에 가까운 트레드 영역에 부하가 걸린 상태에서 축 변위가 고려된다.
미리 결정된 스프링 레이트 K는 표준 상태를 위하여 선택된 디폴드 값일 수 있으며, 예를 들어 폭, 숄더 높이, 팽창압, (펑크 증명(puncture proof) 타이어, 런플랫(run-flat) 타이어 등의 )타이어 타입과 같은 공지의 타이어 파라미터에 따라 계산될 수 있다. 이러한 파라미터들은 운영자에 의하여 입력될 수 있거나 (예를 들어 스캐닝 장치의 스캐닝 데이터를 평가하는 것에 의하여) 장치에 의하여 자동으로 검출될 수 있다.
그러므로, 라인 L에 의하여 나타내어지는 정도로 휠의 타이어 트레드를 변위시키는 가상 부하 부재의 전체 부하력 F은 부하가 걸리지 않은 휠의 결정된 외곽의 방사상 단면의 각 회전 위치에 대하여 결정될 수 있다.
가상 부하 부재에 의하여 적용되는 전체 부하력 F은 휠의 외곽의 대응하여 결정된 방사상 단면을 사용하여 복수의 회전 위치에 대하여 결정된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 휠의 각 회전 위치에 대하여, 타이어 트레드의 모의의 변위, 즉 라인 L의 위치가 변경되고, 지속적인 전체 힘 F이 휠의 모든 회전 위치에 대하여 달성되는 경우, 둘레 방향에 따라 변화하는 휠의 회전축으로 가상 부하 부재의 변화하는 거리 및/또는 트레드 변위의 변경, 예를 들면 부하가 걸린 휠의 방사상 런아웃이 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 휠의 회전 축에 대한 라인 L의 위치, 즉 가상 부하 부재와 휠 축 간의 거리가 일정하게 유지되고 휠의 모든 회전 위치에 대한 결과적인 전체 힘 F이 상기와 같이 결정되는 경우, 부하가 걸린 휠의 방사상 힘 변화가 결정될 수 있다.
전체 트레드의 평균 외곽(및 타이어와 림의 부가적인 영역)은 휠의 축의 위치가 이용가능하지 않다면, 라인 L의 위치가 일정하게 유지되는 것에 기초하여 제공하기 위한 스캐닝 데이터로부터 결정될 수 있다. 그러므로, 휠의 회전 축의 위치는 휠의 평균 외곽으로부터 계산될 수 있다.
상기에서 기술한 실시예 중 하나에 따라 휠의 부하를 시뮬레이션하면, 부하가 걸린 휠의 행동 또는 불균일성이 결정될 수 있다.
상기에서 기술한 바와 같이 휠의 모든 회전 위치에 대하여 일정한 힘 F으로 부하를 시뮬레이션하면, 휠 축에 대하여 (가상 부하 부재의 표면으로 나타내어지는) 라인 L의 계산된 위치는 부하가 걸린 휠의 방사상 런아웃을 결정하는데 사용될 수 있다. 이는, 예를 들면 휠의 회전 축의 계산된 위치에 대하여 라인 L의 계산된 위치의 거리의 편차의 일차 조화(the first harmonic)를 계산하는 것에 의하여 행해질 수 있다. 거리 편차의 일차 조화의 크기(진폭)는 부하가 걸린 휠의 방사상 런아웃에 대한 측정이다. 휠의 회전 축에 대하여 라인 L의 위치의 거리의 피크 투 피크 차이를 계산하는 것에 의하여 부하가 걸린 휠의 방사상 런아웃 측정을 결정하는 것도 가능하다.
휠의 모든 회전 위치에 대하여 휠의 회전 축 및 라인 L의 위치 간의 거리가 일정한 상태에서 부하를 시뮬레이션하면, 휠의 각 회전 위치에 대하여 가상 부하 부재의 계산된 전체 부하 힘 F은 부하가 걸린 휠의 방사상 힘 변형을 결정하는데 사용될 수 있다. 이는, 예를 들면 모든 결정된 힘의 평균 값으로부터 휠의 각 회전 위치에 관한 힘 F의 편차의 일차 조화를 측정하는 것에 의하여 행해질 수 있다. 힘 편차의 일차 조화의 크기(진폭)는 부하가 걸린 휠의 방사상 힘 변형(Radial Force Variation, RFV)에 대한 측정이다. 휠의 각 회전 위치에 관한 전체 부하 힘 F의 편차의 피크 투 피크 차이를 계산하는 것에 의하여 부하가 걸린 휠의 방사상 힘 변형을 결정하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 부가적으로 부하가 걸린 휠의 측 방향(lateral) 힘 변형 또는 측 방향 런아웃은 상기 기술된 시뮬레이션 과정에 따라 결정될 수 있다. 이는, 예를 들어, 휠의 중심 면에 대하여 타이어의 원뿔 모양의, 아니면 비대칭 트레드 위치가 결정된다면, 이상적인 형상으로부터 부하가 걸리지 않은 휠의 결정된 외곽의 편차가 측 방향 힘을 초래할 수 있으므로 가능하다. 예를 들어, 트레드 코니시티에 대한 미리 결정된 관계와 함께 타이어 트레드에 관한 측 방향(축 방향)의 스프링 레이트(Ka)를 이용하면, 부하가 걸리지 않은 휠의 결정된 외곽에 기초하여 부하가 걸린 휠의 측 방향의 힘 및 힘 변화 및/또는 축 방향의 런아웃의 결정이 가능하다. 이러한 관계는 경험적으로 결정되거나, 비대칭 트레드 영역을 가지는 부하가 걸린 휠에 대한 모의의 변형으로부터 유도될 수 있다. 이는 측 방향 힘이 운전 안전성 및 특히 모터 차량의 방향 안정성에 큰 영향을 미치므로 유용하다.
또한, 타이어의 둘레 방향으로 작용하는 힘은 본 발명에 따른 부하 시뮬레이션에 의하여 결정될 수도 있다. 휠의 롤링 반경의 변형은 둘레 힘을 바꾼다. 바뀌는 둘레 힘은 부하 힘의 방향에 대하여 거의 수직인 방향으로 휠의 회전 축에 작용하는 저항력을 만든다.
또한, 부하가 걸린 타이어의 행동에 대한 더욱 정교한 평가를 위하여, 축 방향에서 트레드 위치의 변위를 초래하는 휠 축에 수직하지 않은 방향으로 부하가 걸리거나 및/또는 휠 축에 평행하지 않은 라인 L에 대하여 비대칭 부하가 걸리는 것도 고려될 수 있다. 이는, 예를 들면 차량의 서스펜션 지오메트리에 대한 고려를 가능하게 한다. 측 방향의 스프링 레이트 Ka는 미리 결정될 수 있거나 스프링 레이트 K 및/또는 폭, 숄더 높이, 팽창압 및 타이어 유형 과 같은 다른 타이어 파라미터로부터 유도될 수 있다.
상기 기술한 실시예에서, 타이어 트레드에 관한 스프링 레이트 K는 전체 타이어 트레드에 걸쳐서 일정한 것으로 가정된다. 이는 낮은 요구에 대하여 충분한 정확성을 가진 시뮬레이션 결과를 제공할 수 있다.
상기 방법을 강화하고 시뮬레이션 결과의 정확성을 증가시키기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 타이어 트레드에 관한 미리 결정된 스프링 레이트 K는 관련된 트레드 영역의 축 위치에 따라 달라지는 극소의 스프링 레이트(infinitesimal spring rate) Ki로 정의될 수 있다. 이에 따라, 앞서 언급된 바와 같이, 라인 L로 트레드 윤곽을 변위시키기 위하여 요구되는 전체 힘 F의 계산은 식 F=∑(K·ΔLi)에 의하여 나타낼 수 있다. 스프링 레이트에 관한 이러한 변화는 대응하는 가중 함수에 의하여 달성될 수 있다. 이러한 가중 함수에 관한 예는 도 2 및 3에서 도시되며, x 축은 밀리미터(mm) 단위의 중심 타이어 폭을 나타내고, y 축은 휠 폭의 중심에서 1로 정규화된 가중 인자를 나타낸다.
이러한 가중 함수와 함께, 타이어 강도 및 스프링 레이트에 관한 트레드의 축 방향에서 에지 영역의 더 강한 영향은 부하 시뮬레이션의 정확성을 높이기 위하여 고려될 수 있다. 일반적으로 트레드의 축 방향에서의 에지 영역은 강도가 높으며, 즉 높은 스프링 레이트를 가진다. 이는 트레드의 에지 영역이 변위되는 경우 변형되는 타이어의 측벽의 영향 때문이다. 이는 부하 부재와 이후에 정상적으로 결합하는 타이어 트레드의 에지에서 더욱 강한(더욱 높은) 스프링 레이트, 즉 더욱 큰 트레드 변위 및 더욱 높은 전체 부하 힘에 의하여 보상될 수 있으며, 휠의 각 회전 위치의 방사상 단면에 인접하는 외곽의 방사상 단면과 유사하다.
상기 실시예에 더하여, 그리고 별도로, 타이어 트레드에 관한 미리 결정된 스프링 레이트 K는 극소 스프링 레이트 Ki일 수 있으며, 이는 부하가 걸리지 않은 휠의 관련 트레드 영역의 방사상 위치에 따라 달라질 수 있다. 또한, 스프링 레이트의 이러한 변화는 대응하는 가중 함수(미도시)에 의하여 달성될 수도 있다. 이전 단락에서 기술한 가중 함수와 유사한 휠의 외곽의 인접하는 방사상 단면의 기여에 대한 보상 효과 외에도, 타이어 구조의 불균일성으로 인하여 초래되는 완전한 원 둘레와 타이어 윤곽 간의 편차는 부하 시뮬레이션의 정확성을 높이기 위하여 고려될 수 있다. 타이어 구조에서의 이러한 불균일성은 타이어 강도 변형을 초래한다. 그러므로, 트레드 영역의 부하가 걸리지 않은 방사상 위치와 부하가 걸리지 않은 타이어의 트레드 영역의 방사상 위치에 따라 스프링 레이트가 달라지는 가중 함수 간에는 관계가 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 미리 결정된 스프링 레이트는 모의로 부하를 거는 것에 의하여 유발되는 타이어 트레드의 변위에 따라 달라지는 비선형 극소 스프링 레이트일 수 있다. 이에 따라, 시작부에서 트레드 영역의 변위(즉, 작은 변위)가 타이어 물질의 국부 지역 변형에 의하여 주로 영향을 받으며, 트레드의 더 큰 변위는 다른 강도에 따른 타이어 측벽 변형 및 타이어 팽창압과 같은 다른 인자에 의하여 영향을 받는다는 사실에 대한 보상이 제공될 수 있다. 또한, 스프링 레이트 변화는 대응하는 가중 함수에 의하여 달성될 수 있으며 전체 부하 힘 F 중 일부가 걸리는 휠의 외곽의 인접하는 방사상 단면의 기여와 같은, 상기 언급한 몇 가지 면을 보상할 수 있다.
물론, 상기 언급한 가중 함수들의 조합은 휠 보하의 실제 상태를 더욱 잘 반영하기 위하여 사용될 수 있다.
가상 부하 부재에 의하여 유발되는 타이어 영역의 변위로부터 발생하는 힘을 계산하기 위하여, 타이어에 관련되는 파라미터로 앞서 언급한 스프링 레이트가 아닌 다른 파라미터를 사용하는 것도 가능하다. 이러한 다른 파라미터의 예는 소정의 조건을 만족할 때까지 가상 부하 부재에 의하여 유발되는 윤곽의 변위에 따라 고려된다. 예를 들어, 이러한 조건은 타이어의 둘레 주변에 안정적인 방사상 힘이 다양한 값으로 도달하게 하거나, 그 값의 일차 조화 또는 제거, 또는 상위 등급의 조화의 제거를 획득하는 것일 수 있다. 시뮬레이션 알고리즘은 임의의 조건에 따른 윤곽의 임의의 변위를 고려할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 휠의 외곽을 결정하는 단계는 림의 방사상 런아웃 및/또는 측 방향의 런아웃을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 바람하게는 적어도 타이어의 외곽 및 림의 일부, 특히 림 에지가 스캔되고 결정된다. 타이어 비드(beads)의 위치는 림 에지의 검출된 위치에 기초하여 결정될 수 있다. 그러므로, 림의 방사상 또는 측 방향 런아웃이 부하 시뮬레이션에서 고려될 수 있다. 림의 방사상 또는 측 방향 런아웃은 부하가 걸리지 않은 휠의 결정된 외곽 및 부하가 걸린 휠의 결정된 불균일성에 관한 림의 영향 및 타이어의 영향을 구분할 수 있다. 이로 인하여 부하 시뮬레이션의 정확성은 높아지며, 또한 예를 들어, 림/타이어 조립체의 방사상 또는 측 방향 런아웃을 줄이거나 제거하기 위한 림/타이어 조립체의 각도 리마운트 포지션(angular remount position)이 결정될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 상기 언급한 실시예 중 하나에 따라 로드가 걸린 휠의 불균일성 또는 결정된 행동의 예를 나타낸다. 도 6의 다이어그램에서, ASSY로 표시된 라인은 휠, 즉 림/타이어 조립체의 결정된 방사상 런아웃을 나타낸다. RIM으로 표시된 라인은 휠 림의 결정된 방사상 런아웃을 나타낸다. TYRE로 표시된 라인은, 예를 들어 라인 ASSY 및 RIM으로부터 차감에 의하여 계산되는 림/타이어 조립체의 방사상 런아웃에 대한 타이어의 기여를 나타낸다. FVmm로 표시된 라인은 림 런아웃 및 타이어 런아웃으로부터 계산되는 휠(림/타이어 조립체)의 방사상 힘 변화를 나타내며, 방사상 힘 변화에 대한 림과 타이어의 각각의 기여를 고려한다. 또한, 림의 스프링 레이트가 타이어의 스프링 레이트보다 일반적으로 높으므로, 휠에 부하가 걸리는 것이 실질적으로 림 변형을 시키지 않아 필수적인 것은 아니자만, 림 스프링 레이트가 고려될 수도 있다. FV1h로 표시된 라인은 방사상 힘 변형의 계산된 일차 조화를 나타낸다. 이러한 일차 조화는 방사상 힘 변형을 위한 표준 측정을 결정하는데 사용될 수 있다. 다른 가능성은 앞서 언급된 바와 같이, 방사상 힘 변형을 측정하기 위하여 피크 투 피크 값을 사용하는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 휠의 복수의 인접하는 방사상 단면의 결정된 외곽선은 가상 부하 부재와 타이어 트레드 간의 접촉 영역을 고려하는 것에 의하여 휠의 부하를 시뮬레이션하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 방법으로, 더욱 정확한 부하 시뮬레이션이 부하로 인한 더욱 현실적인 타이어 변형에 기초하여 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 형상을 가지는 가상 부하 부재로 휠에 부하를 거는 것이 시뮬레이션될 수 있다. 휠의 몇몇 인접하는 방사상 단면의 결정된 외곽이 사용될 수 있으며, 예를 들어 도 4 및 5에서 도시된 가중 함수로 가중된다. 도 4 및 5의 다이어그램은 타이어의 각 트레드 영역에 연관되는 스프링 레이트 K에 적용되는 가중 함수를 나타내며, x축은 가상 부하 롤러의 둘레 방향에서 접촉 영역의 각(각도)를 나타내고, y축은 접촉 영역의 중심에서 1로 정규화된 가중 값을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 타이어 트레드와 가상 부하 부재의 표면 사이의 접촉 영역 내에서 다른 트레드 영역의 다른 변위 및/또는 다른 접촉 압력이 부하 시뮬레이션에서 고려될 수 있다. 예를 들면, 다른 직경을 가진 부하 롤러는 가상 부하 부재를 위하여 사용될 수 있다. 가상 부하 부재를 위하여 편평한 면을 사용하는 것도 가능하다. 이러한 면은 길 표면을 나타낼 수 있다. 이는 길 표면 위를 달리는 휠의 실제 운전 상태에 가깝도록 휠에 걸리는 부하를 시뮬레이션할 수 있다. 시뮬레이션 결과의 정확성을 높이기 위하여, 접촉 영역의 시뮬레이션을 사용하는 방법에 있어서 도 2 내지 5에 관하여 상기에서 기술한 하나 이상의 적절한 가중 함수가 부가적으로 사용될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 림 및 림에 탑재된 타이어를 포함하는 부하가 걸린 휠의 행동 또는 불균일성을 결정하는 시스템이 제공된다. 시스템은 타이어 또는 휠의 표면을 스캔하기 위한 스캐닝 장치, 그리고 스캐닝 장치에 연결 가능한 컴퓨터 장치를 포함한다. 그러므로, 스캐닝 장치와 컴퓨터 장치는 별도의 장치일 수 있다. 예를 들어, 장치에 상기 스캐닝 장치를 부가하고, 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 부가의 소프트웨어 기능을 추가하는 것에 의하여 장치 내에 이미 존재하는 컴퓨터 장치의 기능을 강화하는 것에 의하여, 휠 얼라이너 또는 타이어 체인저와 같은 현존하는 차량 휠 서비스 장치를 업그레이드하는 것도 가능하다.
컴퓨터 장치는 스캐닝 장치를 제어하고 스캐닝 장치로부터 휠의 표면 윤곽선을 나타내는 삼차원 데이터를 수신한다. 컴퓨터 장치는 디폴트 값을 사용하거나 부하가 걸린 휠의 행동 또는 불균일성의 결정 및 부하 시뮬레이션을 수행하기 위하여 요구되는 파라미터에 대하여 측정되거나 입력된 값을 사용할 수 있다. 예를 들면, 이러한 파라미터는 타이어 팽창 압력, 림 및 타이어 치수, 림 및 타이어 유형 및 타이어 트레드의 평균 스프링 레이트 K일 수 있다. 컴퓨터 장치는 디폴트 값을 변화시키거나 스프링 레이트에 적용된 가중 함수를 변화시키는 것에 의하여 상기 언급된 파라미터에 따르는 타이어 트레드에 관련된 스프링 레이트를 정정할 수 있다. 그러므로, 매우 정확한 시뮬레이션 및 결정된 행동 또는 불균일성에 대한 매우 정확한 값이 얻어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 기술된 본 발명의 시스템 및 방법은 차량 서비스 장치에 포함될 수도 있다. 그러므로, 결정의 결과가 서비스 장치에 의하여 수행되는 서비스 동작 동안에 사용될 수 있으면서도, 부하가 걸린 휠의 불균일성 또는 결정된 행동을 결정하기 위한 매우 편리하고 비용 효율이 좋은 방법 및 장치가 얻어질 수 있다.

Claims (33)

  1. 부하가 걸린 타이어 또는 림과 상기 림에 탑재된 타이어를 포함하는 휠의 행동을 결정하는 방법에 있어서,
    타이어 또는 휠의 적어도 일부의 윤곽(contour)을 결정하는 단계,
    결정된 윤곽, 가상 부하 부재에 의하여 유발되는 상기 결정된 윤곽의 변위, 그리고 상기 타이어 또는 휠 또는 상기 타이어의 일부에 연관되는 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 타이어 또는 휠의 적어도 하나의 회전 위치에 대하여 타이어에 놓인 적어도 하나의 가상 부하 부재를 이용하여 상기 타이어 또는 휠의 부하를 시뮬레이션하는 단계, 그리고
    시뮬레이션 결과를 이용하여 부하가 걸린 타이어 또는 휠의 행동을 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 행동은 상기 타이어와 상기 가상 부하 부재 간에 가해지는 힘, 상기 타이어와 상기 림(rim) 간에 가해지는 힘, 상기 휠의 회전 축 상에 상기 림 또는 휠에 의해 가해지는 힘, 상기 타이어 또는 상기 타이어의 일부의 변형(deformation) 또는 변위(displacement), 상기 림의 변형, 상기 타이어 또는 휠의 복수의 회전 위치에 관한 복수의 부하 시뮬레이션에 대한 힘 또는 변형 또 변위 중 하나의 변화(variation) 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 힘 또는 변형 또는 변위는 상기 타이어 또는 휠에 대한 방사상 방향, 측(lateral) 방향 및 둘레(circumferential) 방향 중 적어도 하나에서 결정되는 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 행동은 상기 힘 또는 변형 또는 변위의 변화 중 적어도 하나의 평균, 피크 투 피크(peak to peak) 값, 일차 조화(harmonic), 및 상위 조화(higher harmonic) 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타이어 또는 휠 또는 상기 타이어의 일부에 관한 적어도 하나의 파라미터는 림에 관한 스프링 레이트(spring rate), 타이어의 충만압(filling pressure), 타이어에 관한 스프링 레이트, 타이어의 일부에 관한 스프링 레이트, 가상 부하 부재에 의하여 유발되는 결정된 윤곽의 변위, 타이어의 각 부분의 벽 두께, 가상 부하 부재에 의하여 유발되는 결정된 윤곽의 변형 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윤곽은 상기 타이어의 외곽의 적어도 일부를 포함하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타이어 또는 휠의 일부는 상기 타이어의 트레드 영역(tread portion)의 적어도 일부를 포함하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타이어 또는 휠의 각 회전 위치에 대한 부하를 시뮬레이션하는 단계는 복수의 다른 부하 상태를 시뮬레이션하는 단계를 포함하고,
    상기 다른 부하 상태는 바람직하게는 다른 또는 달라지는 부하 크기 및/또는 상기 타이어 또는 휠 또는 상기 타이어의 일부에 관한 적어도 하나의 파라미터의 다른 또는 달라지는 값을 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시뮬레이션하는 단계는 다른 부하 상태의 복수의 시뮬레이션에 기초하여, 바람직하게는 평균에 의하여, 상기 타이어 또는 휠의 각 회전 위치에 대한 시뮬레이션 결과를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션하는 단계는 상기 가상 부하 부재에 의하여 가해지는 미리 결정된 힘으로 상기 휠에 모의로 부하를 거는 단계를 포함하고,
    상기 행동을 결정하는 단계는 부하가 걸린 휠의 방사상 런아웃(runout)을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션하는 단계는 상기 가상 부하 부재 및 상기 휠의 회전 축 사이의 미리 결정된 거리로 상기 휠에 모의로 부하를 거는 단계를 포함하고,
    상기 행동을 결정하는 단계는 부하가 걸린 휠의 방사상 힘 변화(radial force variation)를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 행동을 결정하는 단계는 부하가 걸린 휠 상의 측 방향 런아웃 또는 측 방향 힘 변화 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파라미터는 관련 트레드 영역(tread portion)의 방사상 위치 및 축 위치 중 적어도 하나에 따라 변화하는 극소의(infinitesimal) 스프링 레이트인 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파라미터는 부하 부재에 의하여 유발되는 타이어 트레드의 변위에 따라 변화하는 비선형 극소의 스프링 레이트(non-linear infinitesimal spring rate)인 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파리미터는 타이어 유형, 타이어 사이즈, 타이어 팽창 압력(inflation pressure), 림 유형, 가상 부하 부재의 변위, 부하 부재에 의하여 유발되는 결정된 윤곽의 변위 또는 변형, 차량의 종류, 차량 무게, 차량의 축에 대한 차량 무게의 분할(repartition), 차량의 서스펜션 지오메트리(suspension geometry), 차량의 정밀 모델 데이터 중 적어도 하나에 따라 교정되는 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타이어 또는 휠의 윤곽을 결정하는 단계는 상기 림의 방사상 런아웃 및 측 방향의 런아웃 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 시뮬레이션하는 단계는 상기 림의 결정된 런아웃을 고려하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션하는 단계는 상기 타이어 또는 휠의 단일의 방사상 단면의 결정된 윤곽을 사용하는 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션하는 단계는 상기 가상 부하 부재와 상기 타이어 사이의 접촉 영역을 시뮬레이션하기 위하여 상기 타이어 또는 휠의 복수의 인접하는 방사상 단면의 결정된 윤곽을 사용하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    시뮬레이션되는 접촉 영역은 소정 반경을 가지는 가상 부하 롤러와 타이어 사이, 또는 소정 새깅 반경(sagging radius)을 가지는 가상 부하 벨트와 타이어 사이, 또는 길 표면과 같은 평면과 타이어 사이의 접촉 영역인 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 타이어 및 각 형상의 가상 부하 부재의 접촉 영역은 상기 타이어 또는 휠의 각 인접하는 방사상 단면의 시뮬레이션에 각 가중함수를 적용하는 것에 의하여 시뮬레이션되는 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 두 개의 가상 부하 부재는 동시에 사용되며, 하나의 가상 부하 부재는 타이어 비드(beads)에 놓인 가상의 림이고, 다른 가상 부하 부재는 바람직하게는 타이어 트레드에 놓인 것인 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가상 부하 부재를 이용하여 상기 타이어 또는 휠에 부하를 거는 것은 전체 차량 무게, 각 차량 축에 대한 차량 무게의 분할, 차량의 종류, 서스펜션 지오메트리와 같은 차량 파라미터에 따라 적용되는 방법.
  23. 부하가 걸린 타이어 또는 림 및 상기 림에 탑재된 타이어를 포함하는 휠의 행동을 결정하는 시스템에 있어서,
    타이어 또는 휠 또는 상기 타이어의 일부의 윤곽을 스캐닝하는 스캐닝 장치, 그리고
    제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 설정되며, 상기 스캐닝 장치와 연결가능한 컴퓨터 장치
    를 포함하는 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 스캐닝 장치는 상기 타이어 또는 휠의 표면에 대한 비접촉 감지가 가능하며 상기 타이어 또는 휠의 적어도 일부에 대한 삼차원 윤곽 데이터를 제공하는 광학 스캐너를 포함하는 시스템.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서,
    상기 시스템은 휴대용 스탠드얼론(stand-alone) 장치인 시스템.
  26. 제23항 또는 제24항에 있어서,
    상기 시스템은 차량의 보드 상에 탑재되는 시스템.
  27. 제23항 또는 제24항에 있어서,
    상기 시스템은 품질 검사 장비와 같은, 휠 또는 타이어 테스트 장비의 일부인 시스템.
  28. 제23항 및 제24항 중 하나에 따른 시스템을 포함하는 차량 서비스 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 장치는 휠 밸런서, 타이어 탑재/분해(demounting) 장치, 롤러 테스트 벤치, 타이어 테스트 스탠드 또는 휠 테스트 스탠드인 차량 서비스 장치.
  30. 제28항 및 제29항 중 하나에 있어서,
    부하가 걸린 타이어 또는 휠의 결정된 행동은 차량 서비스 장치에 의하여 수행되는 서비스 동작 동안 고려되는 차량 서비스 장치.
  31. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 방법을 컴퓨터에서 실행하는 경우 컴퓨터 판독가능한 지시를 수행하는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 물품.
  32. 제26항 따른 시스템을 포함하는 차량에 있어서,
    상기 차량은 차량의 구동 특성을 개선하기 위하여 휠 또는 타이어 상태에 대하여 운전자에게 알리거나, 차량의 기술 시스템, 바람직하게는 차량의 서스펜션 시스템을 자동으로 조정하는 온보드 시스템에 의하여 획득되는 타이어 또는 휠의 행동에 관한 정보를 사용하도록 설정되는 차량.
  33. 유선 또는 무선 통신 연결을 통하여 제32항에 따른 차량으로부터 타이어 또는 휠 행동에 관한 데이터를 수신하고, 서비스 운용, 바람직하게는 휠 얼라인먼트 프로세스를 개선하기 위하여 상기 데이터를 평가하거나 사용하도록 설정되는 데이터 처리 장치
    를 포함하는 자동차 서비스 시스템, 바람직하게는 휠 얼라인먼트 시스템.
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