KR20170127282A - 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비포장 도로를 주행하는 오프로드 타이어의 성능을 평가할 때, 실차 시험이 아닌 인도어 테스트를 통해 성능 평가에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있도록 한 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치에 관한 것으로서,
상부에 오프로드 노면이 형성된 토조(10)와; 시험 대상 타이어(25)가 상기 토조(10)의 오프로드 노면을 따라 이동하도록 하는 구동부와; 상기 토조(10)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치되며 상기 구동부(20)를 승강 가능하게 지지하고 상기 시험 대상 타이어(25)의 회전에 따라 이동하는 가동 프레임(30)과; 상기 가동 프레임(30)의 이동을 안내하는 가이드부재와; 상기 가동 프레임(30)에 작용하는 토크와 가동 프레임(30)의 이동량을 측정하는 측정부와; 상기 가동 프레임(30)에 설치되어 상기 시험 대상 타이어의 침하 깊이를 측정하는 거리센서(35);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치{Indoor Test Bed for Performance Evaluation of Off-road Tire}
본 발명은 비포장 도로를 주행하는 오프로드 타이어의 성능을 평가하기 위한 시험장치에 관한 것으로서, 특히 실차 시험이 아닌 인도어 테스트를 통해 성능 평가에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있도록 한 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치에 관한 것이다.
최근 캠핑 문화의 발달에 따라 캠핑족이 증가하고 있는데, 캠핑을 위해서는 텐트나 캠핑카와 같은 많은 도구가 필요하다. 또, 이동용으로는 일반적인 승용차보다는 RV(Recreational Vehicle) 차량이나 SUV(Sports Utility Vehicle) 차량을 주로 이용하고 있다. 그리고, 이들 RV 차량이나 SUV 차량은 승용차용 타이어가 아닌 오프로드 타이어를 장착하고 있다.
오프로드 타이어는 아스팔트나 콘크리트로 지면을 포장하지 않아 흙이나 돌이 그대로 방치된 도로를 달릴 수 있도록 만들어진 타이어로서, 엔진의 힘이 좋고 차체가 높고 튼튼한 RV 차량 또는 SUV 차량의 성능을 더 끌어낼 수 있는 장점이 있다.
이러한 오프로드 타이어 역시 대량 생산을 위해서는 성능 평가가 필수적인데, 실내 시험과 도로 주행을 통해 타이어의 성능을 시험하는 온로드 타이어와는 달리 주로 실차를 이용한 야외 테스트를 통해 타이어의 성능을 평가하고 있다. 이는 주로 포장도로를 달리는 온로드 타이어와는 달리 다양한 지형의 오프로드를 달려야하는 오프로드 타이어의 시험환경을 실내에 구현하기 어렵기 때문이다.
구체적으로 오프로드 타이어의 성능은 타이어 자체의 영향과 더불어 주행하고자 하는 도로를 구성하는 토양에 의한 영향을 받고 있다, 즉, 토양의 종류에 따라 타이어의 견인력이나 제동력 및 핸들링 성능이 좌우되고 있는 것이다.
하지만, 통상적인 타이어 시험장치는 토양에 따른 타이어의 성능 변화를 테스트할 수 없고, 토양의 종류에 따른 시험장치는 타이어보다는 강체인 휠을 평가하기 위한 시험장치에 불과하여 토양에 따른 타이어의 성능 차이를 측정할 수 없어 오프로드 타이어의 시제품에 대한 성능 평가시에는 실차 테스트에 의존할 수밖에 없었다.
그러나, 오프로드 타이어의 성능 시험을 위하여 실차 테스트를 수행하는 경우 비용과 시간적인 측면에서 손해를 감수할 수밖에 없으며, 그로 인해 오프로드 타이어 시제품에 대한 성능 평가시 많은 비용과 시간이 소요되는 문제점이 있다.
한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과, 대부분의 특허문헌은 승용차용 타이어의 성능을 평가하기 위한 실내 시험장치에 대하여 기재하고 있을 뿐, 오프로드 타이어의 성능을 평가하기 위한 실내 시험장치에 대한 기술에 대하여는 기재되어 있지 않은 것으로 확인되었다.
다만, 비특허문헌으로 관련 학술문헌을 하나 찾을 수 있었으며, 해당 학술문헌은 '야지 차량의 기동성 예측을 위한 휠-토양 상호작용 시험장치 개발'에 관한 논문이다.
KR 10-2010-0086245 A KR 10-2012-0013369 A KR 10-2014-0060562 A
야지 차량의 기동성 예측을 위한 휠-토양 상호작용 시험장치 개발(한국CAD/CAM학회논문집 vol.19, no.4, pp.332-339, 1226-0606 KCI, 오현환, 김관영, 김진성, 신용재, 이규진, 최민석, 이수진 )
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 오프로드 타이어에 대한 성능 평가를 위하여 실차 시험 대신 인도어 테스트를 통해 견인력 등의 타이어 성능을 평가할 수 있도록 함으로써 오프로드 타이어에 대한 성능 시험에 필요한 시간과 비용을 줄이고 오프로드 타이어에 대한 최적 설계를 할 수 있도록 한 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상부에 오프로드 노면이 형성된 토조와; 시험 대상 타이어가 상기 토조의 오프로드 노면을 따라 이동하도록 하는 구동부와; 상기 토조의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치되며 상기 구동부를 승강 가능하게 지지고 상기 시험 대상 타이어의 회전에 따라 이동하는 가동 프레임과; 상기 가동 프레임의 이동을 안내하는 가이드부재와; 상기 가동 프레임에 작용하는 토크와 가동 프레임의 이동량을 측정하는 측정부와; 상기 가동 프레임에 설치되어 상기 시험 대상 타이어의 침하 깊이를 측정하는 거리센서와; 상기 엔코더와 측정부 및 거리센서의 신호에 따라 상기 시험 대상 타이어에 작용하는 견인력을 계산하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치에 따르면, 상기 구동부는 상기 가동 프레임에 승강 가능하게 설치되고 하부에 상기 시험 대상 타이어가 회전 가능하게 설치되는 구동부 프레임과, 상기 시험 대상 타이어를 회전시킬 수 있도록 상기 구동부 프레임에 설치되는 구동모터와, 상기 구동부 프레임의 일측에 설치되어 상기 시험 대상 타이어의 회전수를 감지하는 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치에 따르면, 상기 구동부는 상기 구동부 프레임의 상측에 구비되어 상기 시험 대상 타이어에 하중을 부여하는 하중 부여부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치에 따르면, 상기 가동 프레임은 상기 구동부 프레임이 상하 방향으로 자유롭게 움직이도록 설치되는 리니어 부싱;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치에 따르면, 상기 가이드부재는 상기 토조의 상단 양측에 각각 길이 방향으로 설치되는 LM 가이드 레일과, 상기 가동 프레임의 하단에 형성되는 LM 가이드 홈으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치에 따르면, 상기 측정부는 상기 토조의 상단 양측에 길이 방향으로 설치되는 랙과 상기 가동 프레임의 측부에 설치되어 상기 랙에 치합되는 피니언으로 이루어진 랙-피니언 기구와, 상기 가동 프레임에 설치되어 상기 가동 프레임에 작용하는 토크를 감지하고 상기 피니언의 회전수를 감지하는 토크센서 및 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치에 따르면, 상기 토조는 내부에 채워지는 흙과 자갈의 조성비를 조정하여 마찰력이 상이한 복수의 오프로드 노면을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치는 오프로드 타이어 시제품에 대한 성능 평가시 인도어 테스트를 통해 노면 조건에 따른 견인성능을 계측할 수 있어 실차 시험을 실시하기 전에 타이어의 성능을 확인 및 개선할 수 있게 되며, 오프로드 타이어의 다양한 패턴이나 구조는 물론 토양의 종류에 따라 달라지는 오프로드 타이어의 성능에 대한 기초 연구를 통해 데이터베이스를 확보할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치가 도시된 구성도.
도 2는 본 발명의 요부인 구동부의 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치는 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 상부에 오프로드 노면이 형성된 토조(10)와; 시험 대상 타이어(25)가 상기 토조(10)의 오프로드 노면을 따라 이동하도록 하는 구동부와; 상기 토조(10)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치되며 상기 구동부(20)를 승강 가능하게 지지하고 상기 시험 대상 타이어(25)의 회전에 따라 이동하는 가동 프레임(30)과; 상기 가동 프레임(30)의 이동을 안내하는 가이드부재와; 상기 가동 프레임(30)에 작용하는 토크와 가동 프레임(30)의 이동량을 측정하는 측정부와; 상기 가동 프레임(30)에 설치되어 상기 시험 대상 타이어의 침하 깊이를 측정하는 거리센서(35);를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 구동부는 상기 가동 프레임(30)에 승강 가능하게 설치되고 하부에 상기 시험 대상 타이어(25)가 회전 가능하게 설치되는 구동부 프레임(21)과, 상기 시험 대상 타이어(25)를 회전시킬 수 있도록 상기 구동부 프레임(21)에 설치되는 구동모터(22)와, 상기 구동부 프레임(21)의 일측에 설치되어 상기 시험 대상 타이어(25)의 회전수를 감지하는 엔코더(23)와, 상기 구동부 프레임(21)의 상측에 구비되어 상기 시험 대상 타이어(25)에 하중을 부여하는 하중 부여부(24);로 구성된다.
그리고, 상기 가동 프레임(30)에는 상기 구동부 프레임(21)이 상하 방향으로 자유롭게 움직이도록 리니어 부싱(36);이 설치된다. 이에 따라 상기 구동부(20)는 상기 가동 프레임(30)과의 마찰 없이 자유롭게 승강하며, 상기 하중 부여부(24)를 통해 부여된 하중과 구동부(20)의 자체 하중이 상기 시험 대상 타이어(25)에 작용하게 된다.
또, 상기 가이드부재는 상기 토조(10)의 상단 양측에 각각 길이 방향으로 설치되는 LM 가이드 레일(11)과, 상기 가동 프레임(30)의 하단에 형성되는 LM 가이드 홈으로 이루어진다. 이에 따라 상기 가동 프레임(30)은 시험 대상 타이어(25)의 회전에 따라 상기 토조(10)의 길이 방향으로 이동하게 된다.
그리고, 상기 측정부는 상기 토조(10)의 상단 양측에 길이 방향으로 설치되는 랙(12)과 상기 가동 프레임(30)의 측부에 설치되어 상기 랙(12)에 치합되는 피니언(13)으로 이루어진 랙-피니언 기구와, 상기 가동 프레임(30)에 설치되어 상기 가동 프레임(30)에 작용하는 토크를 감지하고 상기 피니언(13)의 회전수를 감지하는 토크센서 및 엔코더(31)로 구성된다. 이때, 상기 토크센서 및 엔코더(31)는 피니언(13)의 일측에 설치될 수도 있다.
이에 따라 상기 가동 프레임(30)이 토조(10)의 길이 방향을 따라 이동할 때 상기 랙(12)에 치합된 피니언(13)이 회전하게 되고, 상기 피니언(13)의 회전수를 토크 센서 및 엔코더(31)가 감지하여 상기 가동 프레임(30)의 이동량을 알 수 있게 된다.
또한, 상기 토조(10)는 내부에 채워지는 흙과 자갈의 조성비를 조정하여 마찰력이 상이한 복수의 오프로드 노면을 형성하게 된다. 이에 따라 다양한 상태의 오프로드 노면을 모사하여 시험 대상 타이어(25)에 대한 성능 시험을 실시할 수 있게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치는 오프로드 타이어 시제품이 토조에 형성된 오프로드 노면을 따라 이동할 때의 견인력을 측정하게 된다.
구동모터(22)의 회전력은 체인 또는 벨트에 의해 시험 대상 타이어(25)의 축으로 전달되고, 시험 대상 타이어(25)가 회전하면서 오프로드 노면에 가하는 힘에 의해 구동부(20)가 직진하게 된다. 이 과정에서 엔코더(23)는 시험 대상 타이어의 회전수(또는 모터 축의 회전수)를 감지하여 시험 대상 타이어(25)의 속도를 계산한다.
상기 구동부(20)가 직진하게 되면, 상기 시험 대상 타이어(25)와 오프로드 노면 사이에 작용하는 힘에 의해 견인력이 발생하여 가동 프레임(30)이 이동하게 된다. 구체적으로, 상기 구동부(22)의 직진에 따라 구동 프레임(21)이 결합된 가동 프레임(30)이 LM 가이드 레일(11)을 따라 직진하게 되고, 상기 가동 프레임(30)의 이동에 따라 토조(10)의 랙(12)에 치합된 피니언(13)이 회전하게 된다.
이때, 상기 가동 프레임(30)에 설치된 토크센서 및 엔코더(31)가 상기 피니언(13)의 회전수를 감지함과 아울러 가동 프레임(30)에 작용하는 토크를 감지하여 견인 방향의 속도와 견인력을 계산한다. 이때, 견인력은 토크를 피니언의 반경으로 나눈 값으로 나타난다.
그리고, 상기 가동 프레임(30)에 설치된 거리 센서(35)는 구동부(20)에 구비된 하중 부여부(24)에 의해 부여된 하중에 따른 시험 대상 타이어(25)의 침하 깊이를 측정하게 된다. 침하 깊이를 측정하는 이유는 오프로드 타이어의 패턴에 따라 발생시키는 침하의 깊이가 다르고 그로 인해 견인성능에 영향을 미치는 인자로 작용하기 때문이다.
견인성능에 영향을 미치는 인자로는 침하깊이와, 슬립율, 견인력 및 견인 효율 등이 있다. 여기서, 침하 깊이는 거리 센서(35)로 측정하고, 슬립률은 시험 대상 타이어의 속도와 견인속도의 비로 계산하며, 견인력은 토크 센서에 의해 감지된 토크를 이용하여 계산한다. 그리고, 견인 효율은 전류 센서를 이용하여 구동모터(22)의 토크를 계산하여 견인력과 대비함으로써 계산이 가능하다.
상기한 본 발명의 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치는 단순하게 사용시에는 개발하는 오프로드 타이어의 각 버전에 대한 견인성능을 비교하는 용도로 이용되고, 연구용으로는 오프로드 노면 위에서 오프로드 타이어가 구르며 발생하는 각종 힘들을 계측하여 데이터베이스화함으로써 연구에 이용된다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 명세서에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10...토조
11...가이드 레일
12...랙
13...피니언
20...구동부
21...구동부 프레임
22...구동모터
23...엔코더
24...하중 부여부
25...시험 대상 타이어
30...가동 프레임
31...토크센서 및 엔코더
35...거리 센서
36...리니어 부싱

Claims (7)

  1. 상부에 오프로드 노면이 형성된 토조(10)와;
    시험 대상 타이어(25)가 상기 토조(10)의 오프로드 노면을 따라 이동하도록 하는 구동부와;
    상기 토조(10)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치되며 상기 구동부(20)를 승강 가능하게 지지하고 상기 시험 대상 타이어(25)의 회전에 따라 이동하는 가동 프레임(30)과;
    상기 가동 프레임(30)의 이동을 안내하는 가이드부재와;
    상기 가동 프레임(30)에 작용하는 토크와 가동 프레임(30)의 이동량을 측정하는 측정부와;
    상기 가동 프레임(30)에 설치되어 상기 시험 대상 타이어의 침하 깊이를 측정하는 거리센서(35);를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 가동 프레임(30)에 승강 가능하게 설치되고 하부에 상기 시험 대상 타이어(25)가 회전 가능하게 설치되는 구동부 프레임(21)과, 상기 시험 대상 타이어(25)를 회전시킬 수 있도록 상기 구동부 프레임(21)에 설치되는 구동모터(22)와, 상기 구동부 프레임(21)의 일측에 설치되어 상기 시험 대상 타이어(25)의 회전수를 감지하는 엔코더(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동부(20)는 상기 구동부 프레임(21)의 상측에 구비되어 상기 시험 대상 타이어(25)에 하중을 부여하는 하중 부여부(24);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가동 프레임(30)은 상기 구동부 프레임(21)이 상하 방향으로 자유롭게 움직이도록 설치되는 리니어 부싱(36);을 포함하는 것을 특징으로 하는 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가이드부재는 상기 토조(10)의 상단 양측에 각각 길이 방향으로 설치되는 LM 가이드 레일(11)과, 상기 가동 프레임(30)의 하단에 형성되는 LM 가이드 홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 토조(10)의 상단 양측에 길이 방향으로 설치되는 랙(12)과 상기 가동 프레임(30)의 측부에 설치되어 상기 랙(12)에 치합되는 피니언(13)으로 이루어진 랙-피니언 기구와, 상기 가동 프레임(30)에 설치되어 상기 가동 프레임(30)에 작용하는 토크를 감지하고 상기 피니언(13)의 회전수를 감지하는 토크센서 및 엔코더(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토조(10)는 내부에 채워지는 흙과 자갈의 조성비를 조정하여 마찰력이 상이한 복수의 오프로드 노면을 형성하는 것을 특징으로 하는 오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험장치.
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