KR20190024236A - 타이어와 휠 사이의 접촉 압력 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어와 휠 사이의 접촉 압력을 모니터링하며, 스탠딩웨이브에 따른 타이어 비드부 과열로 인한 타이어 펑크 또는 타이어와 휠간에 안착 정도에 따른 차량의 떨림이나 소음 또는 타이어와 휠간의 슬립을 예방하기 위한, 타이어와 휠 사이의 접촉 압력 모니터링 시스템에 관한 것으로,
휠의 양측 가장자리에 각각 설치되어 타이어와 휠 사이의 접촉압력을 감지하는 압력측정부(10)와; 휠의 중앙부위에 설치되어 타이어의 내부공기압을 감지하는 센서부(20)와; 상기 압력측정부(10)의 감지압력과 센서부(20)에 의해 감지된 내부공기압을 분석하는 제어부(30);를 포함하고, 상기 제어부(30)는 타이어와 휠 사이의 상하 방향의 압력 편차를 통해 타이어의 안착 정도와 위험 정보를 파악하여 차량으로 전송하는 것을 특징으로 한다.

Description

타이어와 휠 사이의 접촉 압력 모니터링 시스템{Tire ＆ Wheel Contact Pressure Monitoring System}

본 발명은 타이어와 휠 사이의 접촉 압력을 모니터링 하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스탠딩웨이브에 따른 타이어 비드부 과열로 인한 타이어 펑크 또는 타이어와 휠간에 안착 정도에 따른 차량의 떨림이나 소음 또는 타이어와 휠간의 슬립을 예방할 수 있도록 한, 타이어와 휠 사이의 접촉 압력 모니터링 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 타이어의 공기압이 너무 낮거나 너무 높으면 제동 성능이 저하하거나 타이어 펑크가 발생할 수 있음은 물론, 타이어의 수명이 감소하고 연료 소비가 증가할 수 있다. 이에 따라, 최근의 자동차에는 TPMS(Tire Pressure Monitoring System)이 구비되어, 타이어 내부의 공기압을 측정해 이 정보를 무선으로 보내 실시간으로 타이어 압력 상태를 점검할 수 있도록 하고 있다.

특히, 타이어의 공기압이 너무 낮으면 타이어의 접지부 전후에서 물결 형태의 진동, 즉 스탠딩웨이브(Standing Wave) 현상이 발생한다. 스탠딩웨이브 현상이 발생하면, 타이어 비드부의 발열이 급속히 증가하여 짧은 시간에 타이어가 파괴되게 되는 문제가 발생한다.

그러나, 계절에 따라 타이어의 적정 공기압이 달라지게 되므로, 타이어 내부 공기압을 측정하는 것만으로는 스탠딩웨이브 현상을 예측하기가 어렵다는 문제점이 있다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 복수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 타이어를 취부하는 림(rim)과, 타이어 비드부의 비드힐(Bead heel)의 위치에 대응하는 림(rim)의 굴곡내부에 설치되는 피에조센서(piezo sensor)와, 피에조센서로부터 출력된 전압을 다운시키는 트랜스포머와, 트랜스포머로부터 출력된 전압을 기준 전압과 비교하여 비교값을 출력하는 비교기와, 비교기로부터 출력된 비교값이 기준범위를 벗어날 경우 안착여부를 표시하는 디스플레이장치를 포함하는 것에 있어서, 상기 디스플레이장치가 림의 외측면에 설치되는 것을 특징으로 하여, 타이어를 림에 장착한 즉시 타이어와 림의 접촉압력이 측정되어 타이어와 림의 안착여부를 발광다이오드 등의 경보신호로 알려 줌으로써 주행시 타이어와 림 간의 장착력이 떨어져 발생하는 위험요소를 사전에 차단하여 안전 운행이 이루어질 수 있도록 한, 차량용 휠을 개시하고 있다.

특허문헌 2는, 타이어 공동 영역에 충진되는 기체 상태를 타이어 정보로서 취득하는 타이어 정보 취득(information acquisition) 장치를 가지는 차량용 휠 및 그 타이어 정보 취득(information acquisition) 장치용의 취부구를 개시하고 있다.

KR 10-2009-0131378 A JP 10-5423908 B2

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스탠딩웨이브에 의한 타이어 비드(Bead)부 과열로 발생하는 타이어 사고를 방지하기 위하여 타이어 비드부와 휠 사이의 접촉 압력을 모니터링 및 분석하고, 타이어 원주 전체에서 발생할 수 있는 불균일한 접촉압력 및 내부 공기압을 계기판 등을 통해 운전자에게 알려줌으로써, 타이어 펑크로 인한 사고를 예방하고 타이어와 휠 사이의 슬립 현상을 예방할 수 있도록 한, 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 휠의 양측 가장자리에 각각 설치되어 타이어와 휠 사이의 접촉압력을 감지하는 압력측정부와; 휠의 중앙부위에 설치되어 타이어의 내부공기압을 감지하는 센서부와; 상기 압력측정부의 감지압력과 센서부에 의해 감지된 내부공기압을 분석하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 타이어와 휠 사이의 상하 방향의 압력 편차를 통해 타이어의 안착 정도와 위험 정보를 파악하여 차량으로 전송하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템에 따르면, 상기 센서부와 제어부가 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템에 따르면, 상기 압력측정부는 폭 방향의 X축과 원주 방향의 Y축이 다수 배열된 격자 형태로 이루어지고, X축과 Y축이 교차하는 좌표점의 접촉압력을 각각 감지하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템에 따르면, 상기 제어부는 차량으로 정보를 무선 전송할 수 있도록 무선 통신부를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템에 따르면, 상기 센서부에 의해 감지된 타이어의 내부공기압이 초기 공기압에 비해 2.5% 이상 낮아질 경우 이상 발생으로 판단하여 차량으로 정보를 전송하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템은 타이어와 휠 사이의 상하 방향의 압력 편차를 통해 타이어의 안착 정도와 위험 정보를 파악하여 차량으로 전송함으로써 타이어의 공기압 감소 및 낮은 공기압에 따른 스탠딩웨이브로 인하여 발생하는 펑크 사고를 사전에 감지하여 사고 예방을 할 수 있으며, 타이어의 휠에 대한 안착 정도를 판단하여 차량의 떨림 및 소음 또는 타이어와 휠 사이의 슬립을 예방할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 압력측정부의 개략도를 나타낸다.
도 3은 상,하 방향의 압력 센서의 위치를 나타내는 참고도이다.
도 4는 타이어가 휠에 안착되었을 때 각 부분의 명칭을 나타낸 참고도이다.
도 5는 비드 페이스부의 갭에 의한 위험 상태를 나타내는 그래프이다.
도 6은 림 플랜지부의 그래프 시프트에 의한 차량의 떨림이 나타나는 그래프 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 휠의 양측 가장자리에 각각 설치되어 타이어와 휠 사이의 접촉압력을 감지하는 압력측정부(10)와; 휠의 중앙부위에 설치되어 타이어의 내부공기압을 감지하는 센서부(20)와; 상기 압력측정부(10)의 감지압력과 센서부(20)에 의해 감지된 내부공기압을 분석하는 제어부(30);를 포함하여 이루어진다.

상기 압력측정부(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 폭 방향의 X축과 원주 방향의 Y축이 다수 배열된 격자 형태로 이루어지고, X축과 Y축이 교차하는 좌표점의 접촉압력을 각각 감지하도록 구성된다. 그리고, 상기 압력측정부(10)에서 감지된 접촉압력은 상기 센서부(20)를 거쳐 제어부(30)로 전달된다.

상기 센서부(20)는 압력측정부(10)를 통해 휠과 타이어의 접촉압력을 감지함과 아울러 타이어의 내부공기압을 감지하는 것으로, 타이어의 원주 방향 전체를 모니터링 하게 된다. 다만, 도 3에서는 방향성의 편의상 상기 센서부(20)가 타이어가 장착되는 휠의 상부와 하부에 위치하는 경우를 도식화하여 나타내고 있다. 도 3에서 (A)는 센서부(20)가 휠의 하부에 위치하여 하방향의 압력을 감지하는 경우를 나타내고, (B)는 센서부가 휠의 상부에 위치하여 상방향의 압력을 감지하는 경우를 나타내고 있다.

상기 제어부(30)는 타이어와 휠 사이의 상하 방향의 압력 편차를 통해 타이어의 안착 정도와 위험 정보를 파악하여 차량으로 전송하도록 구성되며, 차량으로 정보를 무선 전송할 수 있도록 무선 통신부를 구비하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 센서부(20)와 제어부(30)는 일체로 형성될 수도 있다. 상기 제어부(30)는 센서부(20)에 의해 감지된 타이어의 내부공기압이 초기 공기압에 비해 2.5% 이상 낮아질 경우 이상 발생으로 판단하여 차량으로 정보를 전송하도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템은 저공기압에서 발생하는 스탠딩웨이브로 인한 비드부 발열 및 타이어 이상 징후를 조기에 확인할 수 있도록 한다.

차량의 휠에 타이어를 장착할 때, 타이어가 장착되지 않은 휠의 가운데 부분에 압력측정부(10)가 연결된 센서부(20)와 제어부(30)를 각각 부착한다. 그리고, 상기 압력측정부(10)가 휠과 타이어의 접촉면에 배치한 후, 타이어를 휠에 장착한다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이 타이어가 휠에 장착되는데, 타이어와 휠은 림 플랜지(Bead Flange) 부분에서부터 라운드(Round) 부분을 거쳐 비드 페이스(Bead Face) 부분에서 접촉되며, 비드 페이스 부분의 외측에 림 험프(Hump) 부분이 존재하게 된다.

이 상태에서 주행이 이루어지면, 차량이 주행하는 동안 타이어와 휠 사이의 접촉압력은 압력측정부(10)에 의해 감지된 후 센서부(20)를 거쳐 제어부(30)로 전달되고, 상기 센서부(20)에 의해 감지된 타이어의 내부 공기압도 상기 제어부(30)로 전달된다. 이때, 타이어와 휠 사이의 접촉압력은 상기 압력측정부(10)의 X축과 Y축이 교차하는 좌표점을 기준으로 측정되고, 상기 센서부(20)를 거쳐 제어부로 전달된다. 상기 제어부(30)는 접촉 압력이 측정된 각 좌표점의 압력분포를 종합하고 분석한 후, 위험 또는 차량의 떨림 등이 예상될 경우 차량으로 상태 정보를 전송하여 운전자가 위험성과 현 상태를 파악할 수 있도록 한다.

참고로, 도 5와 6은 압력측정부(10)가 설치된 림 끝단에서 림 안쪽까지의 길이를 따라 하중이 가장 많이 가해지는 하방향의 압력분포와 하중이 가장 적게 가해지는 상방향의 압력분포를 각각 나타내는 것으로, 상방향의 압력과 하방향의 압력 사이에 편차가 발생함을 알 수 있다. 이때, 도 5와 같이, 비드페이스의 최대압력 부분에서 편차가 가장 크게 나타나는데, 이를 갭(Gap)이라 한다. 이와 같이, 비드페이스의 갭이 발생하는 이유는 타이어가 휠에 완벽하게 안착되지 않을 경우에 발생한다.

일반적으로 타이어를 휠에 장착할 때, 타이어의 비드부(에이펙스 포함) 형상이나 고무의 종류 등에 따라 타이어가 림에 완벽하게 안착하지 못해 갭(Gap)이 발생하게 된다. 이와 같이, 갭이 발생하면 주행 중에 비드페이스에 접촉되는 타이어가 림에 붙었다 떨어졌다를 반복하게 되고, 그로 인해 타이어의 비드부에 발열이 일어나게 된다. 특히, 타이어의 에이펙스는 휠에 완벽하게 안착될 수 있도록 경화성의 딱딱한 고무를 사용하고 있어, 지속적인 발열에 노출될 경우 갈라지거나 크랙이 발생하여 뜯겨지는 형상이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 갭이 발생하지 않도록 타이어를 림에 정확하게 안착시켜야 한다.

또, 타이어와 휠이 접촉되는 부분의 압력분포가 도 6에 도시된 바와 같이, 비드페이스 부분과 림 험프 부분에서는 상방향과 하방향의 압력차가 거의 발생하지 않고, 림 플랜지 부분에서는 상방향의 압력이 하방향의 압력보다 낮아져 오른쪽 아래 방향으로 시프트된 형태로 나타날 수 있다. 이와 같이, 림 플랜지 부분에서 상방향과 하방향의 압력 차이가 발생하면 발열이 생기게 되는데, 비드페이스 부분이 아닌 림 플랜지 부분만의 압력 차이는 사이드 고무의 강성에 관련된 것으로 추정된다. 이 경우에는 사이드 고무의 지속적인 굴신 운동으로 인한 발열로 림 플랜지 부분에서의 크랙 등을 유발할 수 있고, 심한 경우에는 벨트부의 끝단에서 소켓팅이 발생하여 타이어가 터지는 사고도 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 압력분포가 나타날 경우 타이어의 사이드부 강성을 최적화하여야 한다.

그리고, 상기 제어부(30)는 휠에 접촉되지 않는 타이어 내측에서 상기 센서부(20)에 의해 감지된 타이어의 내부 공기압을 지속적으로 모니터링하여 내부 공기압의 이상 여부를 파악하며, 타이어의 내부 공기압이 초기 공기압에 비해 2.5%이상 하락할 경우 이상 발생으로 판단하여 차량으로 위험성을 전송한다. 따라서, 운전자는 타이어에 더 많은 양의 공기를 주입하여 타이어의 내부 공기압을 높여 줌으로써, 저공기압에 의해 발생하는 스탠딩웨이브 현상을 예방하고 타이어의 펑크 발생을 예방할 수 있게 된다.

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 : 압력측정부
20 : 센서부
30 : 제어부

Claims (5)

1. 휠의 양측 가장자리에 각각 설치되어 타이어와 휠 사이의 접촉압력을 감지하는 압력측정부(10)와; 휠의 중앙부위에 설치되어 타이어의 내부공기압을 감지하는 센서부(20)와; 상기 압력측정부(10)의 감지압력과 센서부(20)에 의해 감지된 내부공기압을 분석하는 제어부(30);를 포함하고,
   상기 제어부(30)는 타이어와 휠 사이의 상하 방향의 압력 편차를 통해 타이어의 안착 정도와 위험 정보를 파악하여 차량으로 전송하는 것을 특징으로 하는 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서부(20)와 제어부(30)가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 압력측정부(10)는 폭 방향의 X축과 원주 방향의 Y축이 다수 배열된 격자 형태로 이루어지고, X축과 Y축이 교차하는 좌표점의 접촉압력을 각각 감지하는 것을 특징으로 하는 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부(30)는 차량으로 정보를 무선 전송할 수 있도록 무선 통신부를 구비한 것을 특징으로 하는 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 센서부(20)에 의해 감지된 타이어의 내부공기압이 초기 공기압에 비해 2.5% 이상 낮아질 경우 이상 발생으로 판단하여 차량으로 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 타이어와 휠 사이의 접촉압력 모니터링 시스템.

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