KR20230055621A - 타이어 강성 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 강성 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타이어의 점 단위 강성을 측정하기 위한 타이어 강성 측정장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 강성측정장치는, 메인축에 장착 및 고정된 타이어를 이동시키는 타이어 구동부와, 상기 타이어 구동부로부터 이동된 타이어를 향해 이동하여 타이어 표면에 점접촉하도록 구성되고, 타이어에 가해지는 하중을 측정하는 로드셀과, 상기 타이어와의 거리를 측정하는 거리센서를 통해 하중에 대한 변위 정도로부터 강성을 측정하는 강성측정부 및 상기 강성측정부가 타이어 표면과 접촉되는 위치를 측정하는 위치측정센서를 포함한다.

Description

타이어 강성 측정장치{Tire stiffness measuring device}

본 발명은 타이어 강성 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타이어의 점 단위 강성을 측정하기 위한 타이어 강성 측정장치에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

타이어는 노면에 접촉하는 트레드와 타이어의 측면을 구성하는 사이드월 및 트레드와 사이드월의 경계 부분인 숄더부를 포함하고 있으며, 차량 주행 시 도로 상태에 따라 마모나 크랙이 발생하면서 다양한 손상을 입게 되고 그로 인해 사고를 유발하게 된다. 이러한 타이어 손상에 따른 사고를 미연에 방지하기 위하여 타이어를 다양한 조건에서 주행시켜 강성을 측정하는 시험을 수행할 수 있다.

종래에는 타이어 트레드 밴드가 구속되지 않는 상태에서 휠에 조립된 타이어 전체가 갖는 강성(stiffness), 즉 트레드와 사이드월로 이루어진 타이어 전체의 종강성, 횡강성, 전후강성, 비틀림강성을 시험하는 장치를 사용하여 타이어의 강성특성을 시험하고, 이를 통해 타이어의 승차감과 조종안정성을 평가하게 된다.

이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2015-0137465호에서는 "타이어 사이드월의 강성 측정장치"를 개시하고 있으며, 보다 상세하게는 "타이어를 장착축에 수직으로 고정하여 타이어 전체의 강성을 측정하는 것이 아니라 수평으로 타이어 트레드를 클램핑함으로써 하나의 장치로 타이어 사이드월의 강성을 측정할 수 있도록 한 타이어 사이드월의 강성 측정장치"를 개시한다.

상기와 같은 타이어 강성 측정장치는, 타이어 전체 또는 타이어의 특정 부분의 강성을 측정하기 위한 방법인데, 이러한 방법은 면 단위의 강성을 측정하는데 적합한 방식이고 그에 따라 미소한 영역인 점 단위 강성을 측정하기는 어렵다는 단점이 있다. 또한, 상기 면 단위 강성 측정방식으로 점 단위의 강성을 측정하게 되면 특정된 점단위의 주변영역까지 강성측정이 이루어짐에 따라 그 부분의 강성에 영향을 미치게 된다. 따라서, 점 단위의 특정영역에 대해 독립적으로 강성을 측정하기 위한 별도의 장치가 필요하게 되었다.

1. 한국 특허공고 제10-1585069호(2016.01.13 공고)

본 발명은, 타이어의 점 단위 강성을 측정하기 위한 타이어 강성 측정장치를 제공하고자 한다.

또한, 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 강성측정장치는, 메인축에 장착 및 고정된 타이어를 이동시키는 타이어 구동부와, 상기 타이어 구동부로부터 이동된 타이어를 향해 이동하여 타이어 표면에 점접촉하도록 구성되고, 타이어에 가해지는 하중을 측정하는 로드셀과, 상기 타이어와의 거리를 측정하는 거리센서를 통해 하중에 대한 변위 정도로부터 강성을 측정하는 강성측정부 및 상기 강성측정부가 타이어 표면과 접촉되는 위치를 측정하는 위치측정센서를 포함한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 강성측정부는, 상기 타이어에서 상부로 소정거리 이격된 위치에 형성되며, 축을 중심으로 회전하는 제1회전부와, 상기 제1회전부의 외주면과 연결되어 상기 제1회전부의 회전에 의해 축회전하고, 타이어 위치까지 하부로 연장 형성되는 플레이트와, 상기 플레이트로부터 타이어 방향을 향해 형성되는 로드셀로부터 타이어를 향해 연장 형성되며, 구형의 끝단이 타어이 표면과 점접촉하면서 타이어 강성을 측정하는 샤프트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 플레이트 상부에서 제1회전부의 외주면과 연결되는 위치에 형성되며, 상기 샤프트의 구형 끝단을 타이어 표면에 수직하게 접하도록 상기 플레이트를 회전시키는 제2회전부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 타이어 구동부 및 강성측정부에 설치되어, 상기 샤프트가 타이어 표면에 접촉하면서 강성 측정시 흔들리지 않도록 고정시키는 브레이크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 메인축에 타이어를 결합시키기 위하여 타이어를 인양하여 수직이동시키는 수직이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 종래 면단위 강성 측정방식과 비교하여 보다 정확하고 신뢰성있는 데이터를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 타이어 Component 별 강성을 측정함으로써, 트레드부와 사이드부의 최적 강성비율 도출을 통해 R&H, 제동 성능 등 실차 성능과의 상관성을 규명하고 검증할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 강성측정장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 강성측정장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 강성측정장치에 있어서, 강성측정부가 제1회전부에 의해 회전하는 상태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 강성측정장치에 있어서, 강성측정부가 제2회전부에 의해 회전하는 상태를 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 타이어 강성측정장치의 구성, 동작 및 작용효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 강성측정장치는, 메인축(11)에 장착 및 고정된 타이어를 이동시키는 타이어 구동부(10)와, 상기 타이어 구동부(10)로부터 이동된 타이어를 향해 이동하여 타이어 표면에 점접촉하도록 구성되고, 타이어에 가해지는 하중을 측정하는 로드셀(21)과, 상기 타이어와의 거리를 측정하는 거리센서(23)를 통해 하중에 대한 변위 정도로부터 강성을 측정하는 강성측정부(20) 및 상기 강성측정부(20)가 타이어 표면과 접촉되는 위치를 측정하는 위치측정센서(30)를 포함한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 메인축(11)에 타이어를 결합시키기 위하여 타이어를 인양하여 수직이동시키는 수직이동부(90)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 타이어 구동부(10)는 메인축(11)에 의해 중심축이 장착 및 고정된 타이어를 이동시키기 위한 구성으로, 후술하는 샤프트(60)를 향해 수평방향으로 직선이동하도록 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 메인축(11)에 타이어를 고정 및 결합시키기 위하여, 상기 타이어 구동부(10) 하부에 형성되며, 타이어를 인양하여 상하로 이송시키는 수직이동부(90)를 더 포함할 수 있다. 상기 수직이동부(90)에 타이어가 놓인 상태에서, 상부에 위치한 타이어 구동부(10)를 향해 수직이동하게 되고, 메인축(11)에 끼워져 타이어를 고정시키게 된다.

다음으로, 상기 타이어 구동부(10)로부터 수평이동된 타이어를 향해 이동하여 타이어 표면에 점접촉하도록 구성되고, 타이어에 가해지는 하중을 측정하는 로드셀(21)과, 상기 타이어와의 거리를 측정하는 거리센서(23)를 통해 하중에 대한 변위 정도로부터 강성을 측정하는 강성측정부(20)를 더 포함할 수 있다.

종래 타이어 강성을 측정하기 위한 방식으로, 크게 고정된 타이어에 하중을 가하여 하중-변위 데이터로 타이어 강성을 측정하는 정적특성방식과 타이어를 회전시킨 상태에서 타이어에 하중을 가해 강성을 측정하는 동적특성방식으로 구분할 수 있으며, 이는 타이어를 면단위 플레이트를 향해 하중을 가하는 방식으로 이루어져 면단위 강성밖에 측정할 수 없다는 단점이 있었다. 이를 개선하기 위하여, 상기 강성측정부(20)는 타이어 표면을 향해 이동하여 후술하는 샤프트(60)의 끝단을 통해 타이어 표면과 점접촉함으로써 점단위 강성을 측정하는 방식을 제시한다.

우선, 상히 강성측정부(20)는 타이어 구동부(10)로부터 이동된 타이어를 향해 이동하여 점접촉할 수 있도록 구성되며, 점접촉하면서 타이어에 가해지는 하중을 측정하는 로드셀(21)과 타이어와의 거리를 측정하는 거리센서(23)를 통해 타이어와의 거리와 가해지는 하중으로부터 강성을 측정할 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 강성측정부(20)는, 상기 타이어에서 상부로 소정거리 이격된 위치에 형성되며, 축을 중심으로 회전하는 제1회전부(40)와, 상기 제1회전부(40)의 외주면과 연결되어 상기 제1회전부(40)의 회전에 의해 축회전하고, 타이어 위치까지 하부로 연장 형성되는 플레이트(50)와, 상기 플레이트(50)로부터 타이어 방향을 향해 형성되는 로드셀(21)로부터 타이어를 향해 연장 형성되며, 구형의 끝단이 타어이 표면과 점접촉하면서 타이어 강성을 측정하는 샤프트(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1회전부(40)는 강성측정부(20)의 일 구성요소로써, 상기 타이어 구동부(10)로부터 이동된 타이어를 중심으로 상부로 소정거리 이격된 지점에 위치하며, 중심축을 기준으로 회전하도록 이루어진다. 상기 제1회전부(40)는 소정의 직경을 갖는 원판 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 제1회전부(40)의 외주면과 연결 설치되는 플레이트(50)를 제1회전부(40)의 회전운동에 의해 원주방향으로 축이동이 이루어진다. 상기 플레이트(50)는 제1회전부(40)에서 하부로 연장 형성되며 소정의 두께와 폭을 가지는 판 형상으로 이루어질 수 있고, 플레이트(50)에 설치되는 샤프트(60)가 타이어의 모든 표면에 접할 수 있도록 타이어가 설치된 높이까지 연장 형성되는 것이 바람직하다.

상기 플레이트(50)를 중심으로 타이어 방향을 향해 일정길이만큼 돌출되도록 형성되며 타이어에 가해지는 하중을 측정하는 로드셀(21)과, 상기 로드셀(21)의 반대편에 위치되고 타이어와의 거리를 측정하는 거리센서(23)가 형성될 수 있으며, 상기 로드셀(21)로부터 타이어를 향해 연장 형성되며, 구형의 끝단이 타어이 표면과 점접촉하면서 타이어 강성을 측정하는 샤프트(60)를 더 포함한다. 상기 샤프트(60)는 로드셀(21)로부터 타이어 사이에 연장 형성되며 끝단이 구형으로 이루어져 전진하여 트레드부나 숄더부, 사이드월, 림라인, 비드부 등과 같이 타이어 표면에 면이 아닌 점접촉하면서 가해지는 하중과 거리를 측정하여 강성값을 얻을 수 있다. 특히, 상기 제1회전부(40)의 회전에 의해 샤프트(60)가 타이어를 중심으로 그 주변에서 원주방향을 따라 회전하면서 트레드부나 사이드부 등 측정을 원하는 위치로 샤프트(60)를 이동시켜 측정이 가능하다는 장점이 있다.

또한, 상기 강성측정부(20)가 타이어 표면과 접촉되는 위치를 측정하는 위치측정센서(30)를 포함한다. 상기 위치측정센서(30)는 샤프트(60)가 타이어 표면 특정지점의 강성을 측정하게 되면 해당 위치를 감지하고, 상기 샤프트(60)가 이미 측정된 위치를 다시 측정하지 않고, 측정되지 않은 위치를 설정하여 샤프트(60)를 이동시키도록 제어할 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 플레이트(50) 상부에서 제1회전부(40)의 외주면과 연결되는 위치에 형성되며, 상기 샤프트(60)의 구형 끝단을 타이어 표면에 수직하게 접하도록 상기 플레이트(50)를 회전시키는 제2회전부(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1회전부(40)로부터 회전된 플레이트(50)를 통해 샤프트(60)를 타이어 표면에 접촉시키는 경우에 있어서, 샤프트(60)의 끝단이 타이어 표면에 직교하지 못하고 비스듬히 접하는 경우가 발생하게 된다. 이는 타이어는 고정된 상태에서 축회전하는 샤프트(60)에 의해 구형의 끝단도 함께 축을 따라 회전하면서 타이어의 모든 표면에 대해 수직하게 접할 수 없게 된다. 따라서, 상기 제2회전부(70)를 구성하여, 다시 한번 축회전이 이루어지도록 함으로써 샤프트(60)의 끝단이 모든 타이어 표면에 대해 직교하는 방향으로 접하도록 구성될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 제2회전부(70)는 플레이트(50)의 상부에 위치되며, 제1회전부(40)의 외주면과 플레이트(50)가 연결되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 제2회전부(70)는 제1회전부(40)와 마찬가지로 축회전하도록 이루어지게 되는데, 상기 제1회전부(40)에 의해서 플레이트(50)를 강성을 측정할 타이어 표면 주변까지 회전시킨 후, 제2회전부(70)에 의해 타이어 표면에 수직방향으로 샤프트(60) 끝단이 접하도록 미세각도를 조정하게 된다. 이렇게 두 번의 축회전을 이용하여 원하는 국소부위에 수직각도로 점접촉하는 강성측정부(20)를 통해 용이한 점 단위 강성측정이 가능하게 된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 타이어 구동부(10) 및 강성측정부(20)에 설치되어, 상기 샤프트(60)가 타이어 표면에 접촉하면서 강성 측정시 흔들리지 않도록 고정시키는 브레이크(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 브레이크(80)는 타이어 구동부(10)에 의해 타이어가 이동되거나 동적강성 측정을 위해 타이어가 회전, 또는 강성측정부(20)에 의해 샤프트(60)가 이동하여 타이어 표면에 접촉하는 과정에서 흔들리지 않도록 안정적으로 고정시킬 필요가 있으며, 이를 위하여 브레이크(80) 구성이 더 포함될 수 있으며, 여기서 브레이크(80)는 타이어 구동부(10)와 제1회전부(40), 제2회전부(70)에 각각 설치될 수 있으며, 각각의 직선운동 및 회전운동을 제어할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 타이어 구동부
11 : 메인축
20 : 강성측정부
21 : 로드셀
23 : 거리센서
30 : 위치측정센서
40 : 제1회전부
50 : 플레이트
60 : 샤프트
70 : 제2회전부
80 : 브레이크
90 : 수직이동부

Claims (5)

1. 메인축에 장착 및 고정된 타이어를 이동시키는 타이어 구동부;
   상기 타이어 구동부로부터 이동된 타이어를 향해 이동하여 타이어 표면에 점접촉하도록 구성되고, 타이어에 가해지는 하중을 측정하는 로드셀과, 상기 타이어와의 거리를 측정하는 거리센서를 통해 하중에 대한 변위 정도로부터 강성을 측정하는 강성측정부; 및
   상기 강성측정부가 타이어 표면과 접촉되는 위치를 측정하는 위치측정센서;
   를 포함하는 타이어 강성측정장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 강성측정부는,
   상기 타이어에서 상부로 소정거리 이격된 위치에 형성되며, 축을 중심으로 회전하는 제1회전부와,
   상기 제1회전부의 외주면과 연결되어 상기 제1회전부의 회전에 의해 축회전하고, 타이어 위치까지 하부로 연장 형성되는 플레이트와,
   상기 플레이트로부터 타이어 방향을 향해 형성되는 로드셀로부터 타이어를 향해 연장 형성되며, 구형의 끝단이 타어이 표면과 점접촉하면서 타이어 강성을 측정하는 샤프트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 강성측정장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 플레이트 상부에서 제1회전부의 외주면과 연결되는 위치에 형성되며, 상기 샤프트의 구형 끝단을 타이어 표면에 수직하게 접하도록 상기 플레이트를 회전시키는 제2회전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 강성측정장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 타이어 구동부 및 강성측정부에 설치되어, 상기 샤프트가 타이어 표면에 접촉하면서 강성 측정시 흔들리지 않도록 고정시키는 브레이크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 강성측정장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 메인축에 타이어를 결합시키기 위하여 타이어를 인양하여 수직이동시키는 수직이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 강성측정장치.

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