KR0151660B1 - 타이어의 소음저감을 위한 최적의 피치배열구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어의 소음저감을 위해 최적을 설계되는 피치배열구조에 관한 것으로, 타이어 원주둘레에 다수의 기본피치로 구성된 트레드를 갖추면서 이 피치들이 적어도 3개의 다른 피치크기로 이루어진 타이어의 피치배열구조에 있어서, 상기 피치들의 경계선상에서 에너지 천이효과를 크게하여 소음을 감소 시키기 위해 중간피치크기가 가장 큰 피치의 크기 내지는 가장 작은 피치의 크기쪽으로 더 가깝게 피치비율로 설정되되, 가장 바람직하게는 상기 중간피치크기가 가장 작은 피치의 크기를 기준으로 1.10배 비율로 설정된다.

Description

타이어의 소음저감을 위한 최적의 피치배열구조

표 1은 본 발명에 따른 여러가지 피치수를 갖는 타이어에 있어서, 중간 피치크기의 비율이 가장 작은 피치의 크기를 기준으로 다양하게 설정될 때 측정되는 각종 데이타의 상관관계표.

제1도는 표 1을 참고로 중간피치크기와 주관적 평가지수의 상호관계를 나타낸 그래프.

제2도는 표 1을 참고로 중간피치크기와 컴퓨터 시뮬레이션 함수와의 상호관계를 나타낸 그래프.

제3도 내지 제5도는 타이어의 총피치수가 각각 51개, 63개, 85개의 경우 본 발명에 따른 중간피치크기와 가장 작은 피치크기의 비가 1.10일 때 종래의 중간피치의 크기, 즉 1.25일때와 한 진동파수와 진폭(음압)의 비교그래프들.

제6도 내지 제8도는 무향실에서 하모닉에버레이지 방법으로 제3도 내지 제5도를 검증하는 진동주파수와 음압의 비교그래프들이다.

본 발명은 타이어의 소음을 최대로 감소시키어 차량의 정숙성을 향상시키는 타이어의 피치배열구조에 관한 것으로, 특히 타이어의 패턴소음(Pattern noise)을 제공하는 피치소음을 저감시킬 수 있도록 된 타이어의 소음저감을 위한 최적의 피치배열구조에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 타이어의 접지면을 이루는 트레드의 블럭과 블럭사이에는 홈(Groove)이 형성되어 있으며, 이 홈의 폭을 블럭피치(Block pitch)라 칭하는데, 차량주행중 타이어에서 발생되는 소음중에서도 가장 큰 소음이 패턴소음인 바, 이 패턴소음은 앞서 설명한 블럭피치 사이에 닫혀진 공기가 타이어가 운동하여 지면에서 이탈할 때 발생되고, 이 패턴소음이 블럭피치와 타이어의 회전속도에 관계됨은 이미 공지되어 있었다.

현재 타이어의 트레드에 이용되는 전형적인 3종류의 피치배열구조는, 중간피치크기가 가장 작은 피치크기와 가장 큰 피치크기의 중간크기로 설정되어 각각 다른 열로 형성되는 피치들이 타이어의 원주방향을 따라 배열되어 있다.

예를 들어 미국 특허 제4,823,853호에 게재된 타이어의 피치배열구조를 살펴보면, 피치크기의 대칭적인 균등분포에 의해 중간피치의 크기가 가장 작은 피치크기와 가장 큰 피치크기의 등거리 피치비로 되어 있는 바, 즉 3종류의 피치크기에 있어서 상기 가장 작은 피치크기의 비를 1.00이라 하고, 가장 큰 피치크기의 비를 1.50이라 하면, 상기 중간피치크기의 비는 1.25로 형성되어 있었다.

그러나 이러한 종래 피치배열의 비율구조는 소음저감을 위한 최적의 비율이 아님을 아래와 같은 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램(Computer Simulation program)실험에 의해서 알 수 있다.

여기서 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램 실험에서의 피치배열은 패턴형상을 무시하고 피치배열에 의해 주파수의 분산여부를 확인할 수 있으며, 피치소음 시뮬레이션은 타이어피치에 의해서 발생하는 소음을 사전에 컴퓨터를 통해 예측할 수 있는 것임을 밝혀둔다.

표 1은 피치크기가 3종류이고, 총피치 갯수가 51, 57, 63, 85인 3개의 피치배열을 갖는 타이어에 있어서, 가장 작은크기의 피치와 중간크기의 피치비를 1.05배에서 1.50배까지 0.05배 등간격으로 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 통해 얻은 표 1에서 나타낸 데이타를 기초로 나타낸 중간피치비율(Middle Pitch Ratio)과의 상관관계를 나타낸 것으로, 제1도의 그래프는 상기 중간피치비율 : 주관적인 평가지수(Subject Ranking)의 상관관계이고, 제2도의 그래프는 중간피치비율 : 컴퓨터 시뮬레이션 함수치(Pitch Sequence Program Sorting Function)의 상관관계이며, 제3도의 그래프는 총피치수가 85인 경우 주관적인 평가지수 : 컴퓨터 시뮬레이션 함수치를 나타낸 상관관계로서, 이들 데이타의 신뢰도는 국제표준화기구(International Organization for Standardization)에서 공인된 수치들이다.

여기서 상기 제1도와 제2도 및 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 가장 작은 크기의 피치를 기준으로 중간크기의 피치비는 총피치수에 관계없이 대략적으로 1.10배가 1.25배에 비해 상대적을 타이어 소음저감에 유리함을 알 수 있다. 이는 제1도에서는 주관적인 평가지수가 낮을수록 소음저감에 유리한 것이고, 제2도에서는 컴퓨터 시뮬레이션 함수값이 낮을수록 타이어의 소음저감에 유리하기 때문이다.

따라서 종래 미국특허 제4,823,853호와 같은 타이어피치 소음저감구조에서 중간크기의 피치를 가장 작은피치크기의 1.25배로 설정시킨 것이 가장 최적의 소음저감 피치배열이 아님을 알 수 있다.

이에 본 발명은 타이어의 트레드의 피치배열이 소음저감에 최적의 피치비를 갖도록 형성되는 타이어의 소음저감을 위한 최적의 피치배열구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피치경계선상에서의 에너지 천이현상을 크게하여 소음을 감소시키기 위해 중간피치크기의 비를 가장 작은피치크기쪽이나 가장 큰 피치크기쪽으로 가깝게 설정하되, 상기 중간피치의 크기는 가장 작은 피치의 크기에 대해 약 1.05~1.2배로 설정시키며, 가장 바람직하기는 1.1배가 소음저감의 최적의 조건을 갖는 한편, 상기 중간피치의 크기는 가장 큰피치의 크기에 대해 약 0.85~0.95배로 설정시키며, 바람직하기로는 0.90배가 소음저감의 최적의 조건을 갖는다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명은 타이어 원주둘레에 다수의 기본피치로 구성된 트레드를 갖추면서, 이 피치들이 적어도 3개의 다른 피치크기로 이루어진 타이어의 피치배열구조에 있어서, 상기 피치들의 경계선상에서 에너지의 천이효과를 크게 하여 소음을 감소시키기 위해 중간피치의 크기를 가장 작은피치의 크기의 1.05~1.20배로 설정시키되 바람직하기로는 1.10배로 설정시킨다.

또한 상기 중간피치의 크기가 가장 큰 피치의 크기를 기준으로 설정될 때에는 0.85~0.95로 형성되되, 바람직하기로는 0.90배가 가장 적절하다.

이와같은 본 발명에 따른 타이어의 피치배열구조를 좀더 자세히 설명하면, 표 1에서 차례는 총피치수와 피치종류를 나타내고, 중간비율은 가장 작은피치의 크기를 기준으로 중간피치의 크기의 비를 나타내어 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 각종 데이타를 나타낸 것이다.

여기서, 가장 작은피치의 크기를 기준으로 중간피치의 크기의 비율범위가 1.05~1.20배에서 가장 적당한 소음저감이 이루어지는 바, 이는 표 1과 제1도 내지 제2도에 도시된 바와 같이, 주관적인 평가지수와 컴퓨터 시뮬레이션 함수값이 낮을수록 타이어의 소음저감에 유리하고, 또한 띠폭(Bandwidth)이 넓을수록 소음저감이 양호하다.

그러나 상기 중간피치크기의 비가 1.10배일 때 타이어 소음저감에 가장 최적임을 알 수 있다.

한편, 중간피치크기를 가장 큰 피치의 크기와 비교할 때 그 비율이 0.85~0.95배 사이에 있어야 하는데, 이때에 가장 적합한 중간피치크기의 비는 가장 큰 피치의 크기를 기준으로 0.90배임을 알 수 있다.

그리고 제3도 내지 제5도는 타이어의 총피치수가 51개, 63개, 85개인 경우, 본 발명에 따른 중간피치의 크기가 가장 작은 피치의 크기를 기준으로 그 비율이 1.10배일 때 종래의 1.25배와 비교한 그래프로서, 타이어의 진동주파수와 진폭의 상관관계를 나타낸다. 여기서 본 발명에 의한 피치배열구조가 종래의 피치배열구조에 비해 진폭(음압)이 더 낮고 띠폭(Bandwidth)이 더 넓게 형성되어 있는데, 이러한 데이타는 타이어의 소음저감에 유리함을 증명한 것으로, 본 발명에 따른 피치배열구조는 종래의 피치배열구조보다 소음저감에 훨씬 유리함을 나타낸다.

이러한 실험결과를 검증하기 위해 무향실에서 하모닉 에버레이지 방법(Harmonic Average Method : 타이어의 회전속도를 60㎞/H에서 120㎞/H로 변화시키면서 각각의 진동주파수에 대한 음압을 측정하는 방법임)을 이용하여 측정실험한 결과가 제6도 내지 제8도의 그래프로 도시된 바, 이때에도 총피치수는 앞선 컴퓨터 시뮬레이션 실험방법의 총피치수와 동일하게 51개, 63개, 85개로 실시하여 그 결과를 살펴보면, 본 발명의 피치배열구조는 진동주파수와 음압이 종래의 피치배열구조에 비해 더 넓고 더 낮게 측정됨을 알 수 있어, 본 발명에 따른 피치배열구조가 타이어의 소음저감에 유리함을 알 수 있다.

한편, 그래프로 나타내지 않았지만 중간피치크기가 가장 큰 피치의 크기를 기준으로 0.90배일 때에 상기와 동일한 실험을 실시하여도 이 중간피치 크기가 가장 작은 피치크기의 1.25배일 때 보다 띠폭과 주관적 평가지수(표 1참조)가 더 넓고 낮음에 따라 타이어의 소음저감에 유리함을 알 수 있다. 그러나 타이어의 소음저감에 가장 유리한 최적의 상태는 중간피치크기가 가장 작은 피치의 크기를 기준으로 1.10배일 때임은 측정실험을 통해 알 수 있다.

이와같은 본 발명에 따른 피치크기의 배열은 결국 가장 작은 피치크기를 기준으로 가장 큰 피치크기의 비율, 즉 가장 작은 피치크기:가장 큰 피치크기=1:1.50~1.70로 설정되는 것임을 알 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 최적의 타이어 피치배열구조는, 종래의 피치배열구조에 비해 진동주파수가 더 넓고, 진폭이 더 낮음에 따라 타이어의 소음을 저감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 타이어 원주둘레에 다수의 기본피치로 구성된 트레드를 갖추면서 이 피치들이 적어도 3개의 다른 피치크기로 이루어진 타이어의 피치배열구조에 있어서, 상기 피치들의 경계선상에서 에너지 천이효과를 크게하여 소음을 감소시키기 위해 중간피치크기가 가장 큰 피치의 크기 내지는 가장 작은 피치의 크기쪽으로 더 가깝게 피치비율로 설정되어지는 것을 특징으로 하는 타이어의 소음저감을 위한 최적의 피치배열구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 중간피치의 크기는 가장 작은 피치의 크기를 기준으로 1.05~1.20배 비율로 설정되는 것을 특징으로 하는 타이어의 소음저감을 위한 최적의 피치배열구조.
3. 제1항 및 제2항에 있어서, 상기 중간피치크기는 가장 작은피치의 크기를 기준으로 가장 바람직하게는 1.10배 비율로 설정되는 것을 특징으로 하는 타이어의 소음저감을 위한 최적의 피치배열구조.
4. 제1항에 있어서, 상기 중간피치크기는 가장 큰 피치의 크기를 기준으로 0.85~0.95배 비율로 설정되는 것을 특징으로 하는 타이어의 소음저감을 위한 최적의 피치배열구조.
5. 제1항 및 제4항에 있어서, 상기 중간피치크기는 가장 큰피치의 크기를 기준으로 가장 바람직하게는 0.90배 비율로 설정되는 것을 특징으로 하는 타이어의 소음저감을 위한 최적의 피치배열구조.
6. 제1항에 있어서, 상기 가장 작은 피치크기에 대한 가장 큰 피치크기는 1:1.50~1.70 비율로 설정되는 것을 특징으로 하는 타이어의 소음저감을 위한 최적의 피치배열구조.