KR100888052B1

KR100888052B1 - 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법

Info

Publication number: KR100888052B1
Application number: KR1020070116236A
Authority: KR
Inventors: 김상협; 박인정; 곽현환
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2009-03-10
Also published as: CN101435744A; CN101435744B

Abstract

본 발명은 구현된 패턴 모델을 다른 사이즈에서도 사용 가능하도록 하기 위한 타이어 성능 예측을 위한 패턴모델의 결합방법에 관한 것으로서, 특히 패턴 모델을 자동으로 조정하여 여러가지의 새로운 타이어 단면형상에 결합하여 해석 모델을 만드는데 걸리는 시간을 줄이고, 다양한 설계안을 비교 및 검토할 수 있도록 하여 타이어 성능 예측을 보다 쉽고 편리하게 수행하도록 하는 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법에 관한 것이다.

타이어, 패턴 모델, 타이어 단면형상, 결합, 타이어 바디

Description

타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법{Method for assembly of pattern model for prospecting tire efficiency}

본 발명은 구현된 패턴 모델을 다른 사이즈에서도 사용 가능하도록 하기 위한 타이어 성능 예측을 위한 패턴모델의 결합방법에 관한 것으로서, 특히 패턴 모델을 자동으로 조정하여 여러가지의 새로운 타이어 단면형상에 결합하는 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법에 관한 것이다.

종래에는 FE 해석을 통한 타이어의 코너링, 후륜구동, 마모 성능 등을 실제 타이어의 단면형상(Profile)을 측정한 후 단순히 그루브(Groove) 타입으로 성능을 예측하는 바업과 실제 패턴을 정확하게 모델 한 후 단면형상의 트레드와 대체한 패턴 타입으로 예측하는 방법을 사용하였다.

도 1은 종래의 패턴 모델의 결합방법을 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 그루브 타입은 타이어 단면형상을 회전시켜 만들며, 패턴 타입의 경우는 타이어 단면형상에서 드레트 부분을 제거하고, 제거된 부분인 타이어 바디(Tier body)과 동일한 길이 및 크기를 가진 패턴 모델을 삽입하여 만든다.

상기의 그루브 타입보다는 실제 패턴을 고려하는 경우, 보다 정확한 성능을 예측할 수 있기 때문에 타이어 해석시 실제 패턴 모델 구현에 많은 시간을 투자하고 있다.

그러나 종래의 패턴 타입 해석 모델은 구현된 패턴 모델의 특정 타이어 바디에만 가능할 뿐 동일 사이즈 혹은 다른 사이즈의 설계안(Design)에는 맞지 않아 사용하지 못하는 단점이 있었다.

즉, 한 개의 패턴 모델은 한 개의 단면형상에만 사용할 수 있기 때문에 다른 타입의 패턴 모델에 대한 성능을 예측하기 위해서는 반복작업이 필요하였으며, 더욱이 한 타입의 패턴을 구현하는데 많은 시간이 투자되어야 한다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 그 목적은 구현된 패턴 모델을 다른 사이즈에서 사용 가능하도록 패턴 모델을 자동으로 스케일링하여 해석 모델을 만드는데 걸리는 시간을 줄이고, 다양한 설계안을 비교 및 검토할 수 있도록 하여 타이어 성능 예측을 보다 쉽고 편리하게 수행할 수 있는 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법은,

실제 패턴 모델과 뉴 단면형상 모델을 구성하는 제 1 단계, 상기 제 1 단계 후 상기 뉴 단면형상의 트레드 부위 요소 길이 및 높이를 계산하는 제 2 단계, 상기 제 2 단계 후 상기 실제 패턴모델의 길이를 계산하고 하단면 절점 추출 및 그루브 위치 판단을 하는 제 3 단계, 상기 제 3 단계 후 상기 실제 패턴 모델의 길이 방향 및 하단면 절점 높이 방향을 조정하는 제 4 단계, 상기 제 4 단계 후 상기 제 2, 3, 4 단계에서 얻은 데이터를 토대로 3차원 FE 모델을 구성하여 FE 해석 및 설계안 결과를 분석하는 제 5 단계를 수행한다.

또한, 상기 제 3 단계의 그루브 위치 판단을 하기 위한 경계 요소면의 하단면을 찾는 것은, 먼저 경계요소면을 찾아서 높이 방향으로 가장 아래에 위치한 한 개의 요소면을 기준으로 선택하여 인접 요소면를 찾는 제 31 단계, 상기 제 31 단 계 후 상기 기준으로 선택한 요소면과 인접 요소면의 노멀 벡터간의 각을 계산하여 그 각이 0~45°에 속하지 않는다면 기준으로 선택한 요소면과 인접 요소면 이외의 경계면으로 저장하는 제 32 단계, 상기 제 31 단계 후 상기 기준으로 선택한 요소면과 인접 요소면의 노멀 벡터간의 각을 계산하여 그 각이 0~45°에 속한다면 속하는 요소면을 하단면으로 저장하고 저장된 인접 요소면은 다시 기준 요소면이 되는 제 33 단계를 포함하여 수행한다.

본 발명에 따른 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법은 구현된 패턴 모델을 다른 사이즈에서 사용 가능하도록 패턴 모델을 자동으로 스케일링하여 해석 모델을 만드는데 걸리는 시간을 줄이고, 다양한 설계안을 비교 및 검토할 수 있게 한다.

이와 같은 본 발명을 첨부도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법을 나타낸 흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법은,

실제 패턴 모델과 뉴 단면형상 모델을 구성하는 제 1 단계(ST10~ST20), 상기 제 1 단계 후 상기 뉴 단면형상의 트레드(1) 부위 요소 길이 및 높이를 계산하는 제 2 단계(ST30), 상기 제 2 단계 후 상기 실제 패턴모델의 길이 계산하고 하단면 절점을 추출, 그루브(2) 위치 판단을 하는 제 3 단계(ST40), 상기 제 3 단계 후 상기 실제 패턴 모델의 길이 방향 및 하단면 절점 높이 방향을 조정하는 제 4 단계(ST5), 상기 제 4 단계 후 상기 제 2, 3, 4 단계에서 얻은 데이터를 토대로 3차원 FE 모델을 구성하여 FE 해석 및 설계안 결과를 분석하는 제 5 단계(ST60~ST70)를 수행하는 것을 특징으로 한다.

먼저 패턴 모델은 정육면체로 구성된 3D 솔리드 요소이어야 하며, 솔리드 요소의 길이방향 요소변의 길이는 4mm 이하로 제한하고, 높이 방향으로는 제한을 두지 않는다.

도 3는 새로운 단면형상 및 다른 사이즈의 트레드 부위의 길이와 높이를 자동으로 측정하는 것을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 의해 찾은 트레드 경계 곡선을 나타낸 도면이며, 도 5은 도 3에서 새로운 단면형상 및 다른 사이즈의 트레드 부위의 길이를 구하기 위해 필요한 하단과의 최단거리를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 설계된 타이어 단면형상 상의 트레드(1) 경계 곡 선(Free edge)를 찾고 지면과 닿는 부위(트레드 상단)인지, 타이어 벨트와 연결된 부분(트레드 하단)인지를 찾는다.

상기 경계 곡선은 도 4에 도시된 바와 같으며, 그루브(2)를 제외한 상단의 절점은 좌측 맨 끝 절점부터 우측 맨 끝 절점까지 경계 곡선의 노멀 벡터간의 각도를 이용하여 판단하고, 그루브(2)의 개수 및 위치를 저장한다.

높이 정보는 트레드(1) 상단에 위치한 절점을 이용하여 하단과의 최단 거리를 찾으며 상기 최단 거리는 도 5에 도시된 바와 같이 트레드(1) 하단의 세 절점을 이용해 아크(arc)를 만들고, 이 아크를 이용해서 트레드(1) 상단 절점과 최단 거리를 찾는다. 길이 정보는 트레드 상단 좌측 맨 끝 절점에서부터 우측 끝점까지의 절점 간의 거리를 통해 얻는다.

도 6은 도 3 내지 도 5에 의해 측정된 새로운 단면형상의 트레드 부위 요소 길이 및 높이를 실제 패턴의 형상과 같이 일직선으로 펼쳐놓는 것을 나타낸 도면으로서, 도 6에 도시된 바와 같이 새로운 단면형상의 트레드(1) 부위 요소 길이 및 높이를 실제 패턴의 형상과 같이 일직선으로 펼쳐놓는 것이다.

도 7은 실제 패턴의 총길이와 패턴의 절점정보를 나타낸 도면으로서 길이(L) 및 높이(V) 방향 조정(scaling)을 위해 실제 패턴의 총 길이를 계산하고, 패턴의 절점 정보(좌표값)를 저장한다.

도 8은 도 2에서 제 3 단계의 그루브 위치 판단을 하기 위한 경계 요소면의 하단면을 찾는 것을 나타낸 흐름도이다.

도 8에 도시된 바와 같이 상기 제 3 단계의 그루브 위치 판단을 하기 위한 경계 요소면의 하단면을 찾는 것으로,

먼저 경계요소면을 찾아서 높이 방향으로 가장 아래에 위치한 한 개의 요소면을 기준으로 선택하여 인접 요소면를 찾는 제 31 단계(ST41~ST43), 상기 제 31 단계 후 상기 기준으로 선택한 요소면과 인접 요소면의 노멀 벡터간의 각을 계산하여 그 각이 0~45°에 속하지 않는다면 기준으로 선택한 요소면과 인접 요소면 이외의 경계면으로 저장하는 제 32 단계(ST44~ST45), 상기 제 31 단계 후 상기 기준으로 선택한 요소면과 인접 요소면의 노멀 벡터간의 각을 계산하여 그 각이 0~45°에 속한다면 속하는 요소면을 하단면으로 저장하고 저장된 인접 요소면은 다시 기준 요소면이 되는 제 33 단계(ST44,ST46)를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

도 9는 도 7에서 실제 패턴 모델의 상단과 하단의 절점들을 두께 방향으로 임의 평면에 투영하여 나타낸 도면이며, 도 10은 도 8에 의해 찾은 하단면을 나타낸 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 패턴 모델의 상단과 하단의 절점들을 두께 방향으로 임의 평면에 투영하여 그루브(2)의 위치를 판단하는데, 상단의 절점은 동일한 높이에 있으므로 쉽게 찾을 수 있으나 하단의 절점은 요소 경계면(element free face)의 하단면을 통해 찾는다.

이 때, 요소 경계면의 하단면은 도 8에 도시된 바와 같이 먼저 전체 패턴의 경계 요소면(Element free face)를 찾는다(ST41).

각 경계 요소면은 노멀 벡터와 위치 정보가 저장된다.

경계 요소면의 하단면을 찾기 위해 높이 방향으로 가장 아래에 위치한 한 개 의 요소면을 기준으로 선택하고, 그 요소면의 인접 요소를 찾는다(ST42~ST43).

상기 기준으로 선택한 요소면과 인접 요소면의 노멀 벡터간의 각을 계산하여 그 각이 0~45°에 속하지 않는다면 기준으로 선택한 요소면과 인접 요소면은 이외의 경계면으로 저장하고(ST44~ST45), 상기 기준으로 선택한 요소면과 인접 요소면의 노멀 벡터간의 각을 계산하여 그 각이 0~45°에 속한다면 속하는 요소면을 하단면으로 저장하고 저장된 인접 요소면은 다시 기준 요소면으로 지정한다(ST44, ST45).

이렇게 찾은 경계요소면의 하단면은 도 10에 도시된 바와 같다.

상기에서와 같이 경계요소면의 하단면을 찾고 하단면의 각 길이 구간에 따른 두께방향으로 가장 큰 값을 가진 절점을 찾은 후, 그 절점들을 임의 평면에 투영하여 그루브(2)의 위치를 구한다.

도 11은 본 발명에 의한 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법에서 상단 절점을 길이 방향으로 정렬하고 그룹화시킨 것을 나타낸 도면이며, 도 12는 본 발명에 의한 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법을 통해서 길이와 높이가 단면형상에 맞게 조정된 것을 나타낸 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상단 절점을 길이 방향으로 정렬한 후, 갑자기 거리가 증가되는 부분을 판단하여 그룹화 시키고 그룹화된 절점을 이용해 직선을 만든다. 또한, 하단 절점을 상단 절점으로 투영해서 직선과 만나지 않는 절점을 찾아내고, 그 부분을 그루브(2) 처리한다. 이를 통해 패턴의 모든 절점이 어느 부분에 속하는지 알 수 있으며, 길이 방향으로 각 부분에 맞게 조정(scaling) 할 수 있 다.

또한, 도 12에 도시된 바와 같이 실제 패턴을 단면형상 상의 길이에 맞게 각 구간별로 조정(Scaling)한 후, 길이 방향으로 일정 구간을 나누고, 각 구간에 속하는 패턴 상의 절점을 찾아서 단면형상 상의 측정된 높이로 선형 보간하여 높이를 조정한다.

이렇게 조정(Scaling)된 패턴과 설계된 타이어 단면형상 바디부가 합쳐져서 패턴 타입 해석 모델을 구성하며, 이 때 펼쳐진 상태의 패턴은 타이어 트레드 부위에 정확하게 맞춰진다.

따라서, 목표 성능을 만족하는 타이어를 설계하기 위해, 설계자는 여러 단면형상 안을 생성할 것이고 패턴에 따른 단면형상을 비교 및 검토하는 과정을 반복하여 수행하게 되며, 이 때 단면파일 생성을 제외한 패턴이 고려되는 부분은 자동적으로 이루어진다.

도 13은 본 발명에 의한 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법을 통해서 실제 수행하는 것을 나타낸 도면이며, 도 14는 본 발명에 의한 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법을 사용하지 않은 경우와 사용한 경우의 차이를 나타낸 도면이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 3개의 패턴 모델을 2개의 새로운 단면형상에 본 발명을 통해서 결합시켜 총 6개의 FE 모델을 생성시킨다.

또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법을 사용하지 않은 경우에 패턴 모델과 새로운 단면형상 사이 에 약간의 틈새(3)가 존재하지만 본 발명을 사용한 경우에는 틈새(3)가 없이 결합할 수가 있게 되는 것이다.

도 1은 종래의 패턴 모델의 결합방법을 나타낸 도면이다.

도 3은 새로운 단면형상 및 다른 사이즈의 트레드 부위의 길이와 높이를 자동으로 측정하는 것을 나타낸 도면이다.

도 4는 도 3에 의해 찾은 트레드 경계 곡선을 나타낸 도면이다.

도 5는 도 3에서 새로운 단면형상 및 다른 사이즈의 트레드 부위의 길이를 구하기 위해 필요한 하단과의 최단거리를 나타낸 도면이다.

도 6은 도 3 내지 도 5에 의해 측정된 새로운 단면형상의 트레드 부위 요소 길이 및 높이를 실제 패턴의 형상과 같이 펼쳐놓는 것을 나타낸 도면이다.

도 7은 실제 패턴의 총길이와 패턴의 절점정보를 나타낸 도면이다.

도 9는 도 7에서 실제 패턴 모델의 상단과 하단의 절점들을 두께 방향으로 임의 평면에 투영하여 나타낸 도면이다.

도 10은 도 8에 의해 찾은 하단면을 나타낸 도면이다.

도 11은 본 발명에 의한 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법에서 상단 절점을 길이 방향으로 정렬하고 그룹화시킨 것을 나타낸 도면이다.

도 12는 본 발명에 의한 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법을 통해서 길이와 높이가 단면형상에 맞게 조정된 것을 나타낸 도면이다.

도 13은 본 발명에 의한 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법을 통해서 실제 수행하는 것을 나타낸 도면이다.

도 14는 본 발명에 의한 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법을 사용하지 않은 경우와 사용한 경우의 차이를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 ---- 트레드 2 ---- 그루브

3 ---- 틈새

Claims

실제 패턴 모델과 뉴 단면형상 모델을 구성하는 제 1 단계(ST10~ST20);

상기 제 1 단계 후 상기 뉴 단면형상의 트레드 부위 요소 길이 및 높이를 계산하는 제 2 단계(ST30);

상기 제 2 단계 후 상기 실제 패턴모델의 길이를 계산하고 하단면 절점 추출 및 그루브 위치 판단을 하는 제 3 단계(ST40);

상기 제 3 단계 후 상기 실제 패턴 모델의 길이 방향 및 하단면 절점 높이 방향을 조정하는 제 4 단계(ST50); 및

상기 제 4 단계 후 상기 제 2, 3, 4 단계에서 얻은 데이터를 토대로 3차원 FE 모델을 구성하여 FE 해석 및 설계안 결과를 분석하는 제 5 단계(ST60~ST70)를 수행하는 것을 특징으로 하는 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 단계의 높이에 대한 정보는 트레드 상단에 위치한 절점을 이용하여 하단과의 최단 거리를 찾으며 상기 최단 거리는 트레드 하단의 세 절점을 이용해 아크(arc)를 만들고, 이 아크를 이용해서 트레드 상단 절점과 최단 거리를 찾는 것을 특징으로 하는 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 3 단계의 그루브 위치 판단을 하기 위한 경계 요소면의 하단면을 찾는 것은, 경계요소면을 찾아서 높이 방향으로 가장 아래에 위치한 한 개의 요소면을 기준으로 선택하여 인접 요소면를 찾는 제 31 단계(ST41~ST43);

상기 제 31 단계 후 상기 기준으로 선택한 요소면과 인접 요소면의 노멀 벡터간의 각을 계산하여 그 각이 0~45°에 속하지 않는다면 기준으로 선택한 요소면과 인접 요소면 이외의 경계면으로 저장하는 제 32 단계(ST44~ST45); 및

상기 제 31 단계 후 상기 기준으로 선택한 요소면과 인접 요소면의 노멀 벡터간의 각을 계산하여 그 각이 0~45°에 속한다면 속하는 요소면을 하단면으로 저장하고 저장된 인접 요소면은 다시 기준 요소면이 되는 제 33 단계(ST44,ST46)를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 타이어 성능 예측을 위한 패턴 모델의 결합방법.