KR101416732B1

KR101416732B1 - 타이어 쏠림 성능 평가 장치

Info

Publication number: KR101416732B1
Application number: KR1020130001541A
Authority: KR
Inventors: 국민구
Original assignee: 넥센타이어 주식회사
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2014-07-08

Abstract

본 발명은 타이어의 쏠림 성능 평가 장치에 관한 것으로, 특히, 실제 차량의 하중을 적용할 수 있는 하중 부가부, 차량의 주행 속도를 적용할 수 있는 드럼부, 실제 노면의 경사각을 모사할 수 있는 경사 노면부, 차량의 조향 장치 및 현가 장치, 제동 장치를 적용할 수 있는 서스펜션부를 통해 실제 차량의 주행 상태를 실내에서 구현하여 타이어에서 발생되는 힘과 모멘트, 슬립각을 측정할 수 있으며, 이를 통해 타이어에 따른 차량의 쏠림 성능을 객관적으로 평가할 수 있다.
또한 차량의 쏠림과 관련된 타이어와 서스펜션의 설계 인자 영향도 분석을 통해 차량의 직진 주행 성능을 향상 시킬 수 있다.

Description

타이어 쏠림 성능 평가 장치{Test Equipment for Evaluation of Tire Pulling Performance}

본 발명은 실내에서 타이어의 쏠림 성능을 평가하는 시험 장치에 관한 것으로 상세하게는 차량의 전륜 좌측 서스펜션이 장착되어 있는 1/4 car 시험 장치에 타이어를 장착하고 경사각이 있는 주행 드럼에 타이어를 맞물려 회전시킴으로써 타이어의 슬립각에 따른 3축 힘과 3축 모멘트를 측정하는 시험기에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 쏠림이라 하면 운전자의 의도와는 상관없이 직진 주행 중에 차량이 차선을 벗어나려고 하는 운동 특성이다. 차량의 쏠림과 관련된 인자는 크게 외부 인자와 차량 인자로 나누어진다.

외부 인자는 노면의 경사각, 바람 등이 있으며, 차량 인자는 차량의 무게 분포, 전륜의 좌/우 구동력 차이, 조향계 특성 등이 있다.

조향계 특성은 차량의 핸들 민감도, 관성모멘트(Moment of Inertia), 전륜의 좌/우 휠 얼라인먼트(Wheel Alignment) 차이, 휠의 편심도(Wheel Off Center), 타이어 등이 있다. 그 중 타이어는 PRAT, PRCF, Conicity 등의 인자가 차량의 쏠림에 영향을 미친다.

타이어의 코니시티(Conicity)는 제조적인 특성으로 타이어의 비대칭 요소가 타이어를 한쪽으로 기울어진 원추처럼 구르게 하는 횡 방향 힘이다. 따라서 타이어의 설계에 의한 개선보다는 제조 공정의 개선을 통해 개선이 된다.

타이어의 PRAT(Plysteer Residual Aligning Torque)는 타이어에 작용하는 횡력이 0이 되는 슬립각 상태에서 타이어에 작용하고 있는 얼라이닝 토크를 RAT(Residual Aligning Torque)라 하고, 이때 양 방향의 RAT의 평균을 PRAT라 한다. PRCF(Plysteer Residual Cornering Force)는 타이어에 작용하는 얼라이닝 토크가 0이 되는 슬립각 상태에서 타이어에 작용하고 있는 횡력을 RCF(Residual Cornering Force)라 하고, 이때 양 방향의 RCF의 평균을 PRCF라 한다. PRAT와 PRCF는 타이어의 설계적인 특성으로 타이어 설계 시 벨트 각도, 트레드 패턴 등의 일정 방향성을 가진 인자들의 영향으로 발생한다.

따라서 타이어 측면에서 차량의 쏠림을 개선하기 위해서는 차량에 알맞은 타이어의 PRAT/PRCF 산출을 통한 설계 인자 변경이 필요하다.

현재의 타이어 PRAT/PRCF 시험기는 드럼이나 Flat 벨트에 타이어 단품을 맞물려서 회전시키며, 슬립각을 -1도에서 +1도까지 미세하게 변화시켜 슬립각의 미세 변화량에 따라 발생하는 얼라이닝 토크와 횡력을 측정한다.

그러나, 이러한 타이어의 PRAT/PRCF 시험기는 타이어의 단품에 대한 얼라이닝 토크와 횡력을 측정할 뿐, 노면의 경사각에 따른 영향도와 차량의 서스펜션에 의한 영향도 등은 고려되지 않아 실제 차량의 주행 상태와는 많은 차이가 있다.

또한 타이어의 PRAT/PRCF가 변화하였을 때, 차량의 쏠림에 미치는 영향도 분석이 이루어지지 않는다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 실제 차량의 주행 상태와 유사한 환경을 모사할 수 있게, 노면의 경사각과 차량의 전륜 좌측 서스펜션이 적용된 타이어의 3축 힘과 3축 모멘트, 이때의 타이어 슬립각을 측정하는 시험기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 노면의 경사각은 드럼에서 탈부착이 가능하여 노면의 경사각을 변화시킬 수 있으며, 서스펜션 역시 타이어가 적용되는 차량의 전륜 좌측 서스펜션으로 교체가 가능하다.

상기의 목적을 달성하기 위해 고안된 본 장치는 모터에 의해 회전이 되며 타이어와의 접촉으로 타이어를 구동시키는 드럼부; 상기 드럼의 드럼 표면에 탈부착이 되어 경사각을 이루는 노면부; 차량의 전륜 좌측 서스펜션이 장착되어 타이어에 하중이 적용되는 하중 부가부; 실제 차량의 전륜 좌측 서스펜션이 장착되어 있는 서스펜션부; 상기 하중 부가부에 동력을 전달하는 동력 전달부; 타이어에서 발생되는 3축 힘과 3축 모멘트, 타이어의 슬립각을 측정하는 센서부; 측정된 데이터를 수집하는 DAQ부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 쏠림 성능 평가 장치를 제시한다.

본 발명에 의한 실내 타이어 쏠림 성능 평가 장치에 의하면, 평탄한 노면뿐만 아니라 정구배와 역구배 등 일정한 경사각을 가지는 노면에서 이루어지는 차량의 직진 주행을 모사하여 실제 주행과 유사한 환경에서 타이어에 따른 차량의 쏠림 성능을 객관적으로 평가할 수 있는 효과가 있다.

또한 차량의 쏠림과 관련된 타이어와 서스펜션의 설계 인자 영향도 분석을 통해 차량의 직진 주행 성능을 향상 시킬 수 있다.

도 1은 경사각이 있는 노면 패치로서 드럼에 탈/부착이 가능한 경사 노면의 사시도이고,
도 2는 차량의 전륜 좌측 서스펜션이 장착된 타이어 쏠림 성능 평가 장치의 전체를 나타낸 사시도이며,
도 3은 도 2의 구성 중 서스펜션부와 센서부를 나타낸 사시도이고,
도 4는 도 2의 평면도이다.

이하, 본 발명에 따른 타이어 쏠림 성능 평가 장치 및 그 시험 방법의 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 타이어 쏠림 성능 평가 장치의 바람직한 실시예는 도 1과 도 2에 참조된 바와 같이, 타이어(190)와의 접촉시 발생되는 마찰력을 매개로 타이어(190)를 강제로 회전시키는 드럼 구동부를 포함한다. 보다 상세하게는, 드럼 구동부는 샤시 다이나모미터(CHASSIS DYNAMOMETER)에 구비되어 드럼(70)을 회전시키기 위한 장치에 해당한다. 이때, 드럼(70)은 샤시 다이나모미터의 가동에 따라 회전하는 원추대 형상의 원통부재로 이루어진다. 경사 노면부는 드럼(70)의 외주면을 감싸는 형태로서 타이어(190)의 트레드 부위와 직접적으로 접촉하는 부위에 해당한다. 특히, 경사 노면부는 드럼(70)의 외주면에 대해 착탈 가능하게 설치된다.

도 1을 참조하면, 경사 노면부는 상술한 바와 같이, 실제 도로에서 차량의 주행 방향으로 형성된 노면의 경사각을 모사(模寫) 내지 상사(相似)하여 실제 노면을 대신할 수 있도록 채용한 것이다. 즉, 경사 노면부는 드럼(70)에 있어 노면 폭(1)의 형성부위로부터 소정의 노면 높이(2)를 가지는 부위를 향해 경사진 형태의 노면 경사각(3)을 설정함으로써 타이어(190)의 트레드 부위와 직접적으로 접촉할 수 있는 부위에 해당한다. 이때, 노면 경사각(3)은 정구배와 역구배 등 국가 마다 상이하고, 국내의 경우 정구배로서 대략 1~3도의 경사각을 가지게 된다.

도 2에 참조된 하중 부가부는 차량의 전륜 우측 서스펜션(1/4 Car)에 장착되어 있으며, 타이어(190)에 대해 수직 하중 및 수평 하중을 부가하는 역할을 수행한다. 특히, 하중 부가부는 차량의 하중에 따라 타이어(190)에 대해 실제 주행상태와 동일하게 적용 하중을 변경할 수 있다.

하중 부가부는 하중 부가부를 고정하기 위해 드럼(70) 옆에 설치된 평판 형태의 베이스(10), 베이스에 대해 수평한 방향으로 이동이 가능하게 설치되어 타이어(190)에 수평 방향의 하중을 부가하는 수평 하중 부가부(20), 및 수평 하중 부가부에 대해 수직한 방향으로 이동이 가능하게 설치되어 타이어(190)에 대해 수직 방향의 하중을 부가하는 수직 하중 부가부(30)로 기본 구성이 된다.

동력 전달부는 타이어(190)의 성능 시험시 하중 부가부의 작동에 필요로 하는 동력을 제공하는 것이다. 이 경우, 동력 전달부는 수평 하중 부가부(20)의 수평 방향 이동을 위해 베이스(10)에 설치된 모터(50), 및 수직 하중 부가부(30)의 수직 방향 이동을 위한 유압 조절기(60)로 구성되어 차량의 하중과 동일한 수평 하중과 수직 하중을 각각 타이어(190)에 적용할 수 있으므로 실제 차량의 주행 조건과 같은 실험을 실시할 수 있게 된다.

이를 위해, 모터(50)는 도 4에 도시된 바와 같이, 회전축 상에 리드 스크류(52)를 장착한다. 리드 스크류(52)는 수평 하중 부가부(20)의 배면에 설치된 볼 너트(54)와 나사 결합된다. 수평 하중 부가부(20)는 베이스(10)에 형성된 가이드 레일(40)을 따라 타이어(190)의 주행 측방향으로 이동하도록 설치된다. 이 경우, 가이드 레일(40)은 베이스(10)의 표면에 대해 타이어(190)의 주행 측방향을 향해 길게 형성된다. 이 결과, 모터(50)의 구동에 따라 수평 하중 부가부(20)는 가이드 레일(40)을 따라 좌우방향으로 이동할 수 있게 된다.

또한, 유압 조절기(60)는 일종의 유압 실린더로서, 수평 하중 부가부(20)에 대해 수직 하중 부가부(30)를 상하방향으로 이동 가능하게 하는 역할을 수행한다. 이를 위해 유압 조절기(60)는 수평 하중 부가부(20)에 지지되도록 설치된다. 또한, 유압 조절기(60)는 수직 하중 부가부(30)의 이동을 정확하게 안내하기 위해 수직한 방향으로 배치되는 다수의 가이드 바아(62)를 구비한다. 이 결과, 유압 조절기(60)의 작동에 따라 수직 하중 부가부(30)는 수평 하중 부가부(20)에 대해 가이드 바아(62)를 따라 상하방향으로 이동할 수 있게 된다.

드럼(70)은 회전을 위한 드럼 구동부를 포함하는 샤시 다이나모미터로서, 드럼 구동부에 대한 속도 조절을 통해 실제 차량의 주행 속도에 맞춰서 실험을 할 수 있도록 해 준다.

또한, 실제 차량의 주행을 모사하기 위해 차량의 전륜 우측 서스펜션부를 수직 하중 부가부(30)에 장착한다.

또한, 서스펜션부는 실제 차량의 조향 장치부(180) 및 현가 장치부(110, 120, 130, 150, 170), 제동 장치부(140, 160)로 구성되며, 이러한 서스펜션부는 현가 장치 연결 플레이트(100)로 매개로 수직 하중 부가부(30)와 결합되며, 이러한 전체적인 구성을 1/4 Car라 지칭한다. 다만, 본 발명의 실시예는 차량의 전륜 우측 서스펜션에 국한하여 기술하고 있으나, 전륜 좌측 서스펜션에도 동일하게 적용할 수 있고, 특히 후륜측에도 동일하게 적용할 수도 있을 것이다.

조향 장치부는 조타 방향을 구현시키는 타이 로드(180)로 구성된다. 타이어의 슬립각은 타이 로드(180)를 조절하여 변경이 가능하며 슬립각에 따른 쏠림 영향도를 실험할 수 있다.

현가 장치부는 스프링(110), 댐퍼(120), 댐퍼(120)의 하단에 연결된 너클(130), 타이어의 주축인 스핀들(150), 너클(130)의 하단에 연결된 로워 암(170)으로 구성된다.

제동 장치부는 브레이크 디스크(140) 및 브레이크 캘리퍼(160)로 구성된다.

이러한 서스펜션부는 맥퍼슨-스트럿(Mcpherson-Strut), 더블 위시본(Double Wishbone), 멀티링크(Multi-Link) 등 실제 차량에 장착되어 있는 타입에 따라 변경이 가능하며, 서스펜션의 하드포인트(Hard Point), 스프링(Spring), 댐퍼(Damper) 등의 차량의 설계 인자 변경도 가능하다.

센서부는 타이어(190)에 장착되어 타이어의 3축 힘과 3축 모멘트를 측정하는 Wheel Force Transducer 계측 센서(200), 타이어(190)에 장착되어 타이어가 드럼(70)에 의해 구동될 때의 슬립각을 측정하는 슬립각 센서(210)로 이루어진다.

DAQ(Data Acquisition)부는 타이어(190)의 주행 시험상태에서 센서부를 통해 계측된 각종 데이터를 수집하는 장치에 해당한다.

이를 통해 타이어(190) 단품의 PRAT/PRCF가 실제 차량 주행 시 타이어(190)의 힘과 모멘트에 미치는 영향을 분석할 수 있고, 타이 로드(280) 조절을 통해 타이어(190)의 슬립각에 따른 쏠림 영향도를 분석할 수 있게 된다.

1: 노면 폭
2: 노면 높이
3: 노면 경사각
10: 베이스
20: 수평 하중 부가부
30: 수직 하중 부가부
40: 가이드 레일
50: 모터
60: 유압 조절기
70: 드럼
100: 현가 장치 연결 플레이트
110: 스프링
120: 댐퍼
130: 너클
140: 브레이크 디스크
150: 스핀들
160: 브레이크 캘리퍼
170: 로워 암
180: 타이 로드
190: 타이어
200: Wheel Force Transducer 계측 센서
210: 슬립각 센서

Claims

PRAT 또는 PRCF 특성이 다른 타이어에 대한 쏠림 성능을 평가하기 위한 타이어 쏠림 성능 평가 장치에 관한 것으로,
차량의 주행 상태를 구현하기 위해 상기 타이어와의 접촉으로 타이어를 회전시키는 드럼;
상기 드럼의 표면에 설치되며, 실제 노면의 경사 상태를 구현하기 위해 상기 타이어와의 접촉부위에 경사각을 이루는 경사 노면부;
상기 드럼에 의해 회전되는 상기 타이어에 실제 주행상황과 부합하는 하중을 적용하는 하중 부가부;
상기 하중 부가부에 장착되어 상기 타이어에 대한 실제 차량의 주행 상태를 구현하는 서스펜션부;
상기 하중 부가부의 작동에 필요로 하는 동력을 제공하는 동력 전달부;
상기 타이어에서 발생되는 3축 힘과 3축 모멘트, 상기 타이어의 슬립각을 측정하는 센서부; 및
상기 센서부에서 측정된 데이터를 수집하는 DAQ부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 쏠림 성능 평가 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 경사 노면부는 실제 도로에서 차량의 주행 방향으로 형성된 노면의 경사각을 모사하도록 구성되고, 상기 드럼에 대해 탈부착 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 타이어 쏠림 성능 평가 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 드럼은,
상기 드럼의 표면에 설치되어 경사각을 이루는 노면부; 및
상기 드럼을 회전시키는 드럼 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 쏠림 성능 평가 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하중 부가부는,
상기 드럼 옆에 설치된 베이스;
상기 베이스에 대해 수평 이동이 가능하게 설치되어 상기 타이어에 수평 방향 하중을 부가하는 수평 하중 부가부; 및
상기 수평 하중 부가부에 대해 수직 이동이 가능하게 설치되어 상기 타이어에 수직 하중을 부가하는 수직 하중 부가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 쏠림 성능 평가 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 동력 전달부는,
상기 수평 하중 부가부의 수평 방향 이동을 위한 모터,
상기 모터의 회전축에 설치된 리드 스크류;
상기 리드 스크류와 나사 결합되고 상기 수평 하중 부가부에 설치된 볼 너트;
상기 베이스 상에서 상기 수평 하중 부가부의 이동을 안내하도록 형성된 가이드 레일;
상기 수직 하중 부가부의 수직 방향 이동을 위한 유압 조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 쏠림 성능 평가 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 수평 하중 부가부에 설치되어 상기 수직 하중 부가부의 이동을 안내하는 가이드 바아를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 쏠림 성능 평가 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 서스펜션부는,
실제 차량의 조향 장치부와 현가 장치부 및 제동 장치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 쏠림 성능 평가 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 조향 장치부는 조타 방향을 구현시키는 타이 로드를 포함하고,
상기 현가 장치부는 스프링과 댐퍼, 댐퍼의 하단에 연결된 너클, 타이어의 주축인 스핀들, 너클의 하단에 연결된 로워 암을 포함하고,
상기 제동 장치부는 브레이크 디스크 및 브레이크 캘리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 쏠림 성능 평가 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 서스펜션부는 맥퍼슨-스트럿(Mcpherson-Strut), 더블 위시본(Double Wishbone), 멀티링크(Multi-Link) 중에서 적어도 하나로 대체되어 실제 차량에 장착되는 서스펜션의 타입으로 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 타이어 쏠림 성능 평가 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 하중 부가부는 차량의 하중에 따라 상기 타이어에 대해 실제 주행상태와 동일하게 적용 하중을 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 타이어 쏠림 성능 평가 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 센서부는,
상기 타이어에 장착되어 타이어의 3축 힘과 3축 모멘트를 측정하는 계측 센서; 및
상기 타이어에 장착되어 타이어의 슬립각을 측정하는 슬립각 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 쏠림 성능 평가 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 DAQ부는,
상기 타이어에서 상기 센서부를 통해 계측된 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 타이어 쏠림 성능 평가 장치.