KR102360876B1 - 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치 - Google Patents

타이어 성능 평가용 실내 시험 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시험 대상 타이어의 성능을 평가하는 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 원형의 트랙 노면을 제공하는 메인 프레임과, 시험 대상 타이어가 장착되고 트랙 노면을 따라 이동시키기 위한 구동력을 시험 대상 타이어에 제공하는 구동부와, 메인 프레임에 회전 가능하게 설치되고 구동부가 길이 방향으로 이동 가능하게 장착되는 가동 프레임과, 가동 프레임에 작용하는 토크와 가동 프레임의 이동량을 측정하는 측정부와, 측정부를 통해 측정된 토크 및 이동량을 이용하여 시험 대상 타이어에 작용하는 견인력을 계산하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

타이어 성능 평가용 실내 시험 장치{INDOOR TEST MACHINE FOR PERFORMANCE EVALUATION OF TIRE}
본 발명은 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치에 대한 발명이다.
일반적으로, 타이어의 성능평가를 위해서는 인도어 시험과 실차 평가의 두 가지 방법이 있다.
실차 평가의 경우, 비용과 시간이 많이 소모되며 무엇보다 환경에 대한 제약이 많이 있다. 우천 시나 눈으로 인하여 평가를 못하는 상황도 존재하며 평가 중 트랙 노면의 기온 변화로 인하여 상대 평가가 어려운 상황도 존재한다. 이러한 문제로 인하여 타이어 성능 평가를 위해 인도어 시험을 많이 진행하고 있다.
인도어 시험의 경우, Force and Moment 시험 장비를 이용하여 실차 성능을 예측하며 개발하고 있는 추세이다. Force and Moment 시험을 통한 정보만으로는 실차 평가 시 예상될 수 있는 모든 Data를 취득할 수는 없으나 상대비교를 통한 우열을 가리는데 많이 이용된다. 인도어 시험기에서는 오프로드 타이어 평가 목적으로 하는 기술(오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치: 국내 등록특허 10-1947906호)이 제안된 바 있다.
그런데, 종래 "오프로드 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치"의 경우, 원심력에 의한 횡 방향 그립 레벨을 계측할 수 없다. 이에 오프로드 타이어의 실체 평가 시, 원심력에 의한 영향도를 계측하기 위한 기술이 요구되고 있다.
특허문헌 : 국내 등록특허 10-1947906호 (2019. 02. 07. 등록)
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에서 발명된 것으로서, 시험 대상 타이어의 원심력에 의한 영향도를 계측할 수 있는 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 시험 대상 타이어의 성능을 평가하는 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치에 있어서, 원형의 트랙 노면을 제공하는 메인 프레임; 시험 대상 타이어가 장착되고, 상기 트랙 노면을 따라 이동시키기 위한 구동력을 상기 시험 대상 타이어에 제공하는 구동부; 상기 메인 프레임에 회전 가능하게 설치되고, 상기 구동부가 길이 방향 및 상하 방향으로 이동 가능하게 장착되는 가동 프레임; 상기 가동 프레임에 작용하는 토크와 상기 가동 프레임의 이동량을 측정하는 측정부; 및 상기 측정부를 통해 측정된 상기 토크 및 상기 이동량을 이용하여 상기 시험 대상 타이어에 작용하는 견인력을 계산하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
이때, 상기 구동부는 상기 가동 프레임에 승강 가능하게 설치되고, 상기 시험 대상 타이어가 장착되는 안내 프레임; 상기 안내 프레임에 장착되고, 상기 시험 대상 타이어를 회전시키기 위한 구동력을 상기 시험 대상 타이어를 제공하는 구동 모터; 및 상기 시험 대상 타이어의 회전수를 감지하는 구동 엔코더를 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동부는 상기 시험 대상 타이어에 하중을 부여하도록 상기 안내 프레임의 상측에 마련되는 하중 부여부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정부는 상기 가동 프레임과 상기 메인 프레임 사이를 구동 연결하는 랙피니언 기구; 상기 가동 프레임에 설치되어 상기 랙피니언 기구를 구성하는 피니언의 회전수를 감지하는 피니언 엔코더; 및 상기 안내 프레임과에 작용하는 토크를 감지하는 토크 센서를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 시험 대상 타이어가 상기 트랙 노면을 따라 이동될 때, 상기 가동 프레임의 회전 이동을 원심방향에서 지지하도록 상기 메인 프레임에 마련되는 가이드 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 타이어 성능평가 실내 시험장치를 이용하여 실차평가를 위한 비용 및 시간을 절약할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치의 측면을 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1의 "A"부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치의 상측을 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치의 제어 로직을 나타낸 블럭도이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치의 측면을 나타낸 측면도이고, 도 2는 도 1의 "A"부분을 확대하여 도시한 확대도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치의 상측을 나타낸 평면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치의 제어 로직을 나타낸 블럭도이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치(10)는, 원형의 트랙 노면을 제공하는 원통 형상의 메인 프레임(100)과, 시험 대상 타이어(190)가 메인 프레임(100)의 적용된 트랙 노면을 따라 이동하도록 하는 구동부(400)와, 메인 프레임(100)의 원주 방향을 따라 이동 가능하게 설치되는 가동 프레임(230)과, 가동 프레임(230)의 토크 및 이동량을 측정하는 측정부(500)와, 토크 및 이동량을 이용하여 시험 대상 타이어에 작용하는 견인력을 계산하는 컨트롤러(300)와, 가동 프레임(230)의 회전 이동을 원심방향에서 지지하는 가이드 부재(180)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 메인 프레임(100)은 가장자리 내측에 트랙 노면(110)으로 이루어진 일정 폭을 가진 원형의 트랙 노면(110)을 제공할 수 있다. 메인 프레임(100)의 중심 부분에는 지지축(250)이 구비될 수 있다. 지지축(250)에는 가동 프레임(230)이 회전 가능하게 조립될 수 있다.
메인 프레임(100)은 트랙 노면(110)을 구성하는 재질을 변경함으로써, 마찰력이 상이한 복수의 트랙 노면을 제공할 수 있다. 이 경우, 다양한 상태의 트랙 노면을 모사할 수 있고, 이를 통해, 시험 대상 타이어(190)에 대한 다양한 성능 시험을 실시할 수 있다.
구동부(400)는 안내 프레임(240), 구동 모터(200), 구동 엔코더(140) 및 하중 부여부(210)를 포함할 수 있다. 여기서, 안내 프레임(240)은 가동 프레임(23)에 승강 가능하게 설치될 수 있다. 안내 프레임(240)의 하부에는 시험 대상 타이어(190)가 회전 가능하게 설치될 수 있다.
그리고 구동부(400)의 구동 모터(200)는 시험 대상 타이어(190)를 회전시킬 수 있도록 안내 프레임(240)에 설치될 수 있다. 구동 엔코더(140)는 시험 대상 타이어(190)의 회전수를 감지하도록 안내 프레임(240)의 일측에 설치될 수 있다. 하중 부여부(210)는 시험 대상 타이어(190)에 하중을 부여하기 위해, 안내 프레임(240)의 상측에 구비될 수 있다. 하중 부여부(210)를 통해 부여된 하중과 구동부(400)의 자체 하중이 시험 대상 타이어(190)에 작용될 수 있다.
가동 프레임(230)은 지지축(250)에 회전 가능하게 조립될 수 있다. 시험 대상 타이어(190)가 메인 프레임(100)의 트랙 노면(110)을 따라 원형으로 이동될 때, 가동 프레임(230)은 지지축(250)을 회전 중심으로 회전될 수 있다.
가동 프레임(230)에는 구동부(400)가 길이 방향 및 상하 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있다. 이를 위해, 가동 프레임(230)에는 리니어 가이드(280)와 리니어 부싱(290)를 매개로 서브 프레임(270)이 연결될 수 있다. 리니어 부싱(하중 부여부(210))은 안내 프레임(240)이 상하 방향으로 자유롭게 움직이도록 안내 프레임(240)을 지지할 할 수 있다. 또한, 서브 프레임(270)에는 구동부 고정지그(170)가 설치될 수 있다. 구동부 고정지그(170)는 안내 프레임(240)을 승강 가능하게 지지할 수 있다. 이에 따라, 구동부(400)는 서브 프레임(270)과의 마찰 없이 자유롭게 승강될 수 있다.
가동 프레임(230)에는 로드셀(130)이 장착될 수 있다. 로드셀(130)은 시험 대상 타이어(190)의 선회 반경이 변경되도록 서브 프레임(270)에 연결될 수 있다. 로드셀(130)은 서브 프레임(270)의 이동에 따라 작용하는 힘를 측정할 수 있다.
가이드 부재(1700)는 메인 프레임(100)의 원주 방향으로 설치되는 가이드 레일(181)과, 가이드 레일(181)에 결합되는 가이드 롤러(182)로 이루어질 수 있다. 가이드 롤러(182)는 가동 프레임(230)의 끝단에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 이에 따라, 가동 안내 프레임(230)은 시험 대상 타이어(190)의 회전에 따라 메인 프레임(100)의 원주 방향으로 이동될 수 있다.
또한, 시험 대상 타이어(190)의 회전에 따라, 타이어의 슬립이 발생하는 시점에서 서브 프레임(270)이 리니어 가이드(280)를 따라 원심력 방향으로 이동될 수 있다.
측정부(500)는 랙피니언 기구(260), 피니언 엔코더(120) 및 토크 센서(150)를 포함할 수 있다. 여기서, 랙피니언 기구(260)는 메인 프레임(100)의 중심에 설치되어 가동 프레임(230)을 회전 가능하게 지지하는 지지축(250)에 설치된 랙(미도시)과, 가동 프레임(230)에 회전 가능하게 설치되어 랙에 치합되는 피니언(미도시)을 포함할 수 있다.
그리고 측정부(500)의 피니언 엔코더(120)는 가동 프레임(230)에 설치되어 랙피니언 기구(260)를 구성하는 피니언의 회전수를 감지할 수 있다. 토크 센서(150)는 지지축(250)에 설치되어 가동 프레임(230)과의 사이에 작용하는 토크를 감지할 수 있다. 피니언 엔코더(120)에서 감지된 피니언의 회전수에 대한 정보와, 토크 센서(150)에서 감지된 토크에 대한 정보는, 컨트롤러(300)에 인가될 수 있다.
이에 따라, 가동 프레임(230)이 메인 프레임(100)의 원주 방향을 따라 회전할 때, 랙피니언 기구(260)의 랙에 치합된 피니언이 회전될 수 있고, 피니언 엔코더(120)가 피니언의 회전수를 감지하면, 피니언 엔코더(120)에 감지되는 피니언의 회전수를 통해 가동 프레임(230)의 이동량이 산출될 수 있다.
구동 모터(200)는 회전력을 시험 대상 타이어(190)에 전달하기 위해, 타이어 장착 허브(160)에 직렬 연결될 수 있다. 이에 따라, 구동 모터(200)의 회전력이 시험 대상 타이어(190)에 전달되면, 시험 대상 타이어(190)가 회전하면서 트랙 노면에 가하는 힘에 의해 안내 프레임(240)이 이동하게 된다. 이 과정에서 구동 엔코더(140)는 시험 대상 타이어(190)의 회전수(또는 모터 축의 회전수)를 감지하여 시험 대상 타이어(190)의 회전 속도를 계산할 수 있다.
컨트롤러(하중 부여부(210))는 측정부(500)를 통해 측정된 토크 및 이동량을 이용하여 시험 대상 타이어에 작용하는 견인력을 계산할 수 있다. 예컨대, 피니언의 회전수를 피니언 엔코더(120)가 감지하면, 컨트롤러(300)는 피니언 엔코더(120)에 감지되는 피니언의 회전수를 통해 가동 프레임(230)의 이동량이 산출될 수 있다.
또한, 컨트롤러(300)는 시험 타이어에 가해지는 토크를 증가시켜 타이어의 이동속도를 증가시키면, 시험용 타이어에 가해지는 원심력에 의해 타이어의 슬립이 발생하는 순간, 구동부(400)에 걸리는 힘을 계측하여 타이어의 횡 그립 Level을 계측할 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 갖는 타이어 성능 평가용 실내 시험장치의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
본 발명의 타이어 성능 평가용 실내 시험장치는, 타이어 시제품인 시험 대상 타이어가 트랙 노면을 따라 이동할 때의 견인력을 측정할 수 있다. 또한, 시험 대상 타이어에 가해지는 토크를 증가시켜 시험 대상 타이어의 이동속도를 증가시키면, 시험 대상 타이어에 가해지는 원심력에 의해 타이어의 슬립이 발생하는 순간, 구동부(400)에 걸리는 힘을 계측하여 시험 대상 타이어의 횡 그립 Level을 계측할 수 있다.
예컨대, 구동 모터(200)의 회전력이 시험 대상 타이어(190)에 전달되면, 시험 대상 타이어(190)가 회전하면서 트랙 노면(110)에 가하는 힘에 의해 안내 프레임(240)이 이동하게 된다. 이 과정에서 구동 엔코더(140)는 시험 대상 타이어(190)의 회전수(또는 모터 축의 회전수)를 감지하여 시험 대상 타이어(190)의 회전 속도를 계산할 수 있다.
시험 대상 타이어(190)가 안내 프레임(240)에서 이동되면, 시험 대상 타이어(190)와 트랙 노면(110) 사이에 작용하는 힘에 의해 견인력이 발생하므로, 가동 프레임(230)이 지지축(250)을 중심으로 회전하게 된다.
보다 자세하게, 안내 프레임(240)의 이동에 따라, 가동 프레임(230) 및 서브 프레임(270)이 메인 프레임(100)의 지지축(250)을 중심으로 하여 원주방향으로 회전하게 된다. 이때, 가동 프레임(230)은 가이드 부재(180)에 의해 안내될 수 있다. 그리고 이 과정에서 피니언 엔코더(120)는 랙피니언 기구(260)를 구성하는 랙의 회전수를 감지할 수 있고, 컨트롤러(300)는 랙의 회전수를 이용하여 가동 프레임(230)의 견인 방향 속도를 계산할 수 있다.
아울러, 토크 센서(150)가 시험 대상 타이어(190)의 진행방향에 작용하는 토크를 감지할 수 있고, 컨트롤러(300)는 토크 센서(150)의 토크를 이용하여 시험 대상 타이어에 작용하는 견인력을 계산할 수 있다. 이때, 견인력은 토크를 지지축(250) 중심에서 시험 대상 타이어(190) 중심까지의 반경으로 나눈 값으로 나타낼 수 있다. 그리고 시험 대상 타이어(190)까지 거리는 로드셀(130)의 적용 위치를 조정하면서 변경될 수 있는데, 로드셀(130)의 적용 위치를 기준 위치에서 움직인 거리를 더하여 견인력 계산에 이용될 수 있다.
견인 성능에 영향을 미치는 인자로는, 타이어 슬립율, 원심력에 의한 슬립율, 견인력 및 견인 효율 등이 있다. 여기서, 슬립율은 시험 대상 타이어의 속도와 견인속도의 비로 계산하며, 견인력은 토크 센서(150)에 의해 감지된 토크를 이용하여 계산한다. 그리고 견인 효율은 전류 센서를 이용하여 구동 모터(200)의 토크를 계산하여 견인력과 대비함으로써 계산이 가능하다.
상기한 본 발명의 타이어 성능 평가용 실내 시험장치는 단순하게 사용시에는 개발하는 오프로드 타이어의 각 버전에 대한 견인 성능을 비교하는 용도로 이용되고, 연구용으로는 트랙 노면 위에서 타이어가 구르며 발생하는 각종 힘들을 계측하여 데이터베이스화함으로써 연구에 이용될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
100 :메인 프레임 110 :트랙 노면
120 :피니언 엔코더 130 :로드셀
140 :구동 엔코더 150 :토크 센서
160 :타이어 장착 허브 170 :구동부 고정지그
180 :가이드부재 190 :시험 대상 타이어
200: 구동 모터 230 :가동 프레임
240 :안내 프레임 250 :지지축
260 :랙피니언 기구 270 :서브 프레임
280 :리니어 가이드 290 :리니어 부싱
300: 컨트롤러 400 :구동부
500 :측정부

Claims (5)

  1. 시험 대상 타이어의 성능을 평가하는 타이어 성능 평가용 실내 시험 장치에 있어서,
    원형의 트랙 노면을 제공하는 메인 프레임;
    시험 대상 타이어가 장착되고, 상기 트랙 노면을 따라 이동시키기 위한 구동력을 상기 시험 대상 타이어에 제공하는 구동부;
    상기 메인 프레임에 회전 가능하게 설치되고, 상기 구동부가 길이 방향으로 이동 가능하게 장착되는 가동 프레임;
    상기 가동 프레임에 작용하는 토크와 상기 가동 프레임의 이동량을 측정하는 측정부;
    상기 측정부를 통해 측정된 상기 토크 및 상기 이동량을 이용하여 상기 시험 대상 타이어에 작용하는 견인력을 계산하는 컨트롤러; 및
    상기 가동 프레임에 장착되는 로드셀을 포함하고,
    상기 로드셀은
    상기 시험 대상 타이어의 선회 반경이 변경될 때, 상기 시험 대상 타이어의 이동에 따라 작용하는 힘을 측정하는,
    타이어 성능 평가용 실내 시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는
    상기 가동 프레임에 승강 가능하게 설치되고, 상기 시험 대상 타이어가 장착되는 안내 프레임;
    상기 안내 프레임에 장착되고, 상기 시험 대상 타이어를 회전시키기 위한 구동력을 상기 시험 대상 타이어를 제공하는 구동 모터; 및
    상기 시험 대상 타이어의 회전수를 감지하는 구동 엔코더를 포함하는,
    타이어 성능 평가용 실내 시험 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동부는
    상기 시험 대상 타이어에 하중을 부여하도록 상기 안내 프레임의 상측에 마련되는 하중 부여부를 더 포함하는,
    타이어 성능 평가용 실내 시험 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 측정부는
    상기 가동 프레임과 상기 메인 프레임 사이를 구동 연결하는 랙피니언 기구;
    상기 가동 프레임에 설치되어 상기 랙피니언 기구를 구성하는 피니언의 회전수를 감지하는 피니언 엔코더; 및
    상기 안내 프레임에 작용하는 토크를 감지하는 토크 센서를 포함하는,
    타이어 성능 평가용 실내 시험 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시험 대상 타이어가 상기 트랙 노면을 따라 이동될 때, 상기 가동 프레임의 회전 이동을 원심방향에서 지지하도록 상기 메인 프레임에 마련되는 가이드 부재를 더 포함하는
    타이어 성능 평가용 실내 시험 장치.
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