KR20110133138A - 마찰력을 조정 가능한 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰력의 조절이 가능한 타이어 구조에 관한 것으로서, 구동휠이 회전 가능하게 지지되는 축의 단부측에 상기 타이어의 노면과의 접지면측 강성을 조절하여 효과적인 마찰력의 제어가 가능하도록, 상기 타이어 표면측에 전자유동학적 재질로 된 댐핑블록을 함입하고, 상기 댐핑블록의 외부측에 고정 장착되어, 상기 댐핑블록 들에 자기장을 공급하는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드에 전원의 공급 및 자기장의 세기를 조절하는 조절부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 차량의 타이어에 자기 변형성 댐핑부재를 적용하여 환경에 따라 타이어에 전달되는 진동에서의 댐핑 값 및 타이어 접지 강도를 변화시켜 효과적인 마찰력 제어가 가능하도록 함으로써, 자동차의 신뢰도를 증대시키는 등의 효과가 있다.

Description

마찰력을 조정 가능한 타이어{Intelligent Magneto-Rheological Elastomer Tire}

본 발명은 지능형 MR Elastomer 타이어 타이어를 개발하여 휠 중심부위에 솔레노이드를 부착하여 자기장을 통하여 능동적으로 타이어의 마찰력을 제어할 수 있는 마찰력을 조정 가능한 타이어에 관한 것이다.

최근 자동차나 자전거 기술은 편안한 승차감과 소음 및 진동을 줄이고, 또 타이어의 마찰력을 제어하기 위하여 발전하고 있다.

이러한 기술의 변화 속에서 최근 들어 차량이 고급화되고 고속화됨에 따라 차량의 진동을 감소시킴과 아울러, 타이어의 안정적인 마찰력을 확보시켜서 승차감을 위시한 신뢰도를 향상시키는 문제가 중요시 되고 있다. 이에 따라 타이어가 차량과 지면사이의 최초 회전접촉부분으로서 지면으로부터 모든 충격을 차량에 전달하는 부분이므로 승차감 및 마찰 제어력 향상 및 친환경적인 타이어 개발이 필요로 한다.

특히, 경사진 면에서의 오르거나 내려갈 경우 평지에서의 타이어의 마찰력과 차이를 줌으로써 효율적인 이동효율을 구현하는 것뿐만 아니라, 눈·비 또는 오프로드에서의 타이어 마찰조절로 차량의 안정감을 향상시키는 것 또한 필요하다.

그리고 근래에는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 여러 가지 연구가 진행 중이지만 아직까지는 뚜렷한 대안이 나오지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 MR Elastomer의 자기장에 따른 강성 및 트라이볼로지 특성 변화를 활용하여 수송기계의 경사각 및 노면의 상태에 따른 타이어의 마찰력 변화를 제어하도록 구성된 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

또한, 차량의 타이어 강성을 제어하는 장치를 단순하게 구성하면서 간단하게 작동할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 구동휠이 회전 가능하게 지지되는 축의 단부측에 상기 타이어의 노면과의 접지면측 강성을 조절하여 효과적인 마찰력을 조정 가능하도록, 상기 타이어 표면측에 전자유동학적 재질로 된 댐핑블록을 함입하고, 상기 댐핑블록의 외부측에 고정 장착되어, 상기 댐핑블록 들에 자기장을 공급하는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드에 전원의 공급 및 자기장의 세기를 조절하는 조절부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자유동학적 재질(MR Elastomer)로 이루어진 타이어와 MR Elastomer의 강성 및 트라이볼로지 특성을 상황에 맞게 변화시켜줄 수 있는 자기장을 걸어줄 여러 개의 솔레노이드로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 본 발명에서는 차량의 각도 및 노면의 상태에 따라 자기장을 제어하여 MR Elastomer의 강성 변화를 통하여 타이어의 마찰을 제어하게 되며, 타이어의 미끌림 등을 센서로 감지하여 마찰력을 능동 제어할 수 있게 되는 특장점이 있다.

다음은 마찰 능동 제어가 가능한 MR Elastomer 타이어에 관한 도면들이다.
도 1 은 본 발명에 따른, 지능형 MR Elastomer 타이어에 채용된 댐핑블록을 배열 상태를 예시한 예시 사진이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 MR Elastomer 타이어의 개략 구성도이다.
도 3 은 일반 주행시의 타이어의 형상과 경사로에서의 MR Elastomer의 강성변화를 가해주었을 때의 타이어 형상의 예시도이다.

이하, 본 발명인 마찰력을 조정 가능한 타이어의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에서의 비공기압 타이어의 구성도로서, 도 2에 예시된 바와 같이, 휠(10)의 가운데로부터 솔레노이드(30)가 타이어(20)쪽을 향하여 있으며, 솔레노이드(30)로 자기장 변화를 주어 전자유동학적 재질(MR Elastomer)로 이루어진 바깥부분 타이어(20)의 강성이 변화하면서 마찰 제어 가능해지는 구성으로 되어 있다.

도 3 은 일반 주행시의 타이어(20)의 형상과 경사로에서의 전자유동학적 재질(MR Elastomer)의 강성변화를 가해주었을 때의 타이어(20) 형상의 예시도로서, 본 발명에 따라 구현되는, 마찰제어 휠(10)은 전자유동학적 재질(MR Elastomer)를 제외하고는 다른 부품들이 자기장에 영향을 받지 않는 재료로 하고 정확한 전자유동학적 재질(MR Elastomer)의 트라이볼로지 특성 구현을 위하여 자기장에 방해가 되는 요소들은 최대한 거리를 두는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 휠(10)을 적용하는 차량 및 기타 수송기계의 특성에 따라 전자유동학적 재질(MR Elastomer)의 크기, 구조 그리고 솔레노이드(30)의 위치 및 수량 또한 효과적으로 설계하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 기존 타이어(20) 재료들의 고정적인 마찰계수 값을 효율적으로 변화시키기 위해서 본 발명에서는 지능재료중 하나인 전자유동학적 재질로서의 일명, MR(Magneto-Rheological) Elastomer를 주재로서 사용한다.

상기한 전자유동학적(Magneto-Rheological, MR) 재료는 자기장의 영향에 의해 유동학적 성질이 변하는 재료이며 MR 재료들은 MR 유체와 전자유동학적 재질(MR Elastomer) 두 개의 부류로 나누어진다.

여기에서, MR 유체는 자기장에 의해 극성을 가질 수 있는 입자들이 점성유체에 섞여 있는 재료이며 자기장이 걸리는 경우에는 입자들이 외부 자기장의 방향에 따라 체인 형태로 정렬되어 유동학적 성질이 변하게 된다.

상기 MR 유체는 브레이크와 클러치, 댐퍼, 엔진마운트 등에 응용되고 있으나 액체 누출에 의한 환경오염, 입자 잔류물에 의한 MR 장비의 성능저하와 같은 단점들 때문에 최근에 유사한 성질을 가지는 고체인 전자유동학적 재질(MR Elastomer)가 해결책으로 떠오르고 있다.

본 발명은 이러한 전자유동학적 재질(MR Elastomer)의 자기장에 따른 강성 및 트라이볼로지 특성 변화를 활용하여 수송기계의 경사각 및 노면의 상태에 따른 타이어(20)의 마찰력 변화를 제어하도록 구성되어 있다.

다시 말해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰력을 조정 가능한 타이어는, 구동휠(10)이 회전 가능하게 지지되는 축의 단부측에 상기 타이어(20)의 노면과의 접지면측 강성을 조절하여 효과적인 마찰력 조정이 가능하도록, 상기 타이어(20) 표면측에 전자유동학적 재질로 된 댐핑블록(21)을 함입하고, 상기 댐핑블록(21)의 외부측에 고정 장착되어, 상기 댐핑블록(21) 들에 자기장을 공급하는 솔레노이드(30)와, 상기 솔레노이드(30)에 전원의 공급 및 자기장의 세기를 조절하는 조절부재(40)를 포함하여 이루어지는 구성으로 되어 있다.

또, 상기 댐핑블록(21)은, 상기 전자유동학적 재질(전자유동학적 재질(MR Elastomer))로 전체 또는 일부가 포함되어 이루어지는 타이어(20)를 포함한다.

또한, 상기 댐핑블록(21)은 상기 타이어(20)가 노면과 접하는 표면측에 막대형, 니들 형태나 와이어 형태로 방사상 함입되어 이루어지는 구조로 되는 것이 바람직하다.

또, 상기 솔레노이드(30)는, 상기 타이어(20)의 내측에 상당하는 상기 축의 단부측으로서의 브레이크 드럼 안쪽에 상기 축을 중심으로 방사상으로 다수개 고정 배열되는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 솔레노이드(30)들은, 상기 브레이크 드럼 안쪽에 고정 장착되는 디스크판(50)의 일측에 상기 축을 중심으로 방사상으로 다수개 고정 배열되는 구성으로 되어 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 마찰제어 구동휠(10)은 차량 및 수송기계의 휠(10) 뿐만 아니라 여러 가지 마찰제어가 필요한 회전체 기계장치의 표면 등에 확대 적용할 수 있다.

상기 솔레노이드(30)에 공급되는 전원공급원은 전원공급 및 자기장의 세기를 조절하는 조절부재(40)로부터 전원을 공급받아 상기 솔레노이드(30)에 전류를 공급하도록 구성된다.

이때, 상기 조절부재(40)(70)는 차량의 용도와 크기 등의 제원에 따라 다르게 이루어질 뿐만 아니라 사용자가 직접조작할 수 있도록 형성된다.

상기와 같이 구성되는 마찰력을 조정 가능한 타이어의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 자기장에 의해 극성을 가질 수 있는 전자유동학적재질로 댐핑블록(21)을 형성함에 있어, 상기 타이어(20)에 댐핑부재를 함입하거나, 일정 표층부위를 전자유동학적 재질로 마련하는 방식으로 일체로 구성한다.

이때, 상기 댐핑부재는 타이어(20)에, 상기 솔레노이드(30)는 차량의 차체 소정 부위에 고정되어 상기 타이어(20)에 자기장을 인가하는 역할을 수행하게 되는 것이다.

그리고 상기 댐핑부재들에 자기장을 공급하는 솔레노이드(30)를 장착한 후 상기 솔레노이드(30)에 전원공급 및 자기장의 세기를 조절할 수 있는 조절부재(40)를 연결장착하면, 마찰력을 조정 가능한 타이어(20)의 마련 작업이 완료되는 것이다.

상기와 같은 상황에서 차량의 진행에 따라 상기 타이어(20)에 진동이 전달되면, 상기 조절부재(40)는 상황에 맞춰 자기장의 세기를 조절한 후 솔레노이드(30)에 전달하여 상기 댐핑블록(21)에 자기장을 걸어 타이어(20)에 전달되는 실질적인 진동의 댐핑값을 감소시킴과 동시에 마찰력의 조절이 가능하도록 작동하게 되는 것이다.

즉, 상기 타이어(20)가 노면 접촉 진동을 받아 위 아래로 진동하면 상기 조절부재(40)는 능동적으로 솔레노이드(30)에 전류를 흘려주어 자기장을 변화시켜, 상기 댐핑부재가 타이어(20) 접지 표면측의 강성변화를 조절하여 진동 및 강성을 효과적으로 변동시켜, 접지면과의 마찰력을 조절할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명을 기반으로 한 전자유동학적 재질(MR Elastomer)를 이용한 차량의 타이어(20)의 마찰 능동 제어를 개발하여 경사진 도로에서의 차량 타이어(20)의 이동효율향상 및 눈ㅇ비 또는 오프로드에서의 차량의 안정감 향상을 기대할 수 있다. 또한 저속 고속 상황에서의 타이어(20)의 공기압을 조절하였던 기존의 방식과 같은 효과를 전자유동학적 재질(MR Elastomer)의 강성변화를 통하여 얻을 수 있다.

더욱이, 전자유동학적 재질(MR Elastomer) 타이어(20) 자체가 전체 차량 시스템의 댐퍼 역할을 하게 되어 자기장에 따른 강성변화를 통하여 마찰력 조정효과를 얻을 수 있을 것으로 보여 승차감 향상에 큰 기여를 하는 등의 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 프로펠러 샤프트 센터베어링용 으로 채용되는 마찰력 조절수단을 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따르면, 기존에 나와 있던 공기압을 이용한 타이어(20)의 단점인 공기압 유지 및 공기압에 의한 타이어(20) 표면의 변화 등을 보완하기 위하여 공기압을 사용하지 않는 비공기압 타이어를 대체 할 수 있는 것이다.

차량의 휠(10) 뿐만이 아니라 마찰제어가 필요한 회전체 기계 장치의 부품부에 확대 적용 될 것으로 보이며 비공기압 타이어(20)로써 여러 지형에서의 미끄럼을 최소화하여 이동 효율이 높아 산업용·군사용으로도 활용 가능함은 물론이다.

10 : 구동휠
20 : 타이어
21 : 댐핑블록
30 : 솔레노이드
40 : 조절부재
50 : 디스크판

Claims (5)

1. 구동휠이 회전 가능하게 지지되는 축의 단부측에 상기 타이어의 노면과의 접지면측 강성을 조절하여 효과적인 마찰력 조정이 가능하도록, 상기 타이어 표면측에 전자유동학적 재질로 된 댐핑블록을 함입하고,
   상기 댐핑블록의 외부측에 고정 장착되어, 상기 댐핑블록 들에 자기장을 공급하는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드에 전원의 공급 및 자기장의 세기를 조절하는 조절부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마찰력을 조정 가능한 타이어.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 댐핑블록은, 상기 전자유동학적 재질(MR Elastomer)로 이루어진 타이어인 것을 특징으로 하는 마찰력을 조정 가능한 타이어.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 댐핑블록은 상기 타이어가 노면과 접하는 표면측에 니들 형태나 와이어 형태로 방사상 함입된 것을 특징으로 하는 마찰력을 조정 가능한 타이어.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 솔레노이드는, 상기 타이어의 내측에 상당하는 상기 축의 단부측으로서의 브레이크 드럼 안쪽에 상기 축을 중심으로 방사상으로 다수개 고정 배열된 것을 특징으로 하는 마찰력을 조정 가능한 타이어.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 솔레노이드들은, 상기 브레이크 드럼 안쪽에 고정 장착되는 디스크판의 일측에 상기 축을 중심으로 방사상으로 다수개 고정 배열된 것을 특징으로 하는 마찰력을 조정 가능한 타이어.

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