KR100546438B1 - 공기입 레디알 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기입 레디알 타이어에 있어서 트레드부의 외각 프로파일을 조절함으로써 타이어의 폭 방향 및 원주방향 강성을 증가시키고, 벨트의 장력을 증가시켜 코너링시 타이어의 접지 형상이 안정되도록 하여 조종안정성 향상을 도모한 것이다.

Description

공기입 레디알 타이어{Pneumatic radial tire}

도 1은 종래의 타이어의 우측 반쪽의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 하나의 원호와 2차 함수를 설명한 선도이다.

도 3은 본 발명과 종래 기술의 트레드 윤곽선을 비교하기 위해서 나타낸 선도이다.

도 4는 종래 기술과 본 발명의 트레드부의 프로파일을 나타낸 선도이다.

도 5는 종래 기술과 본 발명의 횡 방향 접지 압력의 분포를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 공기입 레디알 타이어에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 타이어의 폭 방향 및 원주방향 강성을 증가시키고, 벨트의 장력을 증가시켜 코너링시 타이어의 접지 형상이 안정되도록 하여 조종안정성 향상시킬 수 있는 공기입 레디알 타이어에 관한 것이다.

승용차용 레디알 타이어는 고출력화, 고속화를 통하여 편평비가 55％ 이하인 타이어로의 저편평화가 진행되고 있으며, 고속 주행시의 성능향상을 위하여 저편 평 타이어(lower aspect tire)의 접지 형상에 대한 연구가 행해지고 있다.

접지 형상을 조절하기 위해서 종래 기술에서는 주로 타이어 단면에 있어서 트레드부 외각을 곡률 반경이 다른 2종 또는 3종의 원호를 접속하여 형성하고 있다.

예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같은, 일본 공개 특허 평10-287106호에서는 트레드 중앙부에서 숄더부까지 곡률 반경이 연속적으로 감소하는 에피사이쿠로이도 함수를 사용하여 여러 개의 원호(7개 이상)의 연결체로 근사적으로 트레드 윤곽선을 형성하고 있다. 도 1의 공기입 타이어는 비드코아(2)를 갖는 한 쌍의 비드부(3)와 각 비드부(3)로부터 반경 방향 바깥쪽으로 늘어나는 사이드월부(4), 그 반경 바깥쪽 선단 사이를 연결하는 트레브부(5)를 갖추고, 타이어 단면 폭 W에 대한 타이어 단면 높이 H의 비(H/W)로 된 편평율을 55％ 이하로 한 승용차용 레디알 타이어인 것이다. 도 3에서 C는 타이어 적도이고, L은 트레드 표면의 윤곽선이고, PC는 타이어 적도점이며, E는 트레드 가장자리이고, FL은 트레드 곡선을 나타낸 것이다.

그러나, 상기 일본 특허는 타이어의 가황 금형 제작시 가공 정밀도에 문제가 있다.

일반적으로 고속 주행시에 조종 안정성을 향상시키기 위해서는 트레드 중앙부의 원호의 곡률 반경을 크게 하여 플랫화 한 것이 바람직하다. 즉, 트레드 중앙부의 원호의 곡률 반경을 크게 하면 벨트 장력이 커져 타이어의 진행 방향에 대한 강성이 증가하여 고속 직진시의 조종 안정성을 향상시킨다.

그런데, 트레드부를 플랫화하면 트레드의 숄더부에 있어서, 타이어의 적도점 을 통과한 타이어의 축 방향선과 트레드 표면과의 타이어 반경 방향 거리인 캠버양이 작아지기 때문에 선회시의 횡력이나 휠얼라인먼트에 의한 캠버각 등의 영향에 의해 트레드의 숄더부가 강하게 노면과 접촉하게 되고, 이러한 현상에 의하여 편마모가 발생하기 쉽고, 또한 캠버각이 증가할 경우 고속 내구성이 손실되는 문제가 있다.

이에 본 발명은 트레드부의 플랫화 및 숄더부의 캠버양을 확보하여 전반적으로 라운드(round)한 접지현상을 유도함으로써 고속 주행시 접지 형상의 최적화를 통해 고속 직진시의 조종안정성, 편마모 성능, 선회 성능을 향상시키고자 하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 타이어 자오 단면에 있어서 트레드 표면의 윤곽선인 L(P0 ~ P1)을 곡률 반경 원호 R, 해당 원호 R과 접속하는 트레드 곡선 FL(P1 ~ P2)을 2차 다항 함수로 하여서 되는 공기입 레디알 타이어이다.

또한, 본 발명의 공기입 레디알 타이어는 트레드 중앙부의 원호길이 L이 총 트레드부 길이의 0.4 내지 0.7의 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 공기입 레디알 타이어는 트레드의 중앙부의 원호 R은 타이어 단면 폭(W)의 300％ 내지 600％, 바람직하게는 400％ 내지 500％의 곡률을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 공기입 레디알 타이어는 곡률반경 원호 R의 X-Y 좌표계와 2차 다항 함수의 x-y 좌표계 회전 변화(θ)는 2.5＜θ≤5의 범위인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 공기입 레디알 타이어에서 P1 ~ P2곡선은 2차 다항함수로 계산된 FL곡선으로의 오차 1/100(mm) 이내가 되는 3개 미만의 원호의 연결로 근사적으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부 도면 중 도 1은 종래의 타이어의 우측 반쪽의 단면도로서, 도 1에 의하면, 타이어 자오 단면에 있어서 트레드 표면의 윤곽선(L)이 트레드 외각의 중앙점인 P0로부터 끝점 P2를 향하되, P0 ~ P1 사이는 단일 곡률을 갖으며, P1 ~ P2까지는 P0 ~ P1 곡선에 접하는 2차 다항 함수를 사용하여 고속 주행시 및 고속선회시 트레드의 숄더브에 발생하는 노면 눌림 현상을 완화하고, 접지 형상 및 접지압을 최적화하는 기술로써 타이어 단면 폭 W와 타이어 단면 높이 H와의 비(H/W)로 되는 편평율을 55％ 이하로 한다.

즉, 트레드 중앙의 원호(P0 ~ P1)의 곡률반경을 크게 하여 고속 주행 성능을 확고하게 하고 트레드 숄더부의 캠버양(Y)을 확보하여 조정 안정성, 편 마모 성능, 선회성능을 향상시키는데 목적이 있다.

도 2는 하나의 원호와 2차 함수를 설명한 선도로서, 트레드 중앙부 P0 점에서 P1점까지는 곡률 반경 R 원호로 나타내며, P1점에서 P2점까지는 원호 R과 접하는 2차 함수를 이용하여 타이어 트레드 표면의 외곽선 L(FL)을 구하는 과정을 나타내면 다음과 같다.

1. 트레드 중앙부의 곡률 반경인 원호 R과 P0에서 P1점까지의 L 길이에 의해 θ는 아래와 같이 계산할 수 있다.

2. P1, P2점은 X-Y 좌표계에서 θ만큼 회전 변화한 x-y 좌표계로 다음 식(2)를 사용하여 계산할 수 있다.

3. 2차 함수를 사용하여 FL 곡선을 나타내기 위해서 x-y 좌표계로 변화된 P1, P2점을 다음 식(3)에 대입하여 미지수 K 값을 계산할 수 있다.

y = -K { x}^{2 } + R ----------- (3)

상기 식(3)에서 [P1, P2]의 범위에서 x의 변화에 따른 y를 계산한 후 X-Y좌표계로 변화하여 곡선 FL을 나타낼 수 있다.

FL곡선으로부터의 오차 1/100 mm 이내가 되는 3개 미만의 원호의 연결체를 근사적으로 P1 ~ P2를 형성한다.

본 발명에서 트레드 중앙부의 원호길이 L은 총 트레드 길이의 0.4 내지 0.7을 갖는 것이 바람직하고, 트레드의 중앙부의 원호 R은 타이어 단면 폭(W)의 300 내지 600％, 바람직하게는 400 내지 500％의 곡률을 갖는 것이 좋다. 그리고, X-Y좌표계와 x-y좌표계 회전 변화는 2.5＜θ≤5의 범위인로 하는 것이 바람직하다.

그리고, P1 ~ P2곡선은 2차 다항함수로 계산된 FL곡선으로의 오차 1/100(mm) 이내가 되는 3개 미만의 원호의 연결로 근사적으로 형성하는 것이 바람직하다.

이하, 트레드 외곽선에 2차 함수를 이용한 경우를 235/45R17이고, 타이어 중앙부 P0로부터 타이어 숄더부 P2점까지의 거리 101.3 mm를 사이에 두는 트레드 캠버양 9.2mm로 설정된 공기입 타이어에 적용한 경우를 가지고 설명하기로 한다.

트레드 중앙부의 곡률 반경인 원호 R1=1,000 mm를 θ=3°까지 P0점에서 P1점까지의 윤곽선을 나타낼 수 있다.

P1(52.336, 320.63), P2(101.3, 312.807)점은 X-Y 좌표계에서 θ만큼 회전 변화한 x-y좌표계로 상기 식(2)에 대입하여 x-y좌표계 P1(0,1000)이고 P2(49.30671, 994.7438)로 변환할 수 있다.

2차 함수를 사용하여 FL곡선을 나타내기 위해서 x-y좌표계로 변화된 P, P2점을 상기 식(3)에 대입하여 k=-0.00216을 계산한다.

상기 식(3)에서 [P1, P2]의 범위에서 x의 변화에 따른 y를 계산한 후, X-Y좌표계로 변화하여 곡선 FL을 다음 표 1과 같이 나타낼 수 있다.

x	y	X	Y
0.00 2.47 4.93 7.40 9.86 12.33 14.79 17.26 19.72 22.19 24.65 27.12 29.58 32.05 34.51 36.98 39.44 41.91 44.37 46.84 49.30	1000.00000 999.98688 999.94750 999.88188 999.79001 999.67188 999.52751 999.35689 999.16002 998.93690 998.68754 998.41192 998.11005 997.78193 997.42757 997.04695 996.64009 996.20698 995.74761 995.26200 994.75014	52.336 54.797 57.256 59.715 62.171 64.627 67.081 69.534 71.985 74.435 76.883 79.331 81.777 84.221 86.664 89.106 91.546 93.985 96.423 98.859 101.294	320.630 320.487 320.319 320.125 319.904 319.657 319.384 319.084 318.759 318.407 318.029 317.625 317.194 316.737 316.255 315.745 315.210 314.649 314.061 313.447 312.807

도 3에서와 같이 FL 곡선으로부터의 오차 1/100(mm) 이내가 되는 2개의 원호로 트레드 윤곡선을 형성할 수 있다.

상기로부터 사이즈가 235/45R17 타이어에 대해 트레드 윤곽선을 반경 1000mm 원호와 2차 함수로 도 3에서와 같이 구성하고, 유한요소법(Finite element method)를 통해서 속도 0 km/h와 150 km/h에 대해 각각 측정하고, 숄더부의 접지면적과 접지압력분포에 대한 결과를 도 4와 5에 각각 나타내었다.

도 4는 속도 0 km/h와 150 km/h에서의 종래 기술의 접지면의 프로필과, 속도 0 km/h와 150 km/h에서의 본 발명의 접지면의 형상을 나타낸 것이다.

그리고, 도 5는 횡 방향에서의 접지압력 분포를 종래 기술과 본 발명을 비교 하여 나타낸 그래프이다.

도 4와 도 5에 의하면, 본 발명의 경우가 숄더부의 접지 면적이 넓고, 접지 압력분포가 균일함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 공기입 레디알 타이어에 있어서 트레드부의 외각 프로파일을 조절함으로써 타이어의 폭 방향 및 원주방향 강성을 증가시키고, 벨트의 장력을 증가시켜 코너링시 타이어의 접지 형상이 안정되도록 하여 조종안정성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 타이어 자오 단면에 있어서 트레드 표면의 윤곽선인 L(P0 ~ P1)을 곡률반경 원호 R과 해당 원호 R과 접속하는 트레드 곡선 FL(P1 ~ P2)을 2차 다항 함수로 하여서 되는 것을 특징으로 하는 공기입 레디알 타이어.
2. 제 1항에 있어서, 상기 트레드 중앙부의 원호길이 L은 총 트레드부 길이의 0.4 내지 0.7의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 공기입 레디알 타이어.
3. 제 1항에 있어서, 상기 트레드의 중앙부의 원호 R은 타이어 단면 폭(W)의 300％ 내지 600％의 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 공기입 레디알 타이어.
4. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 곡률반경 원호 R의 X-Y 좌표계와 상기 2차 다항 함수의 x-y 좌표계 회전 변화(θ)는 2.5＜θ≤5의 범위인 것을 특징으로 하는 공기입 레디알 타이어.
5. 제 1항에 있어서, P1 ~ P2곡선은 2차 다항함수로 계산된 FL곡선으로의 오차 1/100(mm) 이내가 되는 3개 미만의 원호의 연결로 근사적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 공기입 레디알 타이어.

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