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KR100733734B1 - 운송 수단의 휠과 도로 사이의 그립 측정 방법 - Google Patents

운송 수단의 휠과 도로 사이의 그립 측정 방법 Download PDF

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KR100733734B1
KR100733734B1 KR1020000045819A KR20000045819A KR100733734B1 KR 100733734 B1 KR100733734 B1 KR 100733734B1 KR 1020000045819 A KR1020000045819 A KR 1020000045819A KR 20000045819 A KR20000045819 A KR 20000045819A KR 100733734 B1 KR100733734 B1 KR 100733734B1
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트라베르피에릭
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소시에떼 드 테크놀로지 미쉐린
미쉐린 러쉐르슈 에 떼크니크 에스.에이.
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Abstract

본 발명에 따른 타이어는 통상적인 리브(2)에 인접한 희생 리브(1)를 포함한다. 일반적인 동작에서 희생 리브(1)는 도로에 대해 미끄러지나, 통상적인 리브(2)는 도로에 대해 미끄러지지 않는다. 희생 리브(1)로 인해, 도로상의 최대 그립 능력의 측정이 언제든지 가능하다.
트레드, 그립, 도로 접촉 표면, 휠 축, 접촉 표면, 마찰 능력, 타이어

Description

운송 수단의 휠과 도로 사이의 그립 측정 방법{Measurements of the grip between a vehicle wheel and the road}
도 1은 본 발명의 방법이 사용되는 타이어의 방사도.
도 2는 타이어의 동작을 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명의 대표적인 방법에 대한 테이블 다이어그램.
도 4는 본 발명에 의해 제안된 관측을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 의해 제안된 다른 관측을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 의해 제안된 또 다른 관측을 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1,2: 리브(또는 제 1 및 제 2 요소) 3: 센서
본 발명은 도로상의 운송 수단의 그립에 관한 것으로, 특히 휠과 상기 휠이 회전하는 표면 사이의 접촉 영역에서의 물리적인 파라미터를 획득하기 위해 회전 타이어와 같은 신축성 있는 커버링이 설치된 운송 수단의 그립 특성의 결정에 관한 것이다.
제동 또는 방향 전환시 또는 구동력하에서 가속을 경험할 때 운송 수단의 상태에 영향을 줄 수 있는 그립의 "실시간"에서의 징후를 획득할 필요가 있다. 본 발명의 목적은 효과적인 방식으로 이를 달성할 수 있는 방법 및 수단을 제공하는 것이다.
다음에 "주어진 요소의 그립 능력(grip potential)"(상기 요소는 고무, 타이어의 리브 또는 전체로서의 타이어일 수 있다)이란 용어는 주어진 장소에서 도로와 접촉하는 동안 견딜 수 있는 요소의 최대의 접선 방향 힘과 요소에 인가되는 법선 방향 힘 사이의 비를 나타내는데 사용된다. "마찰 능력"이란 용어는 접선 방향 힘과 도로를 미끄러지는 고무 요소의 주어진 포인트에서 가해진 수직 방향 응력 사이의 비를 나타내는데 사용된다.
"이용 가능 그립 마진(grip margin)"이란 용어는 요소의 그립 능력과, 접촉 영역에 진입할 때 요소에 효과적으로 인가된 수직 방향 힘과 접선 방향 힘 사이의 비율 사이의 차이를 의미한다.
본 발명의 목적은 트레드가 도로와 접촉 영역을 갖는 제 1 트레드 요소를 포함하며, 적어도 제 2 요소보다 작은 휠 축과의 거리에 위치하며, 상기 요소는 정상 동작시 그 표면이 접촉 영역 내의 도로와 접촉하게 되며 또한 적어도 회전 상태의 범위 내에서 모니터링되는 곳에서 상기 제 1 요소의 접촉이 접촉 영역을 통과하는 동안 도로에서 미끄러지게 된다. 상기 타이어는 또한 상기 제 1 요소 내의 센서로 구성된 수단을 포함하며, 센서로 구성된 상기 수단은 접촉 영역을 통과하는 동안 상기 제 1 요소의 표면에서 접선 방향의 힘에 민감하게 반응한다.
그러므로 본 발명은 그립 제한을 초과하도록 트레드의 일부를 적응시키며 적어도 그 부분에서 적당한 측정이 이루어지도록 제공된다. 센서는 상기 상태에서 트레드 내에 통합될 수 있지만, 타이어의 트레드의 센서 내에 반드시 통합되지 않고도 단일 또는 복수회의 적당한 측정을 수행할 수 있다.
본 발명은 또한 변형 가능 트레드를 갖는 휠과 상기 휠이 회전하는 도로 사이의 그립 특성을 탐지하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
a) 적어도 제 2 요소의 도로 접촉 영역의 거리보다 작은 휠 축의 거리에 위치한 도로와 접촉하는 영역을 갖는 트레드의 적어도 하나의 제 1 접촉 요소를 제공하며, 상기 접촉 영역의 격리는 정상 작동시 두개 요소의 표면이 모두 도로와 접촉하게 되며, 모니터링되는 회전 상태의 범위에서 제 1 요소의 접촉 표면은 접촉 영역을 통과하는 동안 도로에 대해 미끄러지게 된다.
b) 휠 축에 가장 근접한 요소의 상기 접촉 표면에 접선 방향의 힘을 나타내는 제 1 신호를 발생한다.
c) 그립의 손실을 특징짓는 상기 제 1 신호의 변동을 검출한다.
d) 상기 제 1 요소의 상기 접촉 표면의 마찰 능력을 평가한다.
e) 타이어의 그립 능력을 평가한다.
물론, 본 발명은, 접선 방향의 힘과 수직 방향의 힘이 평가되어 있는 경우, 타이어의 그립 능력과 타이어에 인가된 접선과 수직 방향의 힘 사이의 비의 차이를 나타내는 "이용 가능 그립 마진"을 평가할 수 있다. 예를 들면, 세로 방향으로의 접선 방향의 힘과 수직 방향의 힘은 US 5,913,240호에 개시된 수단으로 평가할 수 있다. 그러나, 접선 방향의 힘과 수직 방향의 힘은 트레드 내에서 가능한 측정 장치로 평가할 수 있다. 이에 관해서는 이하에서 상세히 설명된다.
본 발명은 타이어에 효과적으로 인가된 수직 방향의 힘과 접선 방향의 힘을 측정 또는 평가하는 장치들이 없이도 "이용 가능 그립 마진"을 평가할 수 있다. 이를 위해, 본 발명은 휠이 회전하는 도로와 변형 가능한 트레드를 갖는 휠 사이의 그립 특성을 검출하기 위한 방법을 제공하며, 이는 다음 단계를 포함한다.
a) 적어도 하나의 제 2 요소의 도로 접촉 표면의 거리보다 작은 휠 축의 거리에 위치한 도로와 접촉하는 영역을 갖는 트레드의 적어도 하나의 제 1 접촉 요소를 제공한다. 상기 접촉 표면 사이의 분리는 정상 작동시 두개 요소의 표면이 모두 도로와 접촉하게 된다.
b) 상기 제 1 요소의 접촉 표면의 영역에서 접선 방향의 힘을 나타내는 제 1 신호를 발생한다.
c) 상기 제 1 요소가 접촉 영역에 진입하는 순간을 상기 제 1 신호에 의해 검출한다.
d) 상기 제 1 신호가 그립 손실을 특징짓는 변화를 경험하는 순간을 제 1 신호에서 검출한다.
e) 상기의 특징을 가진 변화가 검출될 때의 순간과 접촉 영역으로의 진입이 검출되는 순간 사이의 제 1 신호의 함수로부터 이용 가능 그립 마진을 특징짓는 지시를 발생한다.
본 발명의 타이어는 하나 이상의 리브(1) 또는 외부 환경이 통상적인 리브(2)의 환경 또는 주변 패드의 반경(Ra)보다 작은 반경(Rs)를 갖는 하나 이상의 트레트-패턴 패드를 포함한다(도 1).
리브(1) 또는 상기 타입의 패드는 각각 "희생 리브" 또는 "희생 패드" 또는 "제 1 요소"로 호칭한다. US 4,480,671호에는 상기의 희생 리브{측면 리브(8)}가 도시되어 있다. 반대로 임의의 다른 부분의 타이어 패턴은 "통상적인 리브(2)" 또는 "통상적인 패드" 또는 "제 2 요소"로 호칭한다. Ra와 Rs 사이의 차이가 정상 운전(normal service)시 타이어가 마모되는 동안 자동적으로 유지된다는 것은 기술상 공지되어 있다. 본 발명의 이점은 희생 리브에서 실행되는 마찰 능력의 측정으로 인해 이용 가능한 그립 마진이 타이어가 완전히 마모될 때까지 측정될 수 있다는 점에 있다.
그와 같이 적절히 개량된 타이어는 전체로서의 트레드와 관련하여 정의되거나 또한 본질적으로 사용되는 개념인 "그립 능력"을 평가할 수 있다. 이와 같은 적절한 타이어는 또한 희생 리브 또는 패드와 관련하여 위에서 정의한 바 있는 개념인 "마찰 능력"을 평가할 수 있다.
정상 작동시 희생 리브(1)는 통상적인 리브(2)가 도로로 미끄러지지 않을 때 도로를 미끄러진다. 도로의 최대 그립 능력의 측정은 희생 리브(1)에 의해 측정된다.
각각의 희생 리브 또는 희생 패드 내에서, 하나 이상의 센서(3)에 의해 타이어가 회전하는 동안 수직 및 수평 방향으로 리브 또는 패드가 받는 변형 또는 응력을 측정할 수 있다. 상기의 응력 또는 변형은 수직 방향으로 측정될 수 있으며, 이는 시스템의 성능을 개선한다.
적절한 센서(3)를 이용하면 상기 측정은 타이어의 수명이 다하는 동안 가능하다. 측정시에 포함된 타이어 트레드 부분은 가능한 작아야 하며, 이는 타이어의 성능에 영향을 미치지 않는다. 이를 근거로 그 일부를 하나 또는 그보다 작은 고무 패드로 제한하는 것이 유리하다. 상기의 정보는 타이어의 각 회전마다 한번의 측정에 의해 얻어진다. 운송 수단으로서 전체 타이어에 대하여 그와 같은 측정을 수행할 필요는 없으며, 좌우 각 측면 중 하나의 타이어에 대해 수행하여도 충분하다.
자유 회전(즉, 회전 방향을 나타내는 F1과 운동 방향을 나타내는 F2에 대해 제동이나 엔진에 대한 커플링이 모두 없음)이 진행되며 타이어가 도로를 따라 직진 라인에서 회전하며 희생 리브 표면의 한 포인트가 도로와 접촉하게 되면, 희생 리브와 도로 사이의 경계면에 제동 전단 응력(σf)이 발생한다(도 2). 이와 같은 제동 전단 응력(σf)은 도 3의 리브(2)와 연관된 곡선으로 표시된 모든 리브에서 정상 동작하는 정현 응력(sinusoidal stress)에 부가된다. 희생 리브의 최종 응력은 도 3의 리브(1)와 연관된 곡선의 형태를 갖는다. 상기 응력은 전단 응력이 도로에 대한 고무의 마찰 능력에 허용되는 최대값에 도달할 때까지 접촉이 시작되는 순간부터 증가된다.
도 3은 무한하거나 매우 큰 이론적인 마찰 능력을 나타낸다. 이는 희생 리브의 세로 방향 전단 응력(daN/cm2)과 접촉 영역의 희생 리브에 근접한 표준 리브의 응력을 도시하며, 이는 고려되는 지점과 접촉 영역의 에지 사이의 거리 "D"(mm)의 함수로 표현된다. 이 경우, 전단 응력의 절대값은 상기 지점과 도로 사이의 접촉이 끝나는 순간까지 증가된다.
만일 마찰 능력이 무한하지 않는 경우, 상기 지점은 전단 응력이 마찰 능력에 의해 허용되는 최대값에 도달하자마자 도로에서 미끄러질 것이다. 보다 현실적으로는 마찰 능력은 0.5이며, 도 4는 접촉 영역의 희생 리브에 근접한 표준 리브와 희생 리브의 세로 방향 응력(daN/cm2)을 도시하며, 이는 고려되는 지점과 접촉 영역의 에지 사이의 거리 "D"(mm)의 함수로 표현된다. 휠 중심을 지나는 거리의 함수인 전단 응력을 나타내는 신호는 도 3과는 다르다. 신호의 형태 특히 그 최대값은 마찰 능력과 직접적으로 관련되어 있다.
만일 마찰 능력이 높아지면, 이동 거리(도로와의 제 1 접촉 순간 동안 지나온 시간에 의해 곱해지는 속도와 동일)의 함수로서 나타난 응력 신호의 초기 부분의 변화는 매우 적다. 반대로 신호의 최종 부분은 마찰 능력 레벨에 비례하여 변경된다. 그러므로 희생 리브에 제공된 전단 응력 신호의 분석은 도로에 대한 타이어의 그립 능력을 직접적으로 연관짓는 리브와 도로 사이의 마찰 능력에 대한 정보를 제공한다.
리브의 마찰 능력 및 타이어의 그립 능력과 연관된 미리 설정된 관계로부터 한편으로는 예를 들어 모든 도로 상태하에서의 타이어의 최대 그립 능력에 의한 특성이 크게 변하지 않음으로 이러한 특성을 사용하는 규칙적인 재교정으로 인해, 희생 리브에 가해진 전단 응력의 값 또는 상기 전단 응력을 나타내는 임의의 신호값으로부터 타이어의 그립 능력값을 추정할 수 있다. 희생 리브하에서의 압력이 예를 들면 타이어의 기능이 상실되거나 심지어 타이어 도로와 팽창 압력의 이상적인 상태하에서도 크게 변할 수 있기 때문에, 그와 같은 재교정 절차는 필요하다. 그리고 상기 압력으로 인해 리브에 가해진 전단 압력과 타이어의 그립 능력 사이의 관계를 변경하는 변수를 산출할 수 있다.
만일 희생 리브가 동일 포인트에서 수직 압력을 측정하기 위해 장착된다면, 리브와 도로 사이의 마찰 계수는 전단 응력과 수직 응력 사이의 비율을 발견함으로써 계산될 수 있다. 이 경우, 타이어의 그립 능력을 계산하기 위한 재교정은 더이상 필요없다.
따라서, 검출 방법의 유리한 가변성으로 인해 상기 타이어 접촉 내의 그립 능력을 평가하며 상기 제 1 신호의 변동을 검출하는데 필요한 단계는 다음 동작들을 포함한다.
a) 제 1 요소의 상기 접촉 표면의 수직 방향의 힘을 나타내는 제 2 신호를 발생한다.
b) 제 1 및 제 2 신호로부터 접선 방향의 힘과 수직 방향의 힘 사이의 비를 나타내는 제 3 신호를 발생한다.
c) 그립의 손실을 특징짓는 상기 제 3 신호의 변동을 검출한다.
d) 제 1 요소의 상기 접촉 표면의 마찰 능력을 평가한다.
e) 상기 마찰 능력으로부터 상기 타이어의 접촉 표면의 그립 능력을 평가한다.
접촉 영역에 발생하는 제동 응력은 희생 리브의 외주 길이와 근접 리브의 외주 길이 사이의 차이로부터 발생한다. 그러므로 그와 같은 길이 차이를 수정함으로써, 접촉이 시작되는 순간과 끝나는 순간 사이에서 응력이 증가하는 속도가 변하게 된다. 길이의 차이가 커질수록, 전단 응력은 더욱 빠르게 증가한다.
만일 타이어가 측방 편각(sideways drift angle)을 갖고 회전하는 경우, 희생 리브와 도로 사이의 경계면에는 횡방향 응력이 발생한다. 이 응력는 세로 방향 응력에 벡터값으로 추가된다. 다음에 그에 따른 합력은 상술한 바와 같이 전개된다. 즉, 그의 계수(modulus)는 접촉이 확립되는 순간과 그의 값이 마찰 능력에 의해 허용되는 최대값에 도달하는 순간 사이에서 증가하고, 희생 리브의 외주 길이와 근접 리브의 외주 길이 사이의 차이는 충분히 크게 된다.
상기 방법의 다른 응용은 다음 단계들을 포함한다.
a) 상기 적어도 하나의 제 2 요소의 접촉 표면 영역의 접선 방향의 힘을 나타내는 제 1 동작 트레드 신호를 발생한다.
b) 상기 적어도 하나의 제 2 요소의 접촉 표면의 수직 방향의 힘을 나타내는 제 2 동작 트레드 신호를 발생한다.
c) 타이어의 전체 폭에 걸쳐, 도로와 상기 접촉 표면 영역 사이의 접촉이 시작되는 순간과 끝나는 순간 사이의 상기 제 1 동작 트레드 신호를 적분함으로써, 타이어에 가해진 접선 방향 힘을 특징짓는 지시를 발생한다.
d) 타이어의 전체 폭에 걸쳐, 도로와 상기 접촉 표면 영역 사이의 접촉이 시작되는 순간과 끝나는 순간 사이의 상기 제 2 동작 트래드 신호를 적분함으로써, 타이어에 가해진 수직 방향의 힘을 특징짓는 지시를 발생한다.
e) 타이어의 그립 능력과 타이어에 가해진 상기 수직 방향의 힘과 접선 방향의 힘 간의 비율 사이의 차이로부터 "이용 가능 그립 마진"을 결정한다.
트레드의 요소에서는 "이용 가능 그립 마진"을 산출하는 방법이 수직 방향의 힘 및 접선 방향의 힘을 산출하기 위한 필수 요소이다. 이하에서 다른 방법이 설명될 것이다.
도 5는 제동 커플(braking couple)과 0.5에 해당하는 마찰 능력(곡선 A)으로 회전하는 경우, 자유 회전과 무한 마찰 능력(곡선 B)의 경우 및 자유 회전과 0.5에 해당하는 마찰 능력(곡선 C)의 경우에 접촉 영역과 고려되는 지점간의 거리 "D"(mm)의 함수로서 접촉 영역의 희생 리브에서의 세로 방향 전단 응력(daN/cm2)을 도시한다. 만일 구동 또는 제동 커플이 타이어에 인가된다면, 세로 방향 응력은 양쪽 리브들의 외주 사이의 길이 차이에 의해 야기된 응력으로부터 추가되거나 감산된다. 예를 들어 제동 커플을 인가한 경우, 응력 신호는 휠이 어떠한 커플도 없이 주행되는 경우보다 빠르게 주행 거리의 함수로서 증가된다(도 5).
도 6은 제동 커플이 인가되며(곡선 1) 다른 한편으로는 자유 회전(곡선 2)이 발생하는 동안 주어진 도로에 따른 희생 리브하에서 전개된 지점과 접촉 영역의 에지 사이의 거리 "D"(mm)의 함수로서 세로 방향 전단 응력(daN/cm2)을 나타내는 신호를 도시한다. 포인트 B1과 B2는 곡선 경사의 급격한 변화에 해당하는 곡선의 포인트이다. 상기 급격한 변동은 그립의 손실(경사의 시작점) 또는 그립의 복구(경사의 끝점)를 나타낸다. 상기 포인트 A0은 접촉 영역의 시작점에 해당한다. 도 6에 도시된 바와 같이 포인트 A0과 B1 사이의 곡선 1의 평균 경사도는 포인트 A0과 B2 사이의 곡선 1의 경사도보다 절대값에서 보다 급경사이다. 이는 곡선 1에 해당하는 이용 가능 그립 마진이 곡선 2에 해당하는 이용 가능 그립 마진보다 작기 때문이다. 상기 평균 경사도와 그립 손실을 특징짓는 포인트에서의 신호값 사이의 비율(곡선 1과 2상의 위치 B1과 B2)은 이용 가능 그립 마진의 지시의 일 예이다.
따라서, 타이어에서 효과적으로 동작하는 수직 방향의 힘과 접선 방향의 힘을 산출하거나 측정하지 않고 이용 가능 그립 마진의 지시를 발생하는 방법에서, 본 발명은 신호의 함수가 시간에 대한 상기 신호의 제 1 도함수의 평균값과 그립 손실을 특징짓는 포인트에서의 신호값 사이의 비율이 된다는 사실을 제공한다.
다른 방법을 고려해보면, 세그멘트 A0-A1의 길이는 A0-A2의 길이보다 작다는 것을 알 수 있다. 이는 곡선 1의 경우의 이용 가능 그립 마진이 제동 커플에 해당하며, 자유 회전에 해당하는 곡선 2의 이용 가능 그립 마진보다 작다는 것을 의미한다. 그러므로 상기 세그멘트이 길이는 이용 가능 그립 마진을 나타내는 더 많은 정보를 제공하며, 이는 상기 그립 마진이 상기 세그멘트가 짧아짐에 따라 증가하기 때문이다.
따라서, 타이어에서 효과적으로 동작하는 수직 방향의 힘과 접선 방향의 힘을 측정 또는 평가하지 않고 이용 가능 그립 마진의 지시를 발생하는 방법에서, 본 발명은 신호의 함수가 상기의 검출 성분들을 분리시키는 시간 간격이어야 한다는 사실을 제시한다.
그러므로 이동 거리의 함수인 응력의 적절한 분석은 측정이 도로와 접촉하는 동안 영향을 미치는 포인트에 진입한 시점으로부터의 경과 시간과 속도와 동일하며, 그로부터 두가지 종류의 정보가 얻어진다. 이 정보는 타이어와 도로간의 그립 능력을 나타내는 정보, 및 이로부터 타이어에 작용하는 제한 레벨(구동력, 제동 또는 횡방향 이동)에 대한 정보를 의미하며, 이들 정보로부터 타이어의 이용 가능 그립 마진을 결정할 수 있다.
리브의 세로 방향의 변형과 가로 방향의 변형을 측정하는 것은 응력의 측정과는 다른 동일 방식에 사용될 수 있다. 마찰 계수를 계산하는 경우, 변형값과 응력 사이의 이전 보정이 계산시에 고려되어야만 한다.
희생 리브에 대한 상술된 설명은 희생 패드의 경우에도 적용될 수 있다.
특정 타이어의 경우, 만일 희생 리브가 근접 리브와 동일한 재료로 만들어졌다면, 희생 리브에서 충분히 높은 전단 응력에 의해 리브가 타이어의 자유 회전으로부터 그리고 도로의 임의의 표면으로 미끄러지는 것은 어렵다. 타이어가 마모되는 동안 희생 리브 또는 패드간의 수직 접촉 압력은 희생 리브 또는 패드의 초기 마모가 타이어의 다른 리브 또는 패드의 마모보다 더 빠르기 때문에 매우 작게 될 것이다. 이는 그립 능력이 희생 리브 또는 패드가 접촉 압력이 매우 작은 마모 상태에 도달할 때를 결정하기 쉽게 한다.
공지된 바와 같이, 트레드 패턴으로 인한 그루브 효과는 무시한 채, 접촉 영역의 도로에 인가된 압력은 타이어의 공칭 팽창 압력과 실질적으로 동일하다. 희생 리브의 압력은 상기 팽창 압력의 일부이다. 특히, 바람직하게도 공칭 압력의 희생 리브(또는 제 1 요소)하에서 잉여 도로-접촉 압력이 30% 내지 40%(적어도 50%까지도)인 경우, 본 발명에 의해 제안된 측정은 신뢰할만한 결과를 가져온다는 것이 실험적으로 관찰되었다.
자유 회전 동안 고무의 마모 현상으로 인해, 제 1 및 제 2 요소의 마모 비율이 이상적으로 되도록 균형있게 설정되며, 따라서 제 1 및 제 2 요소간의 높이의 차이는 일정하다. 상기 평형 상태에서는 특정한 잉여 압력이 희생 리브하에서 발견된다. 만일 잉여 압력이 너무 작다면(예를 들어 10%의 공칭 압력), 본 발명에 개시된 측정은 이루어질 수 없으며, 적어도 상기 측정은 트레드의 통상적인 요소(즉, 비 희생 요소)에서 효과적인 그립을 나타내지 않기 때문에 신뢰할 수 없다. 따라서 잉여 압력은 충분히 높게 되도록 변경된 재료의 희생 리브를 사용해야 한다. 측정 상태가 훨씬 양호하고 그 결과가 변경되지 않은 재료에 충분히 효과적인 그립 상태를 나타낸다는 사실이 실험적으로 증명되었다.
그러므로 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 요소{도 1의 리브(1) 참조}는 상기 제 2 요소를 만드는데 사용되는 것과는 다른 재료로 만들어지며, 따라서 상기 제 1 요소가 상기 제 2 요소보다 더 나은 마모 저항을 갖게 된다. 이 방식으로, 본 발명의 특성으로부터, 상기 제 1 요소가 수명에 손상을 받는 응력을 받게 되는 경우에도 불구하고, 상기 제 1 요소는 그립 능력 또는 그립 마진의 산출에 적절한 상태에서 유지된다.
본 발명에 따른 타이어의 제 1 변형은 상기 제 1 요소{도 1의 리브(1) 참조}가 제 2 요소를 만드는 재료와는 서로 다른 재료로 구성되며, 상기 제 1 요소가 상기 제 2 요소보다 낮은 그립 능력을 갖도록 하는 타이어에 관한 것이다. 이는 희생 리브의 슬라이딩을 생성하는 데 필요한 접선 방향의 응력이 감소된다는 이점을 갖는다.
예를 들어, 타이어 생성 단계에서, 트레드는 목적 달성을 위해 적당히 서로 다른 고유의 고무를 서로 밀침으로써 생성될 수 있다. 상기 측정 포인트는 상기 요소가 타이어의 다른 패드 또는 리브와 동일한 재료로 구성될 경우 요구 조건보다 낮은 전단 응력에서 주어진 도로 표면에 대해 미끄러질 수 있도록 한다. 고무 요소의 마모 비율은 요소가 도로를 따라 미끄러질 때 요소의 접촉 영역과 도로 사이의 전단 응력이 감소함에 따라 매우 빠르게 감소하기 때문에, 상기의 개선 결과로 인해 적은 그립을 갖는 상기 재료로 이루어진 희생 패드 또는 리브는 덜 빠르게 마모되며 상기의 희생 리브 또는 패드와 도로 사이의 수직 방향 접촉 압력은 타이어의 마모가 진행되는 동안 덜 빠르게 감소될 것이다.
본 발명에 따른 타이어의 다른 변형은 상기 제 2 요소에 사용되는 재료보다 훨씬 높은 영률(Young's modulus)을 갖는 재료로 이루어진 제 1 요소의 타이어와 연관된다. 상기의 결과는 미끄러짐이 시작되는 순간에서 접선 방향 응력을 증가시킨다. 상기의 측정은 이전 것과 결합될 수 있다.
이러한 이유로 타이어 트레드 패턴의 다른 리브 또는 패드로 구성된 재료보다 더 나은 마모 저항을 갖는 재료의 희생 리브 또는 패드를 만드는 다른 실시예가 제안된다.
상기의 세개의 변형예들은 유리하게 결합될 수 있다. 이러한 조합에 의해 타이어의 수명은 희생 리브 또는 패드와 도로 사이의 수직 접촉을 유지할 수 있으며, 그립 능력 측정을 고도로 정밀하게 할 수 있다.
도로의 타이어 그립 능력은 운송 수단으로 전송될 수 있는 최고 레벨의 스티어링, 제동 및 구동력을 직접적으로 결정한다.
통계적인 수치를 보면 명백하게 그립 능력과 젖은 도로에서 일어나는 위험 사이에는 일정한 관계가 존재한다. 즉, 젖은 도로의 그립 능력이 낮을수록 사고 위험은 높아진다. 그러므로 사용자의 안전은 그립 능력과 밀접한 관계가 있다.
이를 만족시키는 중요한 공헌은 그립 제한에 도달하기 전보다 훨씬 빠르게 타이어의 그립 능력의 레벨을 평가할 수 있다는 사실에 있다. 이는 불충분한 그립의 경우에도 사고를 피할 수 있는 가능성이 더 커지며, 더 빠르게 운송 수단의 회전 상태를 적용시킬 수 있기 때문이다.
타이어 설계상의 원칙은 상기 관점에서 상당한 이점을 제공한다. 실제로 그립 능력의 레벨이 타이어가 자유롭게 회전할 때조차도 평가받을 수 있게 하며, 또한, 상기 능력은 일정한 속도에서 직선 라인에서 회전하는 상태로부터 최대 제동과 가속의 상태 또는 매우 제한된 그립의 둥글게 구부러진 도로의 주행에 이르는 차량 상태하에서 결정될 수 있다. 그러므로 이용 가능 그립 능력은 연속적으로 평가될 수 있다.
동일 측정으로부터 그립 능력의 마찰이 효과적으로 이용되는 방법을 알 수 있다.
이하의 도표는 상기의 정보를 바탕으로 허용되는 응용을 도시한다.
Figure 112006096168392-pat00008
그립 능력 또는 그립 능력과 직접적으로 연관된 데이터로부터 다음이 가능하게 된다.
● 운송 수단의 구동으로 통지
-> 그립 레벨에 변동이 발생했을 경우 : 예를 들면 만일 능력이 특정 레벨의 변동 이하로 감소했을 경우, 음향 또는 시각 신호는 운전자에게 자신의 구동을 적응시키며 경계 상황이 증가되었음을 경고하기 위해 트리거링 될 수 있다.
-> 직면한 그립 레벨의 통계학적 기반과 비교되는 주어진 순간에 이용 가능한 상대적인 그립 레벨의 경우 : 운송 수단이 이동 중일 때 연속적으로 결정되는 상기 정보는 운송 수단의 데이터 처리 시스템 내에 또는 그 외부에 장착된 데이터 베이스로 공급될 수 있다(운송 수단이 통신하는 중앙 데이터 베이스) ; 또한 상기 정보는 어떤 퍼센트의 집단이 해당되는지를 결정하기 위해 데이터 베이스에 미리 저장된 통계적인 집단과 비교될 수 있다; 상기 결과는 운전자와 통신하는 단순한 데이터로 변환될 수 있다(예를 들면, 이용 가능 그립을 나타내는 통상적인 레벨의 지시; 고, 중, 저, 최저)
● 운송 수단에서의 동작
-> 휠 안티-로킹, 안티-스키드 및 액티브 경로 제어 시스템과 같은 운송 시스템의 제어 전력을 적응시킴: 상기 시스템은 그립 레벨에 따라 서로 다른 전력을 가질 수 있으며, 순간적인 그립 레벨의 함수로서 제작되는 동안, 가장 적절한 제어 전략이 실행될 것이다.
-> 운송 수단의 동작 요소에 사용하기 위해 최적의 제어 실행을 결정할 수 있다; 실시간 연산 시뮬레이션이 운송 수단에서 실행될 수 있다; 그립 레벨을 알 경우 최적의 응답을 찾기 위해 작업 요소(예를 들면, 제동)에 사용된 정확한 처리과정을 알 수 있다; 시뮬레이션은 또한 운전자에 의한 처리 과정에 대해 운송 수단의 응답을 예측할 수 있으며, 따라서 부적절할 경우 돕기 위해 자신의 처리 과정을 보정할 수 있다.
● 도로 운수 관리를 책임지는 다른 도로 사용자와 그 조직체에 통보하기 위해 중앙 데이터 베이스와 데이터를 통신한다; 현재로서 이용 가능한 통신 및 위치설정 이동 유니트(GPS 시스템)는 도로의 정확하게 식별된 스트레치와 연관된 운송 수단에 의해 방출된 임의의 그립 능력 데이터가 가능하며, 상기 데이터는 중앙 시스템에 전송될 수 있다; 상기 정보로부터 다음이 가능하다.
-> 상기 포인트에 도달하기 전에 주어진 포인트에서 이용 가능한 그립 레벨의 운송 수단과 다른 도로 사용자에게 통보하며, 따라서 운송 수단의 제어 레벨에서 필요한 정확한 액션을 기대하는 것이 가능하다.
-> 도로 운수 관리 조직체에게 그립 레벨과 연관된 실시간의 정확한 통계 데이터를 제공하며, 따라서 도로 네트워크를 모니터링하기 위해 일 지역에서 실행되는 규칙적인 도로 그립 측정이 불필요하다.
만일 이용 가능 그립 능력의 정보가 그립 레벨에 효과적으로 이용되기에 충분하다면 또한 다음이 가능하다.
● 상기의 이용 가능 능력이 사용되는 정보에 대해 운전자에게 통지하며 그립 제한에 근접했는지에 대해 경고한다.
● 이용 가능 능력과 이미 사용된 능력 사이의 차이로부터 직접 운송 수단 시스템(휠 안티-로크 또는 안티-스키드)을 통제한다.
● 운수 관리 책임자에게 그립 제한이 종종 위험이 발생할 수 있는 높은 레벨에 도달하는 네트워크 포인트를 검출할 수 있는 통계 정보를 제공하며, 이는 위험이 사고의 통계 형태로 표현된다.
예를 들면, DE 3937966 A1호에 그 측정이 개시되어 있다. 예를 들면 자기 요소는 희생 패드 또는 리브에 통합될 수 있으며, 상기 포인트에서 요소는 상기 희생 패드 또는 리브가 접선 방향 또는 법선 방향의 힘으로 종속되는 타이어에 위치한 홀-효과 센서와 연관된 대체물을 경험한다. 홀-효과 센서는 희생 패드 또는 리브의 표면에 접선 방향의 힘이 작용할 때에도 자기 요소의 대체물을 측정할 수 있으며 또한 희생 패드 또는 리브에 인가된 법선 방향의 힘이 동작하는 동안에도 그 대체물을 측정할 수 있도록 배치된다.
그 변형으로서 또한 US 5 864 056호 또는 US 5 502 433호에 개시된 측정이 실행될 수 있다.
측정된 신호는 제안된 방법에 따라 이용 가능 그립 마진과 그립 능력을 결정하는 컴퓨터로 전송된다. 현재의 기술은 바람직하게는 트레드에 장착된 하나 이상의 측정 유니트 신호의 전송을 가능하게 하나, 이는 상술된 관점 이외의 본 발명에서 다루어질 목적은 아니며, 본 발명에서 다루어지는 측정과는 별개의 것이다.
계산된 데이터는 운전자에게 경고할 수 있는 장치로 어드레스되거나 모든 도로 사용자에게 경고되고, 도로와 연관된 그립 능력 데이터를 중앙에 위치하도록 하는 운송 수단에 외부적인 시스템인 헤르츠(Hertzian) 루트를 통해 전송되거나 타이어가 장착된 운송 수단의 시스템 또는 작업 유니트를 통제하기 위해 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 트레드가 적어도 하나의 제 2 요소(2)의 휠축으로부터의 거리(Ra)보다 작은 휠축으로부터의 거리(Rs)에 위치하는 도로와의 접촉 표면을 갖는 제 1 트레드 요소(1)를 포함하는 타이어로서,
    상기 요소들은 정상 작동 동안 두 요소의 표면이 접촉 영역에서 도로와 접촉하도록 구성되며, 또한, 적어도 모니터링 되는 회전 상태의 범위 내에서, 상기 휠축으로부터의 거리(Ra)와 상기 휠축으로부터의 거리(Rs) 사이의 차이가 정상 운전시 타이어가 마모되는 동안 자동적으로 유지될 수 있도록 구성되어, 상기 정상 운전시 상기 제 1 요소의 접촉 표면이 상기 접촉 영역을 통과하는 동안 도로에 대해 미끄러지고 상기 제 2 요소의 접촉 표면은 도로 위로 미끄러지지 않으며, 상기 타이어는 상기 제 1 요소(1) 내에 센서를 구성하는 수단을 포함하고, 상기 센서를 구성하는 수단은 상기 접촉 영역을 통과하는 동안 상기 제 1 요소의 접촉 표면에서 적어도 접선 방향으로의 변형이나 응력을 측정할 수 있는 타이어.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 요소(1)는 상기 제 2 요소(2)를 형성하기 위해 사용되는 것과는 다르고, 상기 제 2 요소보다 낮은 그립 능력을 상기 제 1 요소상에 제공하는 재료로 이루어지는 타이어.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 요소(1)는 상기 제 2 요소(2)를 형성하기 위해 사용되는 것과는 다르고, 상기 제 2 요소보다 양호한 마모 저항을 상기 제 1 요소상에 제공하는 재료로 이루어지는 타이어.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 요소(1)는 상기 제 2 요소(2)를 형성하기 위해 사용되는 재료의 영율보다 큰 영율을 갖는 재료로 이루어지는 타이어.
  5. 변형 트레드를 갖는 휠과 상기 휠이 회전하는 표면 사이의 그립 특성을 검출하는 방법으로서,
    적어도 하나의 제 2 요소(2)의 도로 접촉 표면의 거리보다 작은 휠축으로부터의 거리에 위치하는, 상기 도로와의 접촉 표면을 갖는 상기 트레드의 적어도 제 1 접촉 요소(1)를 제공하는 단계로서, 상기 접촉 표면들 사이의 오프셋은 정상 작동 동안 두 요소의 표면 모두가 도로와 접촉하며 적어도 모니터링되는 회전 상태의 범위 내에서 상기 제 1 요소의 접촉 표면이 접촉 영역을 통과하는 동안 도로에 대해 미끄러지고 상기 제 2 요소의 접촉 표면은 도로 위로 미끄러지지 않도록 구성되는 단계와;
    상기 축과 가장 근접한 요소의 접촉 표면에서 접선 방향의 힘을 나타내는 제 1 신호를 발생하는 단계와;
    그립 손실을 특징짓는, 상기 제 1 신호의 변동을 검출하는 단계와;
    상기 제 1 요소의 접촉 표면에서 마찰 능력을 평가하는 단계; 및
    타이어의 그립 능력을 평가하는 단계를 포함하는 그립 특성 검출 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 신호의 변동을 검출하고, 타이어의 그립 능력을 평가하는 단계는,
    상기 제 1 요소의 접촉 표면에서 수직 방향의 힘을 나타내는 제 2 신호를 발생하는 단계와;
    상기 제 1 및 제 2 신호로부터 접선 방향 및 수직 방향의 힘 사이의 비율을 나타내는 제 3 신호를 발생하는 단계와;
    그립 손실을 특징짓는 상기 제 3 신호의 변동을 검출하는 단계와;
    상기 제 1 요소의 접촉 표면에서 마찰 능력을 평가하는 단계; 및
    상기 마찰 능력으로부터 상기 타이어의 그립 능력을 평가하는 단계를 포함하는 그립 특성 검출 방법.
  7. 제 5 항 또는 6 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 2 요소의 접촉 표면의 영역에서 접선 방향의 힘을 나타내는 제 1 동작 트레드 신호를 발생하는 단계와;
    상기 적어도 하나의 제 2 요소의 접촉 표면의 영역에서 수직 방향의 힘을 나타내는 제 2 동작 트레드 신호를 발생하는 단계와;
    상기 도로와 상기 영역의 접촉이 시작되는 순간과 끝나는 순간 사이의 제 1 동작 트레드 신호의 적분에 의해, 상기 타이어의 전체 폭을 통해 상기 타이어에 인가되는 접선 방향의 힘을 특징짓는 지시를 발생하는 단계와;
    상기 영역의 접촉이 시작되는 순간과 끝나는 순간 사이의 상기 제 2 동작 트레드 신호의 적분에 의해, 상기 타이어의 전체 폭을 통해 상기 타이어에 인가되는 수직 방향의 힘을 특징짓는 지시를 발생하는 단계; 및
    상기 타이어에 인가되는 접선 방향의 힘과 수직 방향의 힘들 사이의 비율 및 상기 타이어의 그립 능력 사이의 차이로서 "이용 가능 그립 마진"을 결정하는 단계를 추가로 포함하는 그립 특성 검출 방법.
  8. 변형 트레드를 갖는 휠과 상기 휠이 회전하는 표면 사이의 그립 특성을 검출하는 방법으로서,
    적어도 하나의 제 2 요소(2)의 도로 접촉 표면의 거리보다 작은 휠축으로부터의 거리에 위치하는, 상기 도로와의 접촉 표면을 갖는 상기 트레드의 적어도 제 1 접촉 요소(1)를 제공하는 단계로서, 상기 접촉 표면들 사이의 오프셋은 정상 작동 동안 상기 두 요소의 표면이 모두 상기 도로와 접촉하며 적어도 모니터링되는 회전 상태의 범위 내에서 상기 제 1 요소의 접촉 표면이 접촉 영역을 통과하는 동안 도로에 대해 미끄러지고 상기 제 2 요소의 접촉 표면은 도로 위로 미끄러지지 않도록 구성되는 단계와;
    상기 제 1 요소의 접촉 표면의 영역에서 접선 방향의 힘을 나타내는 제 1 신호를 발생하는 단계와;
    상기 제 1 요소가 접촉 영역에 진입하는 순간의 상기 제 1 신호를 검출하는 단계와;
    상기 제 1 신호가 그립 손실을 특징짓는 변동을 경험하는 순간의 상기 제 1 신호를 검출하는 단계; 및
    상기 접촉 영역으로의 진입이 검출되는 순간과 상기 특성의 변동이 검출되는 순간 사이의 상기 제 1 신호의 함수로부터 이용 가능 그립 마진을 특징짓는 지시를 발생하는 단계를 포함하는 그립 특성 검출 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 신호의 함수는 시간에 대한 상기 신호의 제 1 평균 미분값과 그립 손실을 특징짓는 지점에서의 신호값 사이의 비율인 그립 특성 검출 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 신호의 함수는 상기 검출 성분들(detections)을 분리시키는 시간 간격인 그립 특성 검출 방법.
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