타이어 균일성

Tire uniformity

타이어 균일성은 글로벌 타이어 및 자동차 제조업체가 수용한 일련의 측정 표준 및 테스트 조건에 의해 엄격하게 정의된 공압 타이어의 동적 기계적 특성을 말합니다.

이러한 표준에는 방사형 힘 변동, 횡력 변동, 원뿔성, 플라이 조향, 방사형 런아웃, 횡력 런아웃 및 측벽 돌출의 매개변수가 포함됩니다.전 세계 타이어 제조업체들은 타이어 균일성 측정을 사용하여 타이어가 시장에 판매되지 않도록 성능이 낮은 타이어를 식별합니다.타이어 및 차량 제조업체 모두 차량의 승차감을 개선하기 위해 타이어 균일성을 개선하고자 합니다.

힘 변화 배경

타이어 둘레는 제조 조건에 따라 스프링 상수가 변화하는 일련의 매우 작은 스프링 요소로 모델링할 수 있습니다.이러한 스프링 요소는 도로 접점 영역에 진입할 때 압축되고 발자국을 벗어날 때 복구됩니다.스프링 상수의 반경 방향 및 횡방향 변화는 타이어가 회전할 때 압축력과 복원력에 변화를 일으킵니다.완벽한 타이어를 장착하고 완벽하게 매끄러운 도로를 주행할 경우, 차량과 타이어 사이에 가해지는 힘은 일정하게 유지됩니다.그러나 완전히 매끄러운 도로에서 정상적으로 제조된 타이어는 타이어의 모든 회전을 반복하는 다양한 힘을 차량에 가합니다.이러한 변화는 다양한 승차 장애의 원인입니다.타이어와 자동차 제조사 모두 차량의 동적 성능을 개선하기 위해 이러한 장애를 줄이려고 합니다.

타이어 균일성 매개 변수

측정 축

힘 변동 축

타이어 힘은 레이디얼, 횡방향 및 접선(또는 전방-후방)의 세 가지 축으로 나뉩니다.레이디얼 축은 타이어 중심에서 트레드 방향으로 이어지며, 타이어 중심에서 차량 방향으로 이어지는 수직 축입니다.이 축은 차량의 중량을 지지합니다.횡축은 트레드를 가로질러 옆으로 나갑니다.이 축은 차량의 타이어 마운팅 액슬과 평행합니다.접선 축은 타이어 이동 방향의 축입니다.

반지름 힘의 변동

주요 기사: 반경력 변화

반경 방향 힘이 차량을 지지하기 위해 위쪽으로 작용하는 힘인 경우, 반경 방향 힘의 변동은 타이어가 하중 하에서 회전할 때 이 힘의 변화를 설명합니다.타이어가 회전하고 스프링 상수가 서로 다른 스프링 요소가 접촉 영역에 들어오고 나갈 때 힘이 변합니다.완전히 매끄러운 도로에서 1,000파운드의 하중을 지탱하는 타이어를 생각해 보십시오.이 값에서 위아래로 힘이 변화하는 것이 일반적입니다.995파운드와 1003파운드 사이의 변동은 8파운드 반경력 변동(RFV)으로 특징지어진다.RFV는 피크 대 피크 값(최대값에서 최소값을 뺀 값) 또는 다음과 같은 고조파 값으로 나타낼 수 있습니다.

일부 타이어 제조업체는 최대 반경 방향 힘과 런아웃 위치(높은 지점)를 나타내기 위해 측벽에 빨간색 점을 표시합니다.노란색 점은 무게가 [1]최소인 점을 나타냅니다.점의 사용은 Technology Maintenance Council의 성능 표준 RP243에 명시되어 있습니다.이러한 변화를 보상하기 위해, 밸브 스템이 낮은 지점에 있다고 가정할 때, 또는 밸브 스템이 무거운 [2]지점에 있다고 가정할 때, 타이어는 밸브 스템 근처에 빨간색 점으로 설치해야 합니다.

고조파 분석

고조파형 분석

RFV와 다른 모든 힘 변동 측정은 복잡한 파형으로 표시할 수 있습니다.이 파형은 FT(Fourier Transform)를 적용하여 고조파에 따라 표현할 수 있습니다.FT를 사용하면 타이어 동적 거동의 다양한 측면을 매개 변수로 지정할 수 있습니다.RF1H(Radial force First Harmonic)로 표현되는 첫 번째 고조파는 각 회전마다 차량에 한 번씩 펄스를 가하는 힘의 변동 크기를 나타냅니다.RF2H는 회전당 두 번 펄스를 가하는 반지름 힘의 크기를 나타냅니다.이러한 고조파에는 이미 알려진 원인이 있으며 생산 문제를 진단하는 데 사용할 수 있습니다.예를 들어 8개의 세그먼트가 장착된 타이어 몰드는 열적으로 변형되어 8번째 고조파를 유도할 수 있으므로 RF8H가 높으면 몰드 섹터 분할 문제가 발생할 수 있습니다.RF1H는 승차 장애의 주요 원인이고 RF2H가 그 뒤를 따릅니다.하이 고조파는 고속도로 속도에서 타이어의 회전 속도에 고조파 값을 곱하면 다른 차량의 동적 조건에 의해 감쇠되거나 극복될 정도로 높은 주파수에서 교란이 발생하기 때문에 문제가 덜합니다.

횡력 변동

주요 기사: 횡력 변화

횡력이 타이어 차축을 따라 좌우로 작용하는 힘인 한, 횡력 변동은 타이어가 하중을 받으며 회전할 때의 이 힘의 변화를 설명한다.타이어가 회전하고 스프링 상수가 서로 다른 스프링 요소가 접촉 영역에 들어오고 나갈 때 횡력이 변화합니다.타이어가 회전할 때 약 25파운드 정도의 횡력을 발휘하여 스티어링이 한 방향으로 쏠릴 수 있습니다.이 값에서 위아래로 힘이 변화하는 것이 일반적입니다.22파운드와 26파운드 사이의 변화는 4파운드 횡력 변화(LFV)로 특징지어진다.LFV는 최대값에서 최소값을 뺀 값인 피크 대 피크 값 또는 위에서 설명한 모든 고조파 값으로 나타낼 수 있습니다.차량에 장착될 때 횡력이 양수일 수 있도록 횡력이 서명되어 차량이 좌측으로 쏠리거나 음수가 우측으로 쏠립니다.

접선력 변동

접선력이 이동 방향으로 작용하는 힘인 한, 접선력 변동은 타이어가 하중을 받으며 회전할 때 이 힘의 변화를 설명합니다.타이어가 회전하고 스프링 상수가 서로 다른 스프링 요소가 접촉 영역에 들어오고 나갈 때 접선력이 변화합니다.타이어가 회전할 때 높은 견인력을 발휘하여 차량을 가속하고 일정한 속도에서 속도를 유지합니다.정상 상태 조건에서는 힘이 이 값에서 위아래로 변화하는 것이 일반적입니다.이 변동은 TFV로 특징지어집니다.등속 시험 조건에서 TFV는 타이어의 롤링 반지름 변화로 인해 회전할 때마다 발생하는 작은 속도 변동으로 나타난다.

원뿔형

원뿔성은 횡력 거동에 기초한 파라미터입니다.타이어가 원뿔처럼 굴리는 경향을 나타내는 특징입니다.이러한 경향은 [3]차량의 스티어링 성능에 영향을 미칩니다.원뿔성을 판단하려면 횡력을 시계방향(LFCW)과 시계반대방향(LFCCW)으로 모두 측정해야 한다.CW 값과 CCW 값은 반대 부호를 가지고 있다는 점에 유의하여 원뿔성은 값의 2분의 1로 계산됩니다.콘시티는 실가동 테스트에서 중요한 파라미터입니다.많은 고성능 차량에서는 원뿔 효과가 서로 상쇄되고 스티어링 효과가 거의 없이 보다 부드러운 승차감을 창출하기 위해 원뿔성이 동일한 타이어가 차량의 좌우 측면에 장착됩니다.따라서 타이어 제조업체는 원뿔도를 측정하고 타이어를 동일한 값의 그룹으로 분류해야 합니다.

플라이스티어

플라이 스티어는 제로 슬립 각도로 앞으로 굴러가는 타이어의 카커스 비대칭으로 인해 발생하는 횡력을 의미하며 의사 사이드 [4]슬립이라고 할 수 있습니다.이는 보통 타이어가 직선 방향을 유지하면서 "crab walk" 또는 옆으로 움직이는 경향으로 묘사되는 특성이다.이러한 경향은 차량의 스티어링 성능에 영향을 미칩니다.플라이 스티어를 결정하기 위해 타이어가 앞뒤로 롤링할 때 발생하는 횡력을 측정한 후 프라이 스티어를 값의 1/2로 계산하여 값이 반대 부호임을 유의한다.

반지름 런아웃

RRO(Radial Run-out)는 완벽한 원에서 타이어의 라운드니스 편차를 나타냅니다.RRO는 피크 대 피크 값 및 고조파 값으로 나타낼 수 있습니다.RRO는 방사형 힘의 변동과 유사한 방식으로 차량에 여진을 가합니다.일부 타이어 제조업체는 왼쪽 어깨, 중앙 및 오른쪽 어깨의 세 가지 위치에서 RRO 측정을 채택했지만, RRO는 타이어 중심선 근처에서 가장 자주 측정됩니다.

일부 타이어 제조업체는 최대 반경 방향 힘과 [2]런아웃 위치를 나타내기 위해 측벽에 빨간색 점으로 표시합니다.

횡방향 런아웃

LRO(Lateral Runout)는 완벽한 평면에서 타이어 사이드월 편차를 나타냅니다.LRO는 피크 대 피크 값 및 고조파 값으로 나타낼 수 있습니다.LRO는 횡력 변동과 유사한 방식으로 차량에 여진을 가합니다.LRO는 트레드 숄더 근처의 상부 sidewall에서 가장 자주 측정됩니다.

사이드월 팽대부 및 움푹 패임

타이어가 금형에서 경화된 여러 구성 요소의 조립체이기 때문에 경화된 타이어가 불량 타이어로 분류되는 다양한 공정 유형이 있습니다.sidewall의 팽출 및 움푹 들어간 부분이 그러한 결함입니다.벌지는 타이어에 공기가 들어가면 팽창하는 사이드월 약점입니다.움푹 패인 곳은 주변과 같은 크기로 팽창하지 않는 강한 지점이다.둘 다 시각적 결함으로 간주됩니다.타이어는 생산 시 측정하여 과도한 시각적 결함이 있는 타이어를 식별합니다.또, 벌지는, 케이블의 누락 등, 안전상의 위험을 수반하는 구조상의 불량을 나타내는 경우가 있습니다.그 결과 타이어 제조사들은 부풀어 오른 타이어를 식별하기 위해 엄격한 검사 기준을 부과하고 있다.사이드월 벌지 및 움푹 패인 부분을 벌지 및 덴트, 울퉁불퉁한 사이드월이라고도 합니다.

타이어 균일성 측정기

타이어 균일성 기계는 위에서 설명한 타이어 균일성 매개변수를 자동으로 검사하는 특수 목적 기계입니다.타이어 핸들링, 척킹, 측정 림, 비드 윤활, 팽창, 로드 휠, 스핀들 구동, 힘 측정 및 지오메트리 측정을 포함한 여러 하위 시스템으로 구성됩니다.

타이어가 먼저 중앙에 배치되고 비드 영역이 윤활되어 측정 림에 부드럽게 장착됩니다.타이어는 테스트 스테이션에 인덱싱되어 하부 척에 놓입니다.상부 척은 상부 비드와 접촉하기 위해 하강합니다.타이어 공기압이 설정 지점까지 팽창됩니다.로드 휠이 전진하여 타이어와 접촉하고 설정된 하중력을 가합니다.스핀들 구동은 타이어를 테스트 속도까지 가속합니다.속도, 힘 및 압력이 안정되면 로드 셀은 타이어에 의해 로드 휠에 가해지는 힘을 측정합니다.힘 신호는 아날로그 회로에서 처리된 다음 분석하여 측정 파라미터를 추출합니다.타이어는 RFV 고점 각도, 양의 원뿔면 및 원뿔면 크기를 포함하는 다양한 표준에 따라 표시됩니다.

기타 유형의 균일성 기계

타이어 균일성 기계 제조사들 사이에는 수많은 변형과 혁신이 있습니다.타이어 균일성 기계의 표준 테스트 속도는 시간당 약 5마일인 표준 로드 휠의 60rpm입니다.고속 균일성 기계는 250km/h 이상의 연구개발 환경에서 사용됩니다.고속 균일성 기계도 생산 테스트를 위해 도입되었습니다.힘 변화 측정과 동적 균형 측정을 결합한 기계도 사용되고 있습니다.

타이어 균일성 보정

연삭 작업을 통해 타이어 균일성 기계에서 반경 및 횡력 변동을 줄일 수 있습니다.센터 그라인드 작업에서는 트레드 센터에 그라인더가 적용되어 RFV의 고점에서 고무를 제거합니다.상단 및 하단 트레드에는 도로 접촉 면적 또는 풋프린트의 크기와 그에 따른 힘의 변동을 줄이기 위해 숄더 그라인더가 적용되어 있습니다.상단 및 하단 연삭기를 독립적으로 제어하여 원뿔 값을 줄일 수 있습니다.과도한 방사형 런아웃을 보정하기 위해 그라인더도 사용됩니다.

불균형 림과 밸브 스템이 불완전한 [2]타이어를 보완하도록 타이어를 장착함으로써 타이어 변동의 영향을 줄일 수도 있습니다.

지오메트리 측정 시스템

방사형 런아웃, 횡방향 런아웃, 원뿔성 및 벌지 측정도 타이어 균일성 기계에서 수행됩니다.여러 세대의 측정 기술이 사용되고 있습니다.여기에는 접점 스타일러스, 정전식 센서, 고정점 레이저 센서 및 광시야 레이저 센서가 포함됩니다.

문의 스타일러스

컨택 스타일러스 기술은 터치 프로브를 이용해 타이어 표면이 회전할 때 주행합니다.아날로그 계측기는 프로브의 움직임을 감지하고 런아웃 파형을 기록합니다.방사형 런아웃을 측정하는 데 사용할 때 스타일러스는 트레드 패턴의 빈 공간을 가로지를 수 있는 넓은 면적의 패들에 장착됩니다.사이드월에서 측면 런아웃을 측정하는 데 사용할 때 스타일러스는 매우 좁은 부드러운 트랙에서 실행됩니다.컨택 스타일러스 방식은 초기 기술 중 하나이며 기계적 성능을 유지하기 위해 상당한 노력이 필요합니다.sidewall 영역의 관심 영역이 작기 때문에 sidewall의 다른 부분에서 sidewall 팽출 및 움푹 패인 부분을 식별하는 효과가 제한됩니다.

용량 센서

정전식 센서는 타이어와 센서 사이에 유전체 필드를 생성합니다.타이어와 센서 사이의 거리가 변화함에 따라 유전체 필드의 전압 및/또는 전류 특성이 변화합니다.아날로그 회로는 필드 변화를 측정하고 런아웃 파형을 기록하는 데 사용됩니다.용량성 센서는 매우 좁은 접점 스타일러스 방식에 비해 10mm 정도로 관심 영역이 넓습니다.정전식 센서 방법은 초기 기술 중 하나이며 신뢰성이 매우 높은 것으로 입증되었습니다. 그러나 측정 시 센서는 타이어 표면에 매우 가깝게 배치되어야 하므로 타이어와 센서 간의 충돌로 인해 장기적인 유지 관리 문제가 발생하였습니다.또한 일부 센서는 습기/습기에 매우 민감하여 잘못된 측정값으로 종료됩니다.10mm의 관심 영역은 벌지 측정이 타이어의 작은 부분으로 제한된다는 의미이기도 합니다.용량성 센서는 레이디얼 런아웃 측정 시 트레드 러그 사이의 공극의 영향을 제거하기 위해 보이드 필터링을 사용하고 사이드월에서 솟아오른 글자와 장식의 영향을 제거하기 위해 문자 필터링을 사용합니다.

고정점 레이저 센서

고정점 레이저 센서는 상기 방법의 대안으로 개발되었습니다.레이저는 좁은 트랙의 관심 영역과 타이어로부터의 큰 대기 거리를 결합합니다.더 큰 관심 영역을 커버하기 위해 sidewall의 여러 위치에서 판독치를 판독하는 기계식 포지셔닝 시스템이 사용되었습니다.고정점 레이저 센서는 레이디얼 런아웃 측정 시 트레드 러그 사이의 빈 공간을 제거하기 위해 보이드 필터링을 사용하고 사이드월에서 솟아오른 글자와 장식의 영향을 제거하기 위해 문자 필터링을 사용합니다.

광판 레이저 시스템

시트 오브 라이트 레이저 센서

시트 오브 라이트 레이저(SL) 시스템은 2003년에 도입되어 가장 강력하고 신뢰할 수 있는 런아웃, 벌지 및 압압 측정 방법으로 부상하고 있습니다.SL 센서는 레이저 포인트가 아닌 레이저 라인을 투사하여 매우 큰 관심 영역을 만듭니다.sidewall 센서는 비드 영역에서 트레드 숄더까지의 영역을 쉽게 커버할 수 있으며, 전체 sidewall에서 돌출 및 움푹 패인 결함이 있는지 검사할 수 있습니다.대형 방사형 센서는 전체 트레드 폭을 커버하기 위해 300mm 이상에 이를 수 있습니다.이를 통해 여러 트랙에서 RRO의 특성을 파악할 수 있습니다.또한 SL 센서는 타이어와의 충돌을 방지할 수 있을 만큼 충분히 큰 스탠드오프 거리를 특징으로 합니다.런아웃 측정에서 이러한 특성을 제거하기 위해 2차원 트레드 보이드 필터링 및 사이드월 문자 필터링도 사용됩니다.

레퍼런스

  1. ^ Mike Marvigian (April 2008). "Tire Match Mounting and Custom Wheel Handling" (PDF). Motor. Retrieved September 11, 2017.
  2. ^ a b c "Are you seeing dots? Those color-coded sidewall markings serve a purpose". Tire Business. Crain Communications. 2 September 2012. Retrieved September 9, 2017.
  3. ^ "AGCO Automotive Repair Service - Baton Rouge, LA - Detailed Auto Topics - Tire Conicity and Radial Pull". www.agcoauto.com. Retrieved 2018-08-16.
  4. ^ Pacejka, Hans B. (2006). Tyre and vehicle dynamics (2nd ed.). SAE International. p. 198. ISBN 978-0-7680-1702-1. ply steer is sometimes referred to as pseudo side slip.