최근 들어 타이어/노면 소음을 저감하기 위한 다양한 포장공법들에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 저소음 포장공법들을 개발하고자 하는 이유는 도로소음이 고속주행일 경우 도로노면과 타이어에서 발생하는 소음이 지배적이기 때문이다. 대부분의 저소음 포장공법의 핵심연구는 타이어/노면 소음이 노면의 미세조직 및 거시조직의 특성에 영향을 받는다는 점을 고려하여 표층 골재의 입도, 혹은 인위적인 노면조직에 대한 소음을 작게 발생하게 하는 것이다. 이러한 연구에서 어려운 점은 특정한 노면조직 혹은 포장공법에서의 타이어/노면 소음을 평가하기 위해 도로를 건설하고 차량을 주행시켜야 하기 때문에 비용과 시간의 제약을 받는다는 점이다. 따라서 이러한 난점을 극복하고, 다양한 노면조직에서의 소음을 저비용, 단시간에 평가하기 위하여 본 연구에서는 타이어/노면 소음재현장비를 개발하였고, 무타이닝 및 횡방향타이닝 포장에 대하여 타이어/노면 소음을 재현 및 측정을 통하여 개발한 장비의 신뢰성을 검증하였다.
포장파손과 IRI 등의 요소들은 포장상태를 평가하는 중요한 요소이다. 최근 들어 주행쾌적성에 영향을 주는 타이어-노면소음을 포장관리 시스템에 포함시키는 필요성이 대두되고 있다. PLP(Portable Laser Profiler)를 이용하여 주행 중 노면조직특성인 평균프로파일깊이(MPD)를 측정할 수 있는 기법이 개발되었다. 일반적으로 타이어-노면소음은 노면조직특성에 따라 다르게 발생하며, 타이어-노면소음을 예측하는 유용한 정보로 사용할 수 있다. 본 연구에서는 아스팔트 구간의 노면조직특성에 따른 타이어-노면소음을 평가하기 위해 다수의 아스팔트 구간에서 MPD와 타이어-노면소음을 동시에 측정하여 데이터를 획득하였으며, 통계학적 분석을 통해 타이어-노면소음 추정식을 제안하였다.
자동차에서 발생되는 소음은 여러 가지 발생원으로부터의 복합적인 것으로서 차량의 속도가 고속화하면서 타이어 소음의 기여도가 매우 커지는 것으로 알려져 있다. 타이어 소음은 근본적으로 노면과 타이어의 상호작용에 의하여 발생되는 데 타이어/노면의 상호작용에 영향을 미치는 인자로는 마모상태, 차량속도, 하중, 공기압, carcass 구조, 타이어 온도등 여러 가지가 있으나 tread 모양과 노면의 상태에 가장 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 승용차용 155SR13 radial 타이어를 대상으로 하여 실내에 설치된 dynamometer를 이용하여 groove 의 개수, groove 길이, groove 폭, groove 깊이, groove 방향 등 트레드 패턴 인자가 발생소음에 미치는 기여도를 실험적으로 측정하고 트레드 패턴형상에 따른 소음도를 예측할 수 있는 실험식을 구했다. 또한 단일 groove 내에서 발생되는 소음의 시간신호를 측정하여 모델화하고 차량속도와 groove 사이의 간격에 따른 시간신호를 합성하고 이 신호로부터 FFT 알고리듬을 통해 소음 spectrum을 구하는 소음 예측 프로그램을 개발하였다. 비교적 단순한 tread 패턴에 대해 이를 적용한 결과 실험적으로 구한 spectrum과 상당히 유사함을 볼 수 있었다.
차량이 도로를 달리는데 있어서 절대적으로 꼭 필요한 타이어의 기능으로는 자동차의 하중을 지탱하고 자동차의 방향 전환 유지와, 노면 충격을 흡수 완화하며, 엔진의 구동력과 브레이킹 시 제동력을 노면에 전달하는 등의 기능이 있다. 이런 기능을 수행함에 있어 타이어의 상태는 안전과 직결된다고 볼 수 있다. 주행 중 운전자가 아무리 운전을 잘한다고 하더라도 타이어의 불량으로 인한 사고를 방지할 수는 없다. 자동차의 주행 안정성을 위한 타이어의 문제 중 타이어의 편마모는 운전자의 운전습관과 휠 얼라이먼트의 이상 등으로 타이어의 특정 부위가 마모되는 증상을 일컫는데, 현재까지 점검 방법으로는 정비사가 타이어를 눈과 손으로 점검하여 판단하고 있어서 점검하는 기준이 주관적이며, 정확하게 검증할 수 없는 것이 현실이다. 이에 본 논문에서는 현실의 애매모호한 주관적인 검증기준의 단점을 보완하고자 타이어의 실제 이미지를 디지털 영상처리 기법을 사용하여 각 타이어의 마모 정도를 체크하여 편마모를 객관적으로 점검할 수 있는 시스템을 설계하고자 한다.
자동차의 타이어는 자체의 하중을 지지하고 구동력과 제동력을 노면에 전달 한 뿐만 아니라 노면으로부터 받는 충격을 완화하며 자동차의 진행 반행을 전환, 유지하는 등 자동차에 아주 중요한 역할을 담당하는 부품이다. 하지만 이러한 타이어에 약간의 이상이 발생을 하더라도 운전자 및 동승자의 안전을 영향이 있는 중요한 부품 중의 하나이다. 타이어의 문제는 여러 가지가 있을 수 있지만 일반적으로는 일반 마모와 이상마모로 두가지로 나뉠 것이다. 일반적인 마모는 자동차 주행 중의 마모로 적당한 주행거리에 교체 하면된다 하지만 이상마모는 일반적인 마모와 달리 각 타이어가 따로 마모가 되거나 타이어 일부분이 마모가 되는 것이다. 현재까지 이상마모를 점검하는 방법으로는 정비사가 타이어를 눈과 손으로 점검하여 편마모인지 아닌지를 판단을 하고 있기 때문에, 하지만 편마모인지 아닌지를 점검하는 기준이 다르고 타이어 마다 틀려 운전자는 애매모호한 기준에 당황 할 수밖에 없다. 그래서 본 논문에서는 이러한 단점을 보완 하고자 복 수개의 레이저 센서를 이용하여 각 타이어 마다 인지 아닌지를 체크 하는 시스템을 설계하여 주관적인 판단을 극복하고 객관적이고 정확한 판단을 내릴 것이다.
본 연구에서는 노면에서 생성된 타이어 마모입자가 강우 강도에 따라 환경 구획별로 이동하는 양을 예측하고자, 도로 노면에서 타이어 마모입자의 샘플 포집과 정량화 분석 연구를 수행했다. 샘플 포집은 3일 평균 강우(0-60 mm/day) 발생 후 도로 노면이 완전히 건조된 2일 후, 도로 노면에 남아있는 타이어 마모입자의 샘플을 포집했다. 포집된 샘플은 크기와 밀도 분리를 통해 타이어 마모입자만을 분리했고, 강우가 없는 날(0 mm/day)의 타이어 마모입자 60.2 g 값을 기준으로 강우 이후 노면에 남아있는 타이어 마모입자의 함량의 차이를 산출하면, 강우 강도에 따라 0-49.4 g의 타이어 마모입자가 환경 구획으로 이동할 수 있는 것으로 확인했다. 또한, 강우 강도가 60 mm/day 일 때 5 mm/day와 비교해 타이어 마모입자의 환경 구획별 이동하는 양이 3.75배 높음을 확인했고, 선행 연구 결과를 활용하여 연간 국내 도로 환경에서 강우에 의해 환경 구획으로 이동 가능한 타이어 마모입자의 총량은 9,592 ton이며, 이 중 288 ton이 해양 미세플라스틱으로 영향을 줄 수 있다는 연구 결과를 도출했다. 단, 본 연구는 한정적 공간과 예측된 결과란 한계가 있으나, 타이어 마모입자의 저감을 위해서 국내 도로 환경과 하수 처리시스템 개선의 필요성을 언급하고자 한다. 향후 본 연구 결과의 검증을 위해 실제 환경 구획에서 샘플 포집과 타이어 마모입자의 농도 분석 연구를 수행할 계획이다.
타이어의 실노면상에서의 트랙션성능을 측정, 평가하는것은 자동차의 발진, 가속, 제동 및 시회성능의 점으로브터 중요하면 이것을 측정하기 위해서 타이어 트랙션시험차를 개발했다. 이시험차는 타이어의트랙션성능을 미끄럼율과제동, 구동계수의 관계, 횡화각과 사이드포오스계수, 어라이닝토루크의 관계로 측정되는 특장을 갖는다. 이시험차를 이용해서, 건조및 습윤아스팔트노상과 설노상에서의 트랙션성능에 대한 타이어트랫드의 기본적 페턴의영향을 측정한 결과, 다음과 같은 지견을 얻었다. (1)도로의 상태의 상위에 의한 타이어트랙션 성능은 건조상태에선 습윤상태보다 크며 노설상에선 전양자보다 훨씬 작다. (2)트랫드의 종방향의 구본수의 영향에 대해선 여하한 노면상태에서든 구본수가 증가한만큼 트랙션성능은 증가하나 어느구본수에선 포화하는 경향이 있다. (3)설노상에서의 트랫드의 구각도에 대해서는 구의각도가 타이어의 진행방향에 대해서 직각의 페턴이 좋다고 할 수 있다.
자동차의 하중을 지탱하고 자동차의 방향 전환 유지와 노면 충격을 흡수 완화하며, 엔진의 구동력과 브레이크 작동 시 제동력을 노면에 전달하는 등의 기능을 수행하는 타이어의 상태는 안전과 직결되어 있다고 볼 수 있다. 주행 중 타이어의 불량으로 인한 사고는 무시할 수 없는 부분을 차지한다. 타이어의 편마모는 주행 안전성을 위한 타이어의 문제 중 하나로 운전자의 운전습관과 휠얼라이먼트의 이상 등으로 타이어의 특정 부위가 마모되는 증상을 말하는데, 객관적으로 정확하게 검증할 수 있는 측정방법이 없는 것이 현실이다. 본 논문에서는 현실의 주관적인 검증기준의 단점을 보완하고 키넥트 센서를 이용하여 각 타이어의 마모 정도를 체크하여 편마모를 객관적으로 검증할 수 있는 시스템을 설계하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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