WO2019132519A1

WO2019132519A1 - 타이어소음 저감장치

Info

Publication number: WO2019132519A1
Application number: PCT/KR2018/016681
Authority: WO
Inventors: 박자은; 백영인
Original assignee: 주식회사 팔
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2019-07-04
Also published as: KR101988641B1

Abstract

본 발명은 주행 중 타이어에서 발생하는 소음을 흡음해서 차량의 실내로 전달되는 것을 최소화할 수 있도록 형성된 타이어소음 저감장치에 관한 것이다. 본 발명은 차량의 구동축에 결합될 수 있는 허브와, 외곽 테두리를 형성하여 타이어가 결합되는 림 및 상기 허브와 림을 연결하는 스포크를 포함하는 자동차용 휠에 있어서, 상기 림의 외주면을 따라 연장되도록 설치되고, 내부에 에어챔버가 형성되어 있으며, 상기 에어챔버와 외부를 연통하는 공명홀이 형성된 공명관과, 차량의 주행 속도에 따라 상기 공명관의 공명홀의 개방 영역을 확장 또는 축소하기 위한 가변개폐부를 포함한다.

Description

타이어소음 저감장치

본 발명은 타이어소음 저감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주행 중 타이어에서 발생하는 소음을 흡음해서 실내로 전달되는 것을 최소화할 수 있도록 형성된 타이어소음 저감장치에 관한 것이다.

본 발명을 지원한 국가연구개발사업은 산업통상자원부 충남지역사업평가단의 지역특화산업육성(R&D) 주력산업기술개발사업으로서, 연구과제번호 R0006056, 타이어 Cavity 공명소음 저감 기술을 적용한 주파수 가변형 레조네이터 휠 개발 (Development of Frequency Resonator Wheel with tire cavity resonance noise reduction technology)이며, 주관기관인 주식회사 팔이 지원하였다.

일반적으로 자동차용 타이어는 내주면이 휠에 구성된 림의 내부에 결합되어 공기가 채워짐으로써 차체를 탄성적으로 지지하는 작용을 한다.

그리고 타이어는 차량의 주행도중 노면과 지속적인 마찰이 이루어지므로, 타이어의 내부에서는 소음이 발생할수 밖에 없으며, 타이어 소음은 많은 원인들로부터 기인한다. 예를 들어, 타이어 소음은 타이어와 도로 표면의 접촉에 의해 유발되는 타이어 변형으로부터의 내부 타이어 공기 챔버의 여진(excitation)에 의해 생성되는 저주파 쇼크웨이브들; 도로 접촉시 타이어의 변형에 의해 유발되는 공기 챔버 여진에 기인한 저주파 타이어 구조 링잉(ringing); 트레드(tread)와 도로 표면 사이에 임시로 잡혀진 공기에 의해 유발되는 고주파 외부 트레드 공기 압축 및 타이어와 도로 표면 사이의 마찰에 의해 유발되는 고주파 접촉 스크럽(scrub)으로부터 유발된다.

이러한 소음은 타이어의 내면과 림의 사이에서 반사되어 공명현상을 일으키는 원인이 되고, 이윽고 차실 내부로 날카로운 피크를 가지는 음이 전달되어 운전자가 소음에 의한 불쾌감을 느끼는 원인이 되었을 뿐만 아니라, 지속적인 소음에 따라 승차감이 떨어지는 원인이 되었다.

이러한 문제 해결을 위해 대한민국 공개특허공보 10-2006-0044653호에는 림에 중공 챔버를 형성하여 소음을 차단한 기술이 개시되어 있다. 림과 스포크에 중공을 형성하는 기술은 상기 선행문헌 외에도 대한민국 공개특허공보 1999-0062973호, 공개특허공보 10-2013-0044465호 등에 개시되어 있는데, 상기와 같은 중공챔버를 형성하는 방법은 흡음 효과가 만족스럽지 못한 문제점이 있다.

또 다른 선행기술로 대한민국 공개특허공보 10-2007-0053386호에는 림에 중공챔버를 형성하고 이에 알루미늄발포코어를 충진하여 소음 및 진동을 흡수하는 기술이 제안되어 있다. 림과 스포크에도 중공을 형성 하고 이에 발포코어를 충진하는 기술은 이 외에도 대한민국 공개특허공보 10-2001-0072401 등에 개시 되어 있는데, 상기와 같은 림과 스포크에도 중공을 형성하고 이에 발포코어를 충진하는 기술은 흡음 효과는 비교적 훌륭하지만 제작비용이 비싸 가성비가 낮은 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 공명기를 통해 차량의 주행중 타이어에서 발생하는 소음을 저감할 수 있으며, 종래의 휠에 추가로 장착하여 전용 휠 제작에 따른 비용 부담 및 제작부담을 최소화할 수 있는 타이어소음 저감장치을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 타이어소음 저감장치는 차량의 구동축에 결합될 수 있는 허브와, 외곽 테두리를 형성하여 타이어가 결합되는 림 및 상기 허브와 림을 연결하는 스포크를 포함하는 자동차용 휠에 있어서, 상기 림의 외주면을 따라 연장되도록 설치되고, 내부에 에어챔버가 형성되어 있으며, 상기 에어챔버와 외부를 연통하는 공명홀이 형성된 공명관과, 차량의 주행 속도에 따라 상기 공명관의 공명홀의 개방 영역을 확장 또는 축소하기 위한 가변개폐부를 포함한다.

상기 공명관은 상기 공명홀로부터 상기 공명관의 내부 에어챔버측으로 소정길이 연장되어 있는 연장튜브가 형성되어 있으며, 상기 연장튜브에는 일측에 에어챔버와 연장튜브의 중공부를 연통하기 위한 연통홀이 형성되어 있고, 상기 가변개폐부는 상기 연장튜브를 따라 상하로 승강 가능하게 설치되어 상기 연통홀을 개방 또는 폐쇄하는 개폐부재와, 일단이 상기 공명관에 지지되고 타단이 상기 개폐부재에 지지되어 상기 개폐부재를 탄력지지하는 탄성부재를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 개폐부재는 휠의 회전시 발생하는 원심력에 의해 휠의 회전중심을 기준으로 방사상의 방향을 따라 외곽으로 이동하면서 상기 연통홀을 개방 또는 폐쇄하도록 형성되며, 상기 탄성부재는 상기 원심력의 작용 방향과 대향되는 방향으로 힘이 작용하여 상기 개폐부재가 초기 위치로 복귀하도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 공명관은 복수개의 단위공명관이 상기 림의 외주면 원주방향을 따라 상호 연결되어 상기 림을 감싸도록 체결되며, 상기 복수개의 단위공명관 중 일부는 차량의 주행속도의 증가에 따라 상기 연통홀의 개구면적이 증가하도록 형성되고, 나머지 단위공명관은 차량의 주행속도가 증가함에 따라 상기 연통홀의 개구면적이 작아지도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 연통홀은 림과 인접하는 연장튜브의 하부측으로부터 연장튜브의 상부측으로 연장될수록 폭이 점점 작아지도록 형성될 수 있다.

본 발명의 타이어소음 저감장치는 휠에 부착되는 공명기를 통해 차량의 주행 중 노면에서 발생하는 소음을 획기적으로 저감하여 차량의 주행성능을 개선할 수 있다.

아울러 휠에 탈부착 가능하도록 공명기가 부착될 수 있는 구조이므로 휠의 교체시 공명기만을 별도로 탈거해 재장착하여 공명기의 설치 및 구입에 따른 비용 부담을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 타이어소음 저감장치의 일 실시예의 사시도,

도 2는 본 발명의 타이어소음 저감장치의 공명관 및 공명관체결부를 도시한 분리사시도,

도 3은 공명관의 내부를 도시한 부분절단 사시도,

도 4는 공명관을 A-A' 방향으로 절단한 단면도,

도 5는 공명관을 B-B' 방향으로 절단한 단면도,

도 6은 제1 공명관 및 제2 공명관의 단면을 각각 도시한 단면도,

도 7은 연통홀의 다른 실시예를 도시한 사시도,

도 8은 공명관체결부의 체결와이어 및 와이어연결부재를 확대도시한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 타이어소음 저감장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도면을 참조하면, 본 발명의 타이어소음 저감장치(10)는 차량의 구동축에 결합되는 허브(11)와, 외곽 테두리를 형성하는 림(13) 및 허브(11)와 림(13)을 연결하는 스포크(120)를 포함하는 기본적인 휠에 장착되는 것으로, 상기 림(13)에 설치되는 공명관(100)과, 공명관(100)의 공명홀(130)의 개방영역을 확장 또는 축소하기 위한 가변개폐부(200)를 포함한다.

상기 공명관(100)은 복수개의 단위공명관(110)들이 공명관체결부(300)에 의해 상호 체결되어 형성된다.

상기 단위공명관(110)들은 림(13)의 외주면 형상에 대응하도록 곡면 형상으로 형성되어 있으며, 공명관체결부(300)에 의해 림(13)에 밀착 결합될 수 있도록 형성되어 있다. 아울러 단위공명관(110)들은 내부에 각각 에어챔버(120)가 형성되어 있으며, 외주면에는 에어챔버(120)와 연통되어 공기의 유출입이 가능하도록 공명홀(130)이 형성되어 있다.

상기 공명홀(130)에는 단위공명관(110)의 내부로 즉, 에어챔버(120) 측으로 연장되는 연장튜브(140)가 연결되어 있고, 이 연장튜브(140)에 각각 에어챔버(120)와 연장튜브(140)의 내부를 연통하기 위한 연통홀(150)이 형성되어 있다. 따라서 에어챔버(120) 내부의 공기는 연통홀(150)을 통해 연장튜브(140)의 중공으로 이동하고 공명홀(130)을 통해 단위공명관(110)의 외부로 배출될 수 있으며, 반대 경로를 통해 단위공명관(110)의 내부로 공기가 유입될 수도 있다.

이와 같이 공기의 유출입이 가능한 공명공간이 마련되는 공명관(100)에 의해 주행 중 발생하는 소음을 흡음할 수 있다.

상기 가변개폐부(200)는 연장튜브(140)를 따라 상하로 승강 가능하게 설치되어 상기 연통홀(150)을 개방 또는 폐쇄하는 개폐부재(210)와, 일단이 상기 공명관(100)에 지지되고 타단이 상기 개폐부재(210)에 지지되어 상기 개폐부재(210)를 탄력지지하는 탄성부재(220)를 포함한다.

개폐부재(210)는 원형의 링 형상으로 형성되어 탄성부재(220)를 지지하는 지지판(211)과, 상기 지지판(211)의 내주면으로부터 연장튜브(140)의 외주면을 따라 소정길이 연장되어 상기 연통홀(150)을 가릴 수 있도록 된 가림판(212)을 구비한다.

탄성부재(220)는 압축스프링이 적용되었으며 상기 연장튜브(140)를 감싸는 형태로 설치되고 일단이 상기 단위공명관(110)의 상부면 내측에 연결되고, 타단이 상기 개폐부재(210)의 지지판(211)에 연결되어 있으며, 상기 개폐부재(210)를 휠의 회전중심방향을 향해 탄력지지하게 된다.

탄성부재(220)는 압축스프링이 적용되며, 외력이 작용하지 않을 때에는 개폐부재(210)를 공명관(100)의 내부면측 즉, 림(13)을 향하는 방향으로 가압한다.

차량이 주행을 시작하면 휠이 회전하면서 원심력이 작용하게 되며, 이 원심력에 의해 상기 개폐부재(210)는 연장튜브(140)를 따라 림(13)에서 멀어지는 방향으로 이동하게 된다. 원심력의 크기가 스프링의 탄성력보다 커지면 개폐부재(210)가 이동하면서 연통홀(150)의 개방 영역이 가변된다.

본 발명의 가변개폐부(200)는 차량의 주행 속도에 따라 연통홀(150)의 개방영역의 크기를 조절하여 흡음효과를 극대화할 수 있도록 형성된 것이다. 연통홀(150)의 크기가 일정하면, 특정 속도에서는 흡음효과가 크지만 해당 속도를 벗어난 주행상태에서는 흡음효과가 떨어질 수밖에 없다. 따라서 주행속도에 따라 연통홀(150)의 개방영역을 가변하여 흡음효과가 전 주행속도에서 모두 우수하게 나타날 수 있다.

본 실시예의 경우 네 개의 단위공명관(110)들이 설치되는데, 이 중 두 개의 단위공명관(110)은 증가하는 주파수 특성을 따라갈 수 있으며, 나머지 두 개의 단위공명관(110)은 감속하는 주파수 특성을 따라간다.

도 6의 (a)에 도시되어 있는 것처럼 두 개의 단위공명관(111; 이하 '제1 단위공명관'이라 함)은 원심력에 의해 개폐부재(210)가 제1 단위공명관(111)의 외주면 측으로 이동함에 따라 연통홀(150)의 크기가 확장되는 양상을 보이도록 연통홀(150)이 연장튜브(140)의 하부측에 형성되어 있다.

아울러 도 6의 (b)에 도시된 것과 같이 나머지 두 개의 단위공명관(112; 이하 '제2 단위공명관(112)'이라 함)은 연통홀(150)이 공명홀(130)과 인접한 위치에 형성되어 있어서, 원심력에 의해 개폐관이 제2 단위공명관(112)의 외주면 측으로 이동함에 따라 연통홀(150)의 크기가 작아지는 양상을 보이게 된다.

이렇게 제1 단위공명관(111)과 제2 단위공명관(112)은 각각 연통홀(150)의 형성 위치가 달라, 차량의 주행속도의 증가시 연통홀(150)의 개방영역이 확장하거나 작아지도록 형성되어 증가하는 주파수와 감소하는 주파수의 특성을 모두 따라갈 수 있어 흡음효과를 극대화한다.

또한 도 7에 도시된 바와 같이 상기 연통홀(150)은 하부에서 상부로 연장될수록 폭이 점점 작아지도록 형성될 수도 있다.

상기 개폐부재(210)는 자동차의 속도가 증가하면 속도의 제곱형태로 원심력이 작용하기 때문에 연통홀(150)의 폭이 일정한 경우 차량의 속도가 증가할수록 개방영역이 지나치게 확장되어 자동차의 속도와 선형적으로 분리되는 주파수 특성을 추종하기 어렵다. 따라서 도시된 것처럼 연통홀(150)이 하부에서 상부로 연장될수록 폭이 점점 좁아지는 형상이 되도록 함으로써 개폐부재(210)의 상승에 따른 개방영역이 선형적으로 증가하도록 하는 것이 바람직하다.

도 8을 참조하면 상기 단위공명관(110)들은 공명관체결부(300)에 의해 림(13)에 밀착결합이 이루어진다.

공명관체결부(300)는 단위공명관(110)들을 둘러 감쌀 수 있도록 림(13)의 원주방향을 연장되는 체결와이어(310)와, 체결와이어(310)의 양단부를 상호 연결하는 와이어연결부재(320)를 포함한다.

상기 체결와이어(310)는 단위공명관(110)의 외주면에 형성되는 와이어장착홈에 끼워지기 때문에 체결와이어(310)가 단위공명관(110)들로부터 이탈하지 않는다.

와이어연결부재(320)는 체결와이어(310)의 일단과 타단을 각각 연결하는 인장스프링으로, 와이어연결부재(320)를 당긴 상태로 체결와이어(310)의 양단을 연결하면 체결와이어(310)에 장력이 걸리게 되며 단위공명관(110)들이 림(13)에 밀착된 상태를 유지하도록 힘을 가한다.

반복되는 사용에 의해 체결와이어(310)가 다소 신장되더라도 와이어연결부재(320)에 의해 장력이 일정수준으로 유지되어 상기 단위공명관(110)들이 림(13)에 밀착된 상태를 유지할 수 있다.

아울러 상기 공명관체결부(300)는 짝수개로 설치되는 것이 바람직하다. 본 실시예의 경우 두 개의 체결와이어(310)가 단위공명관(110)의 폭방향을 따라 소정거리 이격되어 나란하게 연장되도록 형성되어 있다. 그리고 와이어연결부재(320)는 각각 180°간격으로 설치되어 있어서 와이어연결부재(320)에 의한 질량불균형이 발생하지 않도록 한다.

본 실시예에서는 공명관체결부(300)가 두 개가 설치되었으나, 네 개의 공명관체결부(300)가 설치되고 각각의 공명관체결부(300)의 와이어연결부재(320)들이 90°간격으로 이격되어 위치하도록 설치할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 타이어소음 저감장치(10)은 공명관(100)이 경명관체결부에 의해 림(13)에 탈부착 가능하게 결합되므로, 타이어의 교체와 관계없이 공명관(100) 구조를 유지할 수 있으며, 휠을 교체할 경우 공명관(100)을 탈거했다가 새로운 휠에 부착할 수 있다.

아울러 차량의 속도에 따라 연통홀(150)의 크기가 가변됨에 따라 전 속도영역에서 흡음효과가 우수하게 나타난다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 자동차의 휠 제조분야에 이용될 수 있다.

Claims

차량의 구동축에 결합될 수 있는 허브와, 외곽 테두리를 형성하여 타이어가 결합되는 림 및 상기 허브와 림을 연결하는 스포크를 포함하는 자동차용 휠에 있어서,

상기 림의 외주면을 따라 연장되도록 설치되고, 내부에 에어챔버가 형성되어 있으며, 상기 에어챔버와 외부를 연통하는 공명홀이 형성된 공명관과;

차량의 주행 속도에 따라 상기 공명관의 공명홀의 개방 영역을 확장 또는 축소하기 위한 가변개폐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어소음 저감장치.
제 1항에 있어서,

상기 공명관은 상기 공명홀로부터 상기 공명관의 내부 에어챔버측으로 소정길이 연장되어 있는 연장튜브가 형성되어 있으며,

상기 연장튜브에는 일측에 에어챔버와 연장튜브의 중공부를 연통하기 위한 연통홀이 형성되어 있고,

상기 가변개폐부는 상기 연장튜브를 따라 상하로 승강 가능하게 설치되어 상기 연통홀을 개방 또는 폐쇄하는 개폐부재와,

일단이 상기 공명관에 지지되고 타단이 상기 개폐부재에 지지되어 상기 개폐부재를 탄력지지하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어소음 저감장치.
제 2항에 있어서,

상기 개폐부재는 휠의 회전시 발생하는 원심력에 의해 휠의 회전중심을 기준으로 방사상의 방향을 따라 외곽으로 이동하면서 상기 연통홀을 개방 또는 폐쇄하도록 형성되며,

상기 탄성부재는 상기 원심력의 작용 방향과 대향되는 방향으로 힘이 작용하여 상기 개폐부재가 초기 위치로 복귀하도록 형성된 것을 특징으로 하는 타이어소음 저감장치.
제 3항에 있어서,

상기 공명관은 복수개의 단위공명관이 상기 림의 외주면 원주방향을 따라 상호 연결되어 상기 림을 감싸도록 체결되며,

상기 복수개의 단위공명관 중 일부는 차량의 주행속도의 증가에 따라 상기 연통홀의 개구면적이 증가하도록 형성되고,

나머지 단위공명관은 차량의 주행속도가 증가함에 따라 상기 연통홀의 개구면적이 작아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 타이어소음 저감장치.
제 4항에 있어서,

상기 연통홀은 림과 인접하는 연장튜브의 하부측으로부터 연장튜브의 상부측으로 연장될수록 폭이 점점 작아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 타이어소음 저감장치.