Intro. 영화속미래 (1989 년작품속 2015 년미래 ) 1

동역학관점에서바라본 타이어개발 Process 현재와미래 2017 년 5 월 31 일 연구기술본부 시험평가담당 동역학 NVH 팀 0

Intro. 영화속미래 (1989 년작품속 2015 년미래 ) 1

Intro. 1 타이어의변천 운송수단의요구와생산기술의발전에따라고대의통나무부터현대의패턴이적용된 Radial 타이어까지타이어는진화중 미래의타이어는 IT와융합된형태로자가진단을통한복구, 변형등의기능이추가되고, 네트워크에연결되어운전자와차량에게타이어및차량에정보를전달하는체계를갖출것으로예상 나무를원형으로제작한바퀴 ( 기원전 2600) 바퀴살과테두리에철을두른바퀴 ( 로마시대 ) 철바퀴살과고무를두른바퀴 (1835) 공기압주입타이어 (1888, 던롭 ) 튜브리스타이어 (1947, BF 굿리치 )? Radial 타이어 (1948, 미쉐린 ) 현재제조법확립 미래타이어 2

Intro. 2 미래자동차기술 3

Intro. 3 미래타이어기술 고안전타이어기술 지능화타이어기술 Runflat tire Airless tire 친환경타이어기술 Nail pull-in Nail out Sealant tire Self-sealing 4

1. 금호타이어 1 금호타이어 KUMHO TIRE, CO,. Ltd. 창립일 : 1960. 09. 05 증권상장 : 한국증권거래소 (KRX) : 2005년 런던증권거래소 (LSE) : 2005년 연결매출 (`15) : 3조 404억원 수출지역 : 180개국가 임직원수 : 10,973 명 국내 : 4,940 명 국외 : 6,033 명 5

1. 금호타이어 2 금호타이어 Global Networks 법인 : 9 연구소 : 5 공장 : 8 지사 : 16 북미 유럽 아시아 미국 독일 대한민국 터키 미국법인 ( 아틀란타 ) 유럽본부 서울사무소 이스탄불지사 미국기술연구소 ( 애크런 ) 유럽기술연구소 ( 프랑크프루트 ) 중앙연구소 ( 용인 ) 아랍에미리트 조지아공장 프랑스 광주공장 두바이지사 캐나다 프랑스법인 곡성공장 말레이시아 캐나다법인 ( 미시소가 ) 영국 평택공장 쿠알라룸푸르지사 영국법인 퍼포먼스센터 ( 광주 ) 사우디아라비아 오스트리아 중국 제다지사 비엔나지점 중국본부 ( 상하이 ) 이탈리아 중국기술연구소 ( 천진 ) 밀라노지점 장춘공장 스페인 남경공장 마드리드지점 천진공장 남미 멕시코멕시코법인칠레산티아고지사브라질상파울루지사파나마파나마지사 러시아모스크바사무소 아프리카 남아프리카공화국요하네스버그지사이집트카이로지사 베트남베트남법인베트남공장 ( 빈즈엉성 ) 일본일본법인 ( 동경 ) 싱가포르싱가포르지사태국방콕지사 오세아니아 호주호주법인 6

1. 금호타이어 3 금호타이어 Global Plants 광주공장 (1974~) 장춘공장 (2007~) 베트남공장 (2008~) 조지아공장 (2016~) 글로벌연간 Capa. (2015 년기준 / 단위 : 본 ) 곡성공장 (1989~) 평택공장 (2003~) 천진공장 (2006~) 남경공장 (1996~) 제품 한국 중국 기타 계 PCR/LTR 30,800,000 28,100,000 3,300,000 62,200,000 TBR 2,400,000 400,000-2,800,000 계 33,200,000 28,500,000 3,300,000 65,000,000 (%) (51.1 %) (43.8 %) (5.1 %) (100 %) * 조지아공장예상연간 Capa. : 4,000,000 본 7

1. 금호타이어 4 금호타이어 Global R&D Network Yongin, Korea Since 2013 ~ Employee : 380 Area : 34,873 m2 R&D Center (KRDC) Responsible for driving innovation to develop new products and technologies for global customer Gwangju, Korea Since : 1981 Employee : 135 Area : 29,752m 2 Gokseong, Korea Since : 1989 Employee : 35 Area : 253,770m 2 Product Industrialization Indoor test & Outdoor test at Gokseong P/G Total Employees : 730 - Researcher : 504 - Assistant Researcher : 226 Frankfurt, Germany Since : 2012(1997, GBR) Employee : 21 Area : 850m 2 Contact window of EU customers New Product outdoor testing in Europe Market and technical information gathering Tianjin, China Since : 2006 Employee : 147 Area : 22,000m 2 Technical support for plants in China RE tire development for Chinese market In/Outdoor test Technical support for Macon plant Contact window of N/A customers New Product outdoor testing in N/A Market and technical information gathering 8

2. 타이어기본상식 1 타이어의기능 차체의하중을지지하고진동을흡수 주행경로를유지하고변경을위하여구동및제동, 선회하는힘을노면으로전달 9

2. 타이어기본상식 2 타이어의요구특성 운전중안전과주행성능, 주행중안락감및친환경특성이좋은타이어를결정 각특성은서로 Trade off 경향을갖고있어, 사용조건과목적에맞게각각특성을최적화해야함 각대륙및국가별로주요성능에대한기준을정립한 Labeling제도가있고이를통해판매규제및소비자에게알권리를제공 내구성 운전자의안전과직결 굴신에의한내피로성이강해야함 패턴마모에대한내구성이강해야함 Ride & Handling 차량의주행성능을결정 신속정확한방향전환이되도록강성확보 서스팬션과매칭을통해차량진동감소 NVH 차량주행중타이어진동소음 요철노면의충격을흡수 노면접지, 공기유동에의한타이어에서발생소음이작아야함 견인력 차량의구동및제동성능결정 사용환경에따라마른노면, 젖은노면, 눈길견인특성을강화 노면과의마찰특성을 ABS 로직과잘맞도록설계가필요 친환경 환경문제대두로친환경성능요구 구름저항감소를통한차량연비개선 구동축 Moment of Inertia 를줄이기위하여저중량설계기술필요 라벨링제도 타이어성능을객관화 유럽은연비, Wet Grip, 방사소음을관리하고규제중 한국은연비와 Wet Grip 표시 10

2. 타이어기본상식 3 타이어의구조 PCR / TBR 1 트레드 (Tread) 노면과접촉하는부분으로제동, 구동에필요한마찰력발생. 2 캡플라이 (Cap PLY) 레디얼타이어의 BELT 위에위치한특수 CORD 로주행시벨트의움직임을최소화하여내구성을확보 3 벨트 (Belt) Steel Wire 로구성되며외부의충격을완화시키는것은물론 Tread 접지면을넓게유지하여주행안정성도모 4 바디플라이 (Carcass) 타이어의내부의 Cord 층으로하중을지지하는인체골격과같은역할 5 인너라이너 (Inner Liner) 튜브대신타이어의안쪽에위치하고있는것으로공기누출방지 6 사이드월 (Side Wall) 숄더아랫부분부터비드사이의고무층을말하며내부의카카스보호 7 에이펙스 (Apex) BEAD 의분산을최소화하고외부의충격을완화하여 BEAD 를보호하며성형시 AIR 入을방지하기위하여사용하는삼각형태의고무충진재 8 비드와이어 (Bead Wire) Steel Wire 에고무를피복한사각또는육각형태의 Wire Bundle 로 TIRE 를 RIM 에안착및고정역할 1 전반적인구조는 PCR과유사함. 2 RADIAL구조와튜브리스의구조로형성됨 3 PCR 구조와상이하게 Cap Ply 없음. 4 고하중을견딜수있도록카카스는스틸코드를사용하고벨트를 3장 / 4 장이상사용함 11

2. 타이어기본상식 4 타이어의요소별구조 - PCR Tread & 패턴의기능 Tread 의기능지면과접촉하는부분으로써자동차의구 / 제동력을노면에전달하는기능 Tread 의주요요구특성 - 내마모성 - 내 Cutting 성 - 내 Crack 성 - 저연비성 - 내발열성 Tire Type 별 Tread 요건 - High Performance tire High Grip & Wet 성능및내발열성중시 - All Season Tire 내마모성및 NVH 성능중시 - Winter Tire 저온하 Softness 유지및결빙로 Grip 력극대화 Tread Pattern 의기능형상및 Groove 의깊이변화에따라제 구동성능및 R&H, NVH 성능차이가나타남 * Tire 외관도중요함 Tread Pattern 설계요소 - Main Groove 갯수, 폭, 깊이, 위치 접지율, 배수성, Wandering - Lateral Groove 형상, 갯수, 깊이, 방향성 접지율, 배수성, Pulling, NVH, R&H, Grip, 마모 - Sipe 형상, 갯수, 깊이, 위치 Ride, NVH, 마모, Grip - Pitch 개수, 크기, 배열 NVH, 마모 12

2. 타이어기본상식 4 타이어의패턴형상 PCR / TBR 13

2. 타이어기본상식 4 타이어의요소별구조 - PCR Steel Belt 와 Cap ply 의기능 Steel Belt 의기능 Tire Pattern 및 Compound 와함께성능에가장큰영향을미치는 Part 로써, 노면 Grip 력 Handling, Ride 등성능 Tuning 의주요요소임 Steel Belt 주요요구특성 - Wire 강력및내부식성 - Wire 꼬임정도및밀도유지 - Coating 고무접착력 - Coating 고무내열성 보강 Cap ply 의기능고속주행시원심력및 Belt 변형으로인한 Belt 층간 Separation 을방지하여고속내구성을향상 14

2. 타이어기본상식 4 타이어의요소별구조 - PCR Carcass 와 Inner Liner 의기능 Carcass 의기능 Tire 의골격을이루는뼈대역할을하며 Inner Liner 와함께공기압을유지하여외부로부터부가되는하중을지지함. Carcass 의주요요구특성 - 충격흡수성, 충격저항성 - 치수안정성 - Flat Spotting Resistance Carcass 는규격및용도에따라 - Cord 재질 - Cord 경, 밀도 - Coating Compound 등을결정하여사용함 Inner Liner 의기능 Tire 의공기압유지 Inner Liner 주요요구특성 - 내공기투과성이우수한고무를사용 15

2. 타이어기본상식 4 타이어의요소별구조 - PCR Sidewall, APEX, Bead Wire 의기능 Sidewall Sidewall 의기능 Carcass 를외부의충격으로부터보호하고,Steering Wheel 의 Input 을 Bead 부를거쳐 Tread 부에전달하는중간위치 * Tire 의기본정보 ( 규격, 하중공기압등 ) 가문자로각인된부위 Sidewall 주요요구특성 - 내피로성 - 인장강도, 연신율 - 변색내구성 Sidewall 의특성인자 - Compound 경도및 Volume, Damping 물성 실차 Feeling(R&H, NVH) APEX 의기능 Side 부강성을결정하여승차감과조종안정성에결정적인역할수행 APEX APEX 의특성인자 - Height & Volume - Compound 경도 실차 Feeling(R&H, NVH) Bead Wire Bead Wire 의기능 Tire 와 Rim 을고정시켜주고부가하중을지지하며, 구동 / 제동, Torque 등을노면에전달하는역할 Bead Wire 주요요구특성 - 유연성 - 굽힘강도 - 인장응력 Bead Wire 특성인자 - Wire 가닥수, Wire 경 장착성, Bead 내구 - Bead 내경 장착성, Bead Slip 16

3. 타이어개발 process 에서동역학역할 현재타이어개발 Process 앞으로타이어개발 Process 17

3. 타이어개발 process 에서동역학역할 1 차량거동에서의타이어역할 Ride : Suspension, Seat, Tire Braking : Brake System, Tire Acceleration : Engine, Transmission, Tire Handling : Suspension, Steering System, Tire 18

3. 타이어개발 process 에서동역학역할 2 지면과마찰력발생시키는역할로서의타이어 지면과마찰중인타이어는 3 방향의힘 (Force) 와모멘트 (Moment) 를발생시키고, 이와같은 F&M 특성이차량운동성능을결정하는핵심기술요소임. 타이어 F&M 특성은 Slip 각, Camber 각, Slip ratio, 하중, 주행속도에따라변하는특성을가짐. 타이어 F&M Mechanism 의차량설계반영기법의발전 - 복잡한특성그래프의단순화기법 -> GM F&M Characteristics - 다물체동역학 Simulation 용타이어모델링기법 -> MF-Tire model, F-Tire Model, MF-SWIFT tire model, CD tire model,. 19

3. 타이어개발 process 에서동역학역할 3 GM Tire F&M Characteristics Cornering Coefficient = Fy/P Aligning Coefficient = AT/P Cornering Power 24= Fy(4)-Fy(2) Fy AT Fy Lateral Force 1 Slip Angle P Aligning Torque 1 Slip Angle P Lateral Force 2 도 100% Load 4도 Vertical Load Vertical Load Slip Angle 1) Cornering Coefficient (CC1~10) : -. 각각의 Slip Angle 에서발생하는 Lateral Force 를적용축하중으로나눈값으로일반적으로클수록핸들링에유리하다. F ( FZ, 1) CC ( FZ ) 2) Aligning Torque Coefficient (ATC1~10) : -. 각각의 Slip Angle 에서발생하는 Self Aligning Torque 를적용축하중으로나눈값이며 Lateral Force 가증가하면같이증가하는경향을갖는다. AT ( FZ, 1) ATC ( FZ ) 3) Cornering Power 24 (CP24): -. Slip Angle 이 2 도에서 4 도로변하는동안의 Lateral Force 변화량이며, 값이클수록핸들링에유리하다. 20

3. 타이어개발 process 에서동역학역할 Lateral Force Fy Load Sensitivity (HF) = Fy/(P-0.8P) Fy 0.8P P Vertical Load 1 Slip Angle Lateral Force Fy Fy Load Transfer (GF) = Fy P/( P) 2 P P P 0.4P P 1.6P Vertical Load 4 Slip Angle 4) H-Functions 1: -. Slip Angle 이 1 도일때축하중이 80% 에서 100% 로변화하는동안 Lateral Force 의변화량이며 Load Sensitivity Function 이라고도한다. -. 일반적으로승차하중에대한 Lateral Force 의민감도를나타낸다. H ( ) F Y ( P, ) FY (0.8P, ) 0.2P 5) G-Functions 4: -. Slip Angle 이 4 도일때축하중이 40% 에서 160% 로변화하는동안의 Lateral Force 변화량이며 Load Transfer Function 이라고도한다. -. 코너링시좌우축하중전이에따른 Lateral Force 의평균값과실제값의차이이다. G( ) [ F Y ( P, ) 1 2 ( F Y (0.4P, ) F (0.6P) 2 Y (0.4P, ))][ P] 21

3. 타이어개발 process 에서동역학역할 3 Tire model for vehicle dynamics simulation MF Tire for Handling Simulation SWIFT Tire for Ride&Handling Simulation FTire Tire for NVH, Ride, Durability Simulation 22

3. 타이어개발 process 에서동역학역할 4 신뢰성높은차량해석을위한필요한 Infra. 타이어모델 차량모델 운전자감성의정량화모델 MF-tire MF-swift F-tire 23

4. 결언 차량의성능 타이어설계방향? ㅊ동역학연구 목표 : 차량의성능을예측하고, 타이어설계방향제시 동역학연구의난제 하지만차량의성능과타이어성능관계를직접적으로연구하는것은거의불가능함. 차량성능에대한판단은수치값이아닌차량운전자의주관적판단 이유 차량은수만개부품으로구성되었고타이어는비선형복합체로구성됨 대안적으로사용하는해석적방법의경우해석차량모델의정도의오차및차량모델입수의어려움 난제극복방안 차량의성능과타이어설계연구는 3 가지단계로구분한접근법이필요함. 24