KR101134896B1 - 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치 및 그 방법과 이를 이용한 섀시 제어 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치 및 그 방법과 이를 이용한 섀시 제어 시스템에 관한 것으로, 타이어 힘 센서로부터 출력되는 신호가 주기적으로 피크(Peak) 값을 갖는 특성을 이용하여 차량의 휠 속도를 산출하는, 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치 및 그 방법과 이를 이용한 섀시 제어 시스템을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치에 있어서, 베어링의 변형량에 따른 신호를 출력하는 휠 허브 타입의 타이어 힘 센서; 상기 타이어 힘 센서로부터 출력되는 신호에서 피크 값들 사이의 시간을 측정하는 시간 측정수단; 상기 베어링 내에 위치한 볼들 간의 각을 상기 시간 측정수단이 측정한 시간으로 나누어 회전 각속도를 계산하는 회전 각속도 계산수단; 및 상기 베어링의 중심으로부터 볼 중심까지의 거리에 상기 회전 각속도 계산수단이 계산한 회전 각속도를 곱하여 휠 속도를 산출하는 휠 속도 산출수단을 포함한다.
이를 위하여, 본 발명은 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치에 있어서, 베어링의 변형량에 따른 신호를 출력하는 휠 허브 타입의 타이어 힘 센서; 상기 타이어 힘 센서로부터 출력되는 신호에서 피크 값들 사이의 시간을 측정하는 시간 측정수단; 상기 베어링 내에 위치한 볼들 간의 각을 상기 시간 측정수단이 측정한 시간으로 나누어 회전 각속도를 계산하는 회전 각속도 계산수단; 및 상기 베어링의 중심으로부터 볼 중심까지의 거리에 상기 회전 각속도 계산수단이 계산한 회전 각속도를 곱하여 휠 속도를 산출하는 휠 속도 산출수단을 포함한다.
Description
본 발명은 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치 및 그 방법과 이를 이용한 섀시 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이어 힘 센서로부터 출력되는 신호가 주기적으로 피크(Peak) 값을 갖는 특성을 이용하여 차량의 휠 속도를 산출하는, 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치 및 그 방법과 이를 이용한 섀시 제어 시스템에 관한 것이다.
차량의 운행 안정성(Stability)을 제어하는 섀시 제어 시스템은 ABS(Anti-lock Brake System), TCS(Traction Control System), ESC(Electronic Stability Control)을 포함한다.
여기서, ABS는 차륜의 회전과 차륜의 속도 및 브레이크 동작을 감지하여 브레이크 유압을 선택적으로 증압 혹은 감압함으로써, 제동시 차량의 바퀴가 잠기는(lock) 것을 방지하여 차량의 조종 안정성을 확보하는 전자제어 제동장치이다.
TCS는 차량이 출발하거나 가속시 바퀴에 슬립이 발생할 때, 이를 조절하여 차량의 가속력을 최대화하고, 선회시 엔진 토크를 줄여서 안정적으로 선회하도록 도와주는 전자제어 구동장치이다.
ESC는 차량이 선회시 그 한계 성능을 넘어가려고 할 때 유압을 이용한 제동력을 발생하여 차량의 동작을 안정화시켜 주는 시스템이다.
이러한 섀시 제어 시스템은 운전자의 조작이 불가능한 경우에도 차량에 필요한 제어를 적절히 수행함으로써, 차량이 안정적으로 주행할 수 있도록 도와준다.
이를 위해, 종래의 섀시 제어 시스템은 차량의 좌/우 전륜 및 후륜에 장착된 휠속 센서를 통해 획득한 휠 속도를 기반으로 차량의 안정성을 제어한다.
도 1 은 일반적인 휠속 센서의 일예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 휠속 센서는 휠과 함께 회전하는 톤휠부(11), 및 회전을 감지하는 홀 센서(12)를 포함한다.
이러한 휠속 센서는 도 2에 도시된 바와 같이 톤휠부(11)가 외부로 노출되어 있어 자갈 등에 의한 파손 위험이 크며, 외부에 장기간 노출된 경우 이물질로 인해 인식률이 떨어진다.
따라서 이러한 휠속 센서를 이용하여 차량의 안정성을 제어하는 섀시 제어 시스템은, 휠속 센서에 고장이 발생한 경우 이를 인식할 수 있을 뿐 대처할 수 있는 방안이 마련되어 있지 않은 문제점이 있다.
결국, 종래의 섀시 제어 시스템은 휠속 센서에 이상이 발생하여 휠의 속도를 획득하지 못하는 경우, 정상적으로 차량의 운행 안정성을 제어할 수 없는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 타이어 힘 센서로부터 출력되는 신호가 주기적으로 피크(Peak) 값을 갖는 특성을 이용하여 차량의 휠 속도를 산출하는, 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 휠속 센서를 통해 획득한 휠 속도가 비정상인 경우 휠 속도 산출 장치를 통해 획득한 휠 속도를 이용하여 차량의 주행을 제어하는 섀시 제어 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치에 있어서, 베어링의 변형량에 따른 신호를 출력하는 휠 허브 타입의 타이어 힘 센서; 상기 타이어 힘 센서로부터 출력되는 신호에서 피크 값들 사이의 시간을 측정하는 시간 측정수단; 상기 베어링 내에 위치한 볼들 간의 각을 상기 시간 측정수단이 측정한 시간으로 나누어 회전 각속도를 계산하는 회전 각속도 계산수단; 및 상기 베어링의 중심으로부터 볼 중심까지의 거리에 상기 회전 각속도 계산수단이 계산한 회전 각속도를 곱하여 휠 속도를 산출하는 휠 속도 산출수단을 포함한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 방법에 있어서, 휠 허브 타입의 타이어 힘 센서가 베어링의 변형량에 따른 신호를 출력하는 단계; 상기 타이어 힘 센서로부터 출력되는 신호에서 피크 값들 사이의 시간을 측정하는 단계; 상기 베어링 내에 위치한 볼들 간의 각을 상기 측정된 시간으로 나누어 회전 각속도를 계산하는 회전 각속도 계산단계; 및 상기 베어링의 중심으로부터 볼 중심까지의 거리에 상기 계산된 회전 각속도를 곱하여 휠 속도를 산출하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, 휠 속도 산출 장치를 이용한 섀시 제어 시스템에 있어서, 차량의 휠 속도를 측정하는 휠속 센서; 휠 허브 타입의 타이어 힘 센서를 이용하여 휠 속도를 산출하는 상기 휠 속도 산출 장치; 및 상기 휠속 센서에 오류가 발생함에 따라 상기 휠 속도 산출 장치를 활성화하여 휠 속도를 제공받고, 상기 제공받은 휠 속도를 이용하여 차량의 안정성을 제어하는 섀시 제어 장치를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 타이어 힘 센서로부터 출력되는 신호가 주기적으로 피크 값을 갖는 특성을 이용하여 차량의 휠 속도를 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 타이어 힘 센서로부터 출력되는 신호가 주기적으로 피크 값을 갖는 특성을 이용하여 차량의 휠 속도를 산출함으로써, 휠속 센서에 이상이 생겼을 경우 이를 대체할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 일반적인 휠속 센서의 일예시도,
도 2 는 일반적인 휠속 센서의 설치 일예시도,
도 3 은 본 발명에 따른 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치의 일실시예 구성도,
도 4 는 본 발명에 이용되는 휠 허브 타입의 타이어 힘 센서에 대한 일예시도,
도 5 는 본 발명에 이용되는 휠 허브 타입의 타이어 힘 센서의 출력신호에 대한 일예시도,
도 6 은 본 발명에 따른 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 7 은 본 발명에 따른 휠 속도 산출 장치를 이용한 섀시 제어 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 2 는 일반적인 휠속 센서의 설치 일예시도,
도 3 은 본 발명에 따른 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치의 일실시예 구성도,
도 4 는 본 발명에 이용되는 휠 허브 타입의 타이어 힘 센서에 대한 일예시도,
도 5 는 본 발명에 이용되는 휠 허브 타입의 타이어 힘 센서의 출력신호에 대한 일예시도,
도 6 은 본 발명에 따른 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 7 은 본 발명에 따른 휠 속도 산출 장치를 이용한 섀시 제어 시스템의 일실시예 구성도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3 은 본 발명에 따른 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치의 일실시예 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치는, 타이어 힘 센서(31), 시간 측정부(32), 회전 각속도 계산부(33), 및 휠 속도 산출부(34)를 포함한다.
상기 각 구성요소들에 대해 상세히 살펴보면, 타이어 힘 센서(31)는 도 4에 도시된 바와 같이 휠 허브 타입의 센서로서, 차량의 네 바퀴(좌/우 전륜 및 후륜)의 베어링(41) 표면에 각각 부착된다.
또한 타이어 힘 센서(31)는 타이어에 가해진 힘에 의해 발생하는 베어링의 변형을 감지하여 변형량에 따른 신호를 출력한다. 이때 변형량을 나타내는 신호는 도 5에 도시된 바와 같이 사인파 형태의 신호로서 주기적으로 피크(peak) 값(51, 52, 53)을 갖는데, 이는 베어링 내에 일정 간격으로 위치한 볼에 의해 발생한다.
시간 측정부(32)는 타이어 힘 센서(31)로부터 출력되는 신호에서 피크 값들 사이의 시간(Time Interval)을 측정한다. 즉, 시간 측정부(32)는 제 1 피크 값(51)이 발생한 후 제 2 피크 값(52)이 발생할 때까지 걸리는 시간과 제 2 피크 값(52)이 발생한 후 제 3 피크 값(53)이 발생할 때까지 걸리는 시간을 측정한다. 물론 이러한 과정은 계속해서 이루어진다.
회전 각속도 계산부(33)는 베어링(41) 내에 위치한 볼들 간의 각을 나타내는 베어링 볼 사이각(δ)을, 상기 시간 측정부(32)가 측정한 시간으로 나누어 회전 각속도(ω)를 계산한다. 즉, 회전 각속도 계산부(33)는 하기의 [수학식 1]을 이용하여 회전 각속도를 계산한다.
[수학식 1]
δ = 360°/ 볼의 개수
ω = δ / 피크 값 사이의 시간
휠 속도 산출부(34)는 베어링(41)의 중심으로부터 볼 중심까지의 거리(r)에 회전 각속도 계산부(33)가 계산한 회전 각속도를 곱하여 휠 속도(v)를 산출한다. 즉, 휠 속도 산출부(34)는 하기의 [수학식 2]를 이용하여 횔 속도를 산출한다.
[수학식 2]
v = r ×ω
이러한 휠 속도 산출부(34)는 차량의 네 바퀴를 대상으로 휠 속도를 산출하며, 이러한 휠 속도 산출 과정은 차량의 속도계처럼 지속적으로 이루어진다.
도 6 은 본 발명에 따른 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 차륜의 베어링 표면에 부착된 휠 허브 타입의 타이어 힘 센서(31)가 상기 베어링의 변형량에 따른 신호를 출력한다(601).
이후, 시간 측정부(32)가 타이어 힘 센서(31)로부터 출력되는 신호에서 피크 값들 사이의 시간을 측정한다(602).
이후, 회전 각속도 계산부(33)가 상기 베어링 내에 위치한 볼들 간의 각을 상기 시간 측정부(32)가 측정한 시간으로 나누어 회전 각속도를 계산한다(603).
이후, 휠 속도 산출부(34)가 상기 베어링의 중심으로부터 볼 중심까지의 거리에 상기 회전 각속도 계산부(33)가 계산한 회전 각속도를 곱하여 휠 속도를 산출한다(604).
도 7 은 본 발명에 따른 휠 속도 산출 장치를 이용한 섀시 제어 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 휠 속도 산출 장치를 이용한 섀시 제어 시스템은, 휠속 센서(71), 휠 속도 산출 장치(72), 및 섀시 제어부(73)를 포함한다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 휠속 센서(71)는 차량의 네 바퀴에 장착되어 해당 바퀴의 휠 속도를 측정한다.
휠 속도 산출 장치(72)는 상기 언급한 바와 같이 휠 속도를 산출한다.
섀시 제어부(73)는 휠속 센서(71)로부터 CAN(Controller Area Network)을 통해 휠 속도가 일정시간 제공되지 않거나 제공받은 휠 속도에 오류가 있는 경우 휠 속도 산출 장치(72)를 활성화하여 휠 속도 산출 장치(72)로부터 휠 속도를 제공받는다.
즉, 섀시 제어부(73)는 휠속 센서(71)에 이상이 발생한 경우 휠 속도 산출 장치(72)로 대체하여 휠 속도를 제공받고, 상기 제공받은 휠 속도를 기반으로 차량의 운행 안정성을 제어를 위한 제어명령을 생성한다.
본 발명에서 섀시 제어부(73)의 구체적인 동작은 본 발명의 특징이 아니며, 필요할 경우 주지 관용의 기술을 이용한다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
31 : 타이어 힘 센서 32 : 시간 측정부
33 : 회전 각속도 계산부 34 : 휠 속도 산출부
33 : 회전 각속도 계산부 34 : 휠 속도 산출부
Claims (10)
- 베어링의 변형량에 따른 신호를 출력하는 휠 허브 타입의 타이어 힘 센서;
상기 타이어 힘 센서로부터 출력되는 신호에서 피크 값들 사이의 시간을 측정하는 시간 측정수단;
상기 베어링 내에 위치한 볼들 간의 각을 상기 시간 측정수단이 측정한 시간으로 나누어 회전 각속도를 계산하는 회전 각속도 계산수단; 및
상기 베어링의 중심으로부터 볼 중심까지의 거리에 상기 회전 각속도 계산수단이 계산한 회전 각속도를 곱하여 휠 속도를 산출하는 휠 속도 산출수단
을 포함하는 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 신호는,
상기 베어링 내에 일정 간격으로 위치한 볼에 의해 주기적으로 상기 피크 값을 갖는 것을 특징으로 하는 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 회전 각속도 계산수단은,
하기의 [수학식 A]을 이용하여 회전 각속도(ω)를 계산하는 것을 특징으로 하는 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 장치.
[수학식 A]
δ = 360°/ 볼의 개수
ω = δ / 피크 값 사이의 시간
여기서, δ는 베어링 내에 위치한 볼들 간의 각을 의미한다.
- 휠 허브 타입의 타이어 힘 센서가 베어링의 변형량에 따른 신호를 출력하는 단계;
상기 타이어 힘 센서로부터 출력되는 신호에서 피크 값들 사이의 시간을 측정하는 단계;
상기 베어링 내에 위치한 볼들 간의 각을 상기 측정된 시간으로 나누어 회전 각속도를 계산하는 회전 각속도 계산단계; 및
상기 베어링의 중심으로부터 볼 중심까지의 거리에 상기 계산된 회전 각속도를 곱하여 휠 속도를 산출하는 단계
를 포함하는 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 신호는,
상기 베어링 내에 일정 간격으로 위치한 볼에 의해 주기적으로 상기 피크 값을 갖는 것을 특징으로 하는 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 회전 각속도 계산단계는,
하기의 [수학식 B]을 이용하여 회전 각속도(ω)를 계산하는 것을 특징으로 하는 타이어 힘 센서를 이용한 휠 속도 산출 방법.
[수학식 B]
δ = 360°/ 볼의 개수
ω = δ / 피크 값 사이의 시간
여기서, δ는 베어링 내에 위치한 볼들 간의 각을 의미한다.
- 휠 속도 산출 장치를 이용한 섀시 제어 시스템에 있어서,
차량의 휠 속도를 측정하는 휠속 센서;
휠 허브 타입의 타이어 힘 센서를 이용하여 상기 차량의 휠 속도를 산출하는 상기 휠 속도 산출 장치; 및
상기 휠속 센서에 오류가 발생함에 따라 상기 휠 속도 산출 장치를 활성화하여 휠 속도를 제공받고, 상기 제공받은 휠 속도를 기반으로 제어명령을 생성하는 섀시 제어 장치
를 포함하는 섀시 제어 시스템.
- 제 7 항에 있어서,
상기 휠 속도 산출 장치는,
베어링의 변형량에 따른 신호를 출력하는 휠 허브 타입의 타이어 힘 센서;
상기 타이어 힘 센서로부터 출력되는 신호에서 피크 값들 사이의 시간을 측정하는 시간 측정수단;
상기 베어링 내에 위치한 볼들 간의 각을 상기 시간 측정수단이 측정한 시간으로 나누어 회전 각속도를 계산하는 회전 각속도 계산수단; 및
상기 베어링의 중심으로부터 볼 중심까지의 거리에 상기 회전 각속도 계산수단이 계산한 회전 각속도를 곱하여 휠 속도를 산출하는 휠 속도 산출수단
을 포함하는 섀시 제어 시스템.
- 제 8 항에 있어서,
상기 신호는,
상기 베어링 내에 일정 간격으로 위치한 볼에 의해 주기적으로 상기 피크 값을 갖는 것을 특징으로 하는 섀시 제어 시스템.
- 제 8 항에 있어서,
상기 회전 각속도 계산수단은,
하기의 [수학식 C]을 이용하여 회전 각속도(ω)를 계산하는 것을 특징으로 하는 섀시 제어 시스템.
[수학식 C]
δ = 360°/ 볼의 개수
ω = δ / 피크 값 사이의 시간
여기서, δ는 베어링 내에 위치한 볼들 간의 각을 의미한다.
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