KR101294120B1 - 타이어 공기압력 모니터링 시스템 및 그 모니터링 방법 - Google Patents

타이어 공기압력 모니터링 시스템 및 그 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운전자에 의해 타이어 공기압의 초기화를 설정하는 입력부; 입력부로부터 초기화 신호가 입력되면 타이어 간의 압력 차이에 따른 각 타이어의 캘리브레이션 값을 산출하고, 캘리브레이션 값에 기초하여 타이어의 공기압력을 모니터링하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 적어도 하나의 타이어가 교체되거나 적어도 하나의 타이어에 공기를 주입한 경우 타이어를 초기화시켜 타이어의 마모 정도, 생산 공정 시 편차에 의한 타이어 간의 공기압력 차이를 산출하고, 산출된 값을 타이어 공기압력 모니터링 시 적용함으로써 타이어 공기압력의 변화 정도의 정확도를 높일 수 있다. 이렇게 타이어의 공기압력의 변화를 정확하게 파악함으로써 내구성, 승차감, 제동력 향상은 물론, 연비도 높일 수 있고, 주행 중 차체가 심하게 흔들리는 것도 막을 수 있다.

Description

타이어 공기압력 모니터링 시스템 및 그 모니터링 방법{Tire pressure monitoring system and method for monitoring the same}
본 발명은 타이어 공기압력 모니터링 시스템 및 그 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휠 속도에 기초하여 타이어의 공기압력의 변화를 감지하기 위한 타이어 공기압력 모니터링 시스템 및 그 모니터링 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에서 타이어는 하중지지, 제동. 견인력, 조종안정성과 충격 흡수 등의 성능과 연관되어 있으며, 타이어 공기압은 타이어 마모, 주행 안정성, 타이어 파손, 연비 등에 결정적인 영향을 미친다. 즉 자동차 타이어의 공기압이 너무 높거나 낮으면 타이어가 터지거나 차량이 쉽게 미끄러져 대형사고로 이어질 가능성이 있다. 또 연료 소모량이 많아져 연비가 악화되고 타이어 수명이 짧아질 뿐 아니라, 승차감과 제동력도 많이 떨어진다. 이와 같이 타이어가 파손되는 경우 대형 사고가 유발되면서 생명과도 직결되기 때문에 최근에는 타이어 펑크 등에 대한 사전 대책의 중요성이 넓게 인식되면서 미국을 중심으로 자동차 타이어 안전을 위한 법규제가 진행되고 있다. 이에 대한 대응으로 최근에는 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS: Tire Pressure Monitoring System) 개발이 활발하게 진행되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 운전자에 의해 조작된 타이어의 공기압력 초기화에 기초하여 타이어의 공기압력 변화를 모니터링 하는 타이어 공기압력 모니터링 시스템 및 그 모니터링 방법을 제공하는 데 있다.
일 측면에 따르면 타이어 공기압력 모니터링 시스템은 운전자에 의해 타이어 공기압의 초기화를 설정하는 입력부; 입력부로부터 초기화 신호가 입력되면 타이어 간의 압력 차이에 따른 각 타이어의 캘리브레이션 값을 산출하고, 캘리브레이션 값에 기초하여 타이어의 공기압력을 모니터링하는 제어부를 포함한다.
각 타이어에 마련된 휠의 속도를 감지하는 휠속도감지부를 더 포함하고, 제어부는 각 휠의 속도에 기초하여 캘리브레이션 값을 산출한다.
제어부는, 캘리브레이션 값을 산출한 후 타이어 공기압력의 모니터링 수행을 제어한다.
제어부는, 타이어 공기압력의 모니터링 수행 중 감지된 각 휠의 속도에 기초하여 각 타이어의 속도 보정값을 산출한다.
제어부는, 각 타이어의 속도 보정값을 이용하여 어느 하나의 타이어에 대한 다른 타이어와의 차이 비율을 산출하고, 차이 비율에 기초하여 어느 하나의 타이어 공기압력의 정상 여부를 판단한다.
다른 측면에 따르면 타이어 공기압력 모니터링 방법은 운전자에 의해 타이어 공기압의 초기화가 설정되는지 판단하고, 초기화가 설정되면 타이어 간의 압력 차이에 따른 각 타이어의 캘리브레이션 값을 산출하고, 캘리브레이션 값에 기초하여 타이어의 공기압력을 모니터링한다.
각 타이어의 캘리브레이션 값을 산출하는 것은, 각 타이어의 속도를 감지하고, 각 휠의 속도에 기초하여 캘리브레이션 값을 각각 산출한다.
캘리브레이션 값을 산출한 후 타이어 공기압력의 모니터링 수행한다.
타이어 공기압력의 모니터링 수행 중 각 타이어의 속도를 감지하고, 각 타이어의 속도에 기초하여 각 타이어의 속도 보정값을 산출하는 것을 더 포함한다.
각 타이어의 속도 보정값을 이용하여 어느 하나의 타이어에 대한 다른 타이어와의 차이 비율을 산출하고, 차이 비율에 기초하여 어느 하나의 타이어 공기압력의 정상 여부를 판단하는 것을 더 포함한다.
어느 하나의 타이어에 대한 다른 타이어와의 차이 비율이 기준 범위 내에 있으면 타이어의 공기압력이 저하되었다고 판단하고, 타이어의 공기압력 저하를 경보하는 것을 더 포함한다.
상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 따르면 적어도 하나의 타이어가 교체되거나 적어도 하나의 타이어에 공기를 주입한 경우 타이어를 초기화시켜 타이어의 마모 정도, 생산 공정 시 편차에 의한 타이어 간의 공기압력 차이를 산출하고, 산 출된 값을 타이어 공기압력 모니터링 시 적용함으로써 타이어 공기압력의 변화 정도의 정확도를 높일 수 있다. 이렇게 타이어의 공기압력의 변화를 정확하게 파악함으로써 내구성, 승차감, 제동력 향상은 물론, 연비도 높일 수 있고, 주행 중 차체가 심하게 흔들리는 것도 막을 수 있다.
또한 적어도 하나의 타이어가 교체되거나 적어도 하나의 타이어에 공기를 주입함에 따라 적어도 하나의 타이어에 공기압력이 변화된 경우 운전자가 직접 입력부를 조작함으로써 타이어의 초기화 방법이 용이하다.
또한 적어도 하나의 타이어의 공기압력 저하를 운전자에게 알려 줌으로써 운전자가 타이어 공기압력을 항상 적절하게 유지시킬 수 있어 차량 운전 시 안전도를 높일 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 타이어 공기압력 모니터링 시스템의 구성도로서, 입력부(110), 휠속도감지부(120), 제어부(130) 및 경보부(140)를 포함한다.
입력부(110)는 적어도 하나의 타이어를 교체하거나 또는 적어도 하나의 타이어에 공기를 주입함에 따라 해당 타이어의 공기압력이 변하게 되면 운전자에 의해 조작되고, 조작된 신호를 제어부(130)에 전송한다.
즉 입력부(110)는 차량의 전후좌우 바퀴의 타이어 중 적어도 하나의 타이어의 공기압력이 바뀌게 되면 타이어 간의 공기압력의 차이가 달라지고, 타이어 간의 공기압력의 차이에 대응하는 타이어 별 초기 캘리브레이션(Calibration) 값을 산출 하기 위해 운전자에 의해 타이어의 초기화 상태가 조작된다. 그리고 입력부(110)는 운전자에 의해 조작되면 타이어 별 초기 캘리브레이션 값을 산출하도록 제어부(130)에 타이어의 초기화 신호를 전송한다.
휠속도감지부(120)는 좌측 전륜의 휠에 설치된 FL휠속도센서(121), 우측 전륜의 휠에 설치된 FR휠속도센서(122), 좌측 후륜의 휠에 설치된 RL휠속도센서(123), 우측 후륜의 휠에 설치된 RR휠속도센서(124)를 가지고, 각 휠속도센서(121, 122, 123, 124)는 각 휠의 회전 속도를 감지하고 감지된 회전 속도를 제어부(130)에 전송한다.
제어부(130)는 입력부(110)로부터 초기화 신호가 입력되면 차량 주행 시 각 휠속도센서(121, 122, 123, 124)로부터 회전 속도를 전송받고, 이 회전 속도에 기초하여 타이어 공기압력을 모니터링을 위한 타이어 별 초기 캘리브레이션 값을 산출한 후 타이어 공기압력 모니터링을 수행한다. 이때 회전 속도 이외에도 요 레이트, 무게중심에서의 횡 가속도, 제동 토크, 무게 중심에서의 종 가속도에 기초하여 타이어 별 초기 캘리브레이션 값을 산출하는 것도 가능하다.
여기서 초기 캘리브레이션 값은 타이어 생산 공정 시의 편차 및 마모 정도 등이 고려된 값이다. 아울러 제어부(130)는 타이어 별 초기 캘리브레이션 값을 산출하기 위한 동작을 수행할 때에는 공기압력의 저하 발생을 판단하기 위한 동작은 수행하지 않는다.
그리고 제어부(130)는 타이어 별 초기 캘리브레이션 값을 이용하여 주행 시 각 바퀴의 회전 속도의 속도 보정값을 산출하고, 이 보정값을 이용하여 타이어 간 의 차이 비율(Difference Ratio)을 산출하며, 산출된 차이 비율을 이용하여 다이어 디플레이션(Deflation)을 환산한다. 이때 도 2에 도시된 그래프를 이용하여 산출된 차이 비율에 대응하는 디플레이션을 환산한다. 즉 도 2는 각 타이어의 디플레이션에 따른 차이 비율을 시험을 통해 획득한 디플레이선에 따른 차이 비율의 그래프이다.
그리고 제어부(130)는 환산된 디플레이션에 기초하여 각 타이어 별로 공기압력이 저하되었는지 판단한다. 이때 제어부(130)는 적어도 하나의 타이어에서 공기압력이 저하되었다고 판단되면 경보부(140)의 구동을 제어하여 공기압력의 저하를 운전자에게 알려 줌으로써 운전자가 이를 확인하고 적적한 타이어 공기압을 유지할 수 있도록 한다.
여기서 제어부(130)는 휠속도감지부(120)와 연결되는 안티-록 브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System) 또는 전자식 주행 안정성 제어장치(ESC: Electronic Stability Control)에 마련되는 제어부(ECU: Electronic Control Unit)인 것이 바람직하다.
경보부(140)는 표시등 또는 알람 등을 가지고, 제어부(130)의 지시에 따라 적어도 하나의 타이어가 공기압력이 저하되면 표시등을 점등시키거나, 알람을 통해 경보음을 출력한다. 이때 표시등은 전후좌우 바퀴의 타이어에 대응하여 마련되는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 타이어 공기압력 모니터링 방법의 동작 순서도로서, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
차량의 전후좌우 바퀴의 타이어 중 적어도 하나의 타이어가 교체되거나 또는 적어도 하나의 타이어에 공기를 주입하게 되면 해당 타이어의 공기압력이 바뀌게 되고, 이에 따라 타이어 간의 공기압력의 차이가 달라진다.
다음 운전자가 입력부(110)를 조작하여 타이어의 공기압력의 초기화가 설정(201)되면 타이어 공기압력 모니터링 동작을 정지시키고, 차량 주행 중 각 휠속도센서(121, 122, 123, 124)를 통해 각 휠의 회전 속도를 감지하고 감지된 회전 속도에 기초하여 타이어 간의 공기압력의 차이에 대응하는 타이어 별 초기 캘리브레이션(Calibration) 값을 산출한다. 이때 회전 속도 이외에도 요 레이트, 무게중심에서의 횡 가속도, 제동 토크, 무게 중심에서의 종 가속도에 기초하여 타이어 별 초기 캘리브레이션 값을 산출하는 것도 가능하다. 여기서 각 휠의 회전속도에 기초하여 타이어 별 초기 캘리브레이션(Calibration) 값을 산출하는 방법은 다음과 같다.
초기화 설정 후 각 바퀴 값이 미리 설정된 기준값(Ref)과 동일하도록 하기 위한 타이어 별 초기 캘리브레이션(Calibration) 값을 산출한다.
여기서 기준값(Ref)은 비구동륜의 평균 회전 속도이고, 각 바퀴 값은 각 바퀴의 목표 회전 속도로, 회전 속도 이외에도 각 바퀴의 구동 시 출력되는 각종 신호 또는 펄스를 적용하는 것이 가능하다.
즉, 각 휠의 목표 회전 속도를 기준값(Ref)과 같게 하기 위해 감지된 각 타이어(W_fl, W_fr, W_rl, W_rr)에 마련된 휠의 회전 속도를 적용하여 타이어 별 초기 캘리브레이션(Calibration) 값(K_fl, K_fr, K_rl, K_rr)을 산출(202)한 후 타이 어 공기압력 모니터링 동작을 수행한다.
각 바퀴 값= W_fl×K_fl= W_fr×K_fr= W_rl×K_rl= W_rr×K_rr= Ref
최소 0.01% 이상의 정밀도를 고려하면 좌측 전륜의 경우 초기 캘리브레이션값은,
K_fl=100 × ((Ref-W_fl)×10000/W_fl), (* 0.01% resolution)이 된다.
아울러, 다른 바퀴(W_fr, W_rl, W_rr)도 동일하게 적용된다.
다음, 각 타이어(W_fl, W_fr, W_rl, W_rr)의 초기 캘리브레이션 값(K_fl, K_fr, K_rl, K_rr)을 이용하여 차량 주행 시 각 바퀴의 회전 속도(W_fl, W_fr, W_rl, W_rr)의 보정 값(W_fl_crt, W_fr_crt, W_rl_crt, W_rr_crt)을 산출(203)한다. 이 중 좌측 전륜의 보정 값을 산출하는 방법을 예를 들면 다음과 같다.
W_fl_crt = (K_fl+10000) ×W_fl/10000
다음, 타이어 별 보정 값을 이용하여 타이어 간의 차이 비율(Difference Ratio: Diff ratio)을 산출(204)한다. 즉, 어느 하나의 타이어에 대해 동일 축 방향에 있는 타이어와의 차이 비율(Axle Diff ratio: adr), 사이드 방향에 있는 타이어와의 차이 비율(Side Diff ratio: sdr), 대각선 방향에 있는 타이어와의 차이 비율(Diagonal Diff ratio: ddr)을 산출한다. 좌측 전륜의 경우 타이어 간의 차이 비율은 다음과 같다.
W_fl_adr = (W_fl_crt - W_fr_crt) × 10000/W_fr_crt
W_fl_sdr = (W_fl_crt - W_rl_crt) × 10000/W_rl_crt
W_fl_ddr = (W_fl_crt - W_rr_crt) × 10000/W_rr_crt
다음, 산출된 각 타이어의 차이 비율(adr, sdr, ddr)을 이용하여 타이어 디플레이션(Deflation)을 환산한다. 이때 도 2에 도시된 그래프를 이용하여 산출된 차이 비율에 대응하는 디플레이션을 환산(205)한다. 즉 도 2는 각 타이어의 디플레이션에 따른 차이 비율을 시험을 통해 획득한 디플레이선에 따른 차이 비율의 그래프이다.
다음, 타이어 별로 환산된 축 디플레이션, 사이드 디플레이션, 대각 디플레이션이 기준 범위에 모두 포함되는지 판단하고, 적어도 하나의 타이어의 축 디플레이션, 사이드 디플레이션, 대각 디플레이션 이 모두 기준 범위에 포함되면 해당 타이어의 압력이 저하되었다고 판단한다. 만약, 적어도 하나의 타이어의 축 디플레이션, 사이드 디플레이션, 대각 디플레이션 중 적어도 하나의 디플레이션이 기준 범위에 포함되지 않으면 해당 타이어의 공기압력이 정상이라고 판단한다.
여기서 타이어별 각 디플레이션이 기준 범위에 포함되는지 판단하는 것을, 좌측 전륜의 타이어를 예를 들어 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
좌측 전륜의 타이어의 축 디플레이션이 기준 범위(20%<W_fl_adr< 100%)에 있는지 판단(206)하고 이때 축 디플레이션이 기준 범위에 포함되지 않으면 축 디플레이션이 최소값(W_fl_adr<10%) 미만인지 판단(207)하고, 이때 최소값 미만이 아니면 좌측 전륜 타이어의 공기압력이 정상이라고 판단하고 최소값 미만이면 디플레이션 검출 카운트를 감소(208)시킨다. 이때 감소된 디플레이션 검출 카운트를 다음 타이어 공기압력 모니터링 시 적용하는 것이 가능하다.
여기서 디플레이션 검출 카운트는 회전 속도를 감지한 시간 또는 미리 설정 된 시간 또는 차량의 이동 거리 중 어느 하나를 카운트 하는 것으로, 일정 시간 또는 일정 거리 이상 이동된 차량의 타이어 공기압력 모니터링이 가능하다는 것을 의미한다.
만약 좌측 전륜의 타이어의 축 디플레이션이 기준 범위에 포함되면 사이드 디플레이션이 기준 범위(20%<W_fl_sdr<100%)에 포함되는지 판단(209)하고, 이때 사이드 디플레이션이 기준 범위에 포함되지 않으면 사이드 디플레이션이 최소값(W_fl_sdr<10%) 미만인지 판단(210)하고, 이때 최소값 미만이 아니면 좌측 전륜 타이어의 공기압력이 정상이라고 판단하고 최소값 미만이면 디플레이션 검출 카운트를 감소(208)시킨다.
그리고 좌측 전륜의 타이어의 사이드 디플레이션이 기준 범위에 포함되면 대각 디플레이션이 기준 범위(20%<W_fl_ddr<100%)에 포함되는지 판단(211)하고, 이때 사이드 디플레이션이 기준 범위에 포함되지 않으면 사이드 디플레이션이 최소값(W_fl_sdr<10%) 미만인지 판단(212)하고, 이때 최소값 미만이 아니면 좌측 전륜 타이어의 공기압력이 정상이라고 판단하고 최소값 미만이면 디플레이션 검출 카운트를 감소(208)시킨다.
그리고 대각 디플레이션이 기준 범위(20%<W_fl_ddr<100%)에 포함되면 디플레이션 검출 카운트를 증가(213)시키고, 증가된 디플레이션 검출 카운트와 기준값을 비교(214)하여 증가된 디플레이션 검출 카운트가 기준값을 초과하는지 판단한다. 이때, 증가된 디플레이션 검출 카운트가 기준값을 초과하면 좌측 전륜 타이어의 공기압력이 저하되었다고 판단(215)한다.
그리고 이와 동일한 방법으로 다른 타이어의 공기압력을 모니터링한다.
이때 적어도 하나의 타이어에서 공기압력이 저하되었다고 판단되면 경보부(140)를 통해 공기압력의 저하를 운전자에게 알려 줌으로써 운전자가 이를 확인하고 적적한 타이어 공기압을 유지할 수 있도록 한다. 즉, 적어도 하나의 타이어가 공기압력이 저하되면 표시등을 점등시키거나, 알람을 통해 경보음을 출력한다.
다른 실시예에 따르면 초기화 설정 후 타이어 공기압력 모니터링을 동작시키지 않은 상태에서 휠 간의 속도 차이에 따른 타이어 간의 초기 캘리브레이션 값(K_fl-fr, K_rl-rr)을 산출하고, 타이어 공기압력 모니터링을 동작시킨 후 휠의 속도 차이값을 계산(D_fl-fr, D_rl-rr)한 후, 타이어 공기압력 모니터링 시 차이값(D_fl-fr, D_rl-rr)에 초기 캘리브레이션 값(K_fl-fr, K_rl-rr)을 적용((D_fl-fr)-(K_fl-fr), (D_rl-rr)-(K_rl-rr))하여 타이어의 압력이 낮아졌는지 판단하는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 타이어 공기압력 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 차이 비율에 따른 디플레이션의 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 타이어 공기압력 모니터링 방법의 순서도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
110: 입력부
120: 휠속도감지부
130: 제어부

Claims (11)

  1. 운전자에 의해 타이어 공기압의 초기화를 설정하는 입력부;
    상기 입력부로부터 초기화 신호가 입력되면 타이어 간의 압력 차이에 따른 각 타이어의 캘리브레이션 값을 산출하고, 상기 캘리브레이션 값에 기초하여 상기 각 타이어의 공기압력을 모니터링할 때에 각 휠의 속도에 기초하여 상기 각 타이어의 속도 보정값을 산출하고, 상기 각 타이어의 속도 보정값을 이용하여 어느 하나의 타이어에 대해 동일 축 방향에 있는 타이어와의 차이 비율(Axle Diff ratio: adr)을 산출하고, 사이드 방향에 있는 타이어와의 차이 비율(Side Diff ratio: sdr)을 산출하고, 대각선 방향에 있는 타이어와의 차이 비율(Diagonal Diff ratio: ddr)을 산출하고, 상기 차이 비율에 기초하여 상기 어느 하나의 타이어 공기압력의 정상 여부를 판단하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 어느 하나의 타이어에 대한 다른 타이어와의 차이 비율이 모두 기준 범위 내에 있으면 상기 어느 하나의 타이어의 공기압력이 저하되었다고 판단하고, 상기 어느 하나의 타이어의 공기압력 저하를 경보하는 경보부를 포함하는 타이어 공기압력 모니터링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 타이어에 마련된 상기 각 휠의 속도를 감지하는 휠속도감지부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 각 휠의 속도에 기초하여 상기 캘리브레이션 값을 산출하는 타이어 공기압력 모니터링 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 운전자에 의해 타이어 공기압의 초기화가 설정되는지 판단하고,
    상기 초기화가 설정되면 타이어 간의 압력 차이에 따른 각 타이어의 캘리브레이션 값을 산출하고,
    상기 캘리브레이션 값에 기초하여 상기 각 타이어의 공기압력을 모니터링할 때에 각 휠의 속도에 기초하여 상기 각 타이어의 속도 보정값을 산출하고, 상기 각 타이어의 속도 보정값을 이용하여 어느 하나의 타이어에 대해 동일 축 방향에 있는 타이어와의 차이 비율(Axle Diff ratio: adr)을 산출하고, 사이드 방향에 있는 타이어와의 차이 비율(Side Diff ratio: sdr)을 산출하고, 대각선 방향에 있는 타이어와의 차이 비율(Diagonal Diff ratio: ddr)을 산출하고, 상기 차이 비율에 기초하여 상기 어느 하나의 타이어 공기압력의 정상 여부를 판단하고,
    상기 어느 하나의 타이어에 대한 다른 타이어와의 차이 비율이 모두 기준 범위 내에 있으면 상기 어느 하나의 타이어의 공기압력이 저하되었다고 판단하고, 상기 어느 하나의 타이어의 공기압력 저하를 경보하는 타이어 공기압력 모니터링 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 각 타이어의 상기 캘리브레이션 값을 산출하는 것은,
    상기 각 타이어의 속도를 감지하고,
    상기 각 휠의 속도에 기초하여 상기 캘리브레이션 값을 각각 산출하는 타이어 공기압력 모니터링 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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