KR102414553B1 - 차량 타이어의 팽창 상태를 진단하는 방법 - Google Patents

차량 타이어의 팽창 상태를 진단하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1 타이어와 제2 타이어를 포함하는 차량 차축 시스템의 타이어의 수축 상태를 진단하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 진단 방법의 주요 특징은 다음 단계를 포함한다는 것이다: - 제1 타이어의 비틀림 주파수(F1) 및 제2 타이어의 비틀림 주파수(F2)를 결정하는 단계; - 제1 타이어의 비틀림 주파수(F1)와 제2 타이어의 비틀림 주파수(F2) 사이의 차이(ΔF)를 결정하는 단계; - 타이어 중의 하나의 언더-인플레이션을 나타내는 상대 편차의 임계값에 대한 상기 차이 ΔF의 절대 값의 비를 계산함으로써, 상기 타이어 중 하나가 다른 타이어와 비교하여 저-팽창되어있는 확률을 평가하는 단계.

Description

차량 타이어의 팽창 상태를 진단하는 방법
본 발명은 차량 타이어의 팽창 상태를 진단하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 유리하게 자동차에 적용될 수 있지만, 자동차에만 적용되는 것은 아니다.
이하의 설명에서 "바퀴(wheel)"와 "타이어(tire)"는 동일한 개념이다.
본 발명은 간접적인 방법을 사용하여 자동차의 타이어 중 하나 이상의 타이어 팽창 상태를 검출하는 것에 관련된 발명이다.
일반적으로, 타이어 압력 모니터링 시스템(tire pressure monitoring system, TPMS)은 타이어의 압력 손실이 발생할 경우 운전자에게 바로 경고하여, 운전자가 지연없이 팽창되지 않은 타이어를 다시 팽창시키거나 타이어를 교체하는 것을 목적으로 한다. 이러한 측정은 다음을 가능하게 한다:
- 팽창되지 않은 타이어로 인한 인한 CO2 배출량의 감소
- 타이어의 수명을 증가, 그리고
- 폭발 위험을 줄임으로써 승객의 안전을 향상시킨다.
현재의 TPMS 솔루션 또는 직접적인 방법은 차량 바퀴의 각 밸브에 설치된 압력 센서를 사용하여 실시간으로 압력 및 온도 값을 측정하는 것에 기초한다. 이 솔루션의 단점은 다음과 같다:
- 타이어는 이러한 센서 설치에 적합해야 하고,
- 압력 센서는 결함 위험과 감지 손실을 최소화하기 위해 정기적인 유지 보수를 필요로 하고,
- 압력 센서는 상당한 제조 및 유지 보수 비용을 추가한다.
압력 센서가 없는 최근의 솔루션들(간접 TPMS)은 CAN 버스에 존재하는 신호(스티어링 휠 각도, 각속도, 엔진 속도 및 가속도) 분석을 기반으로 언더인플레이션(under-inflation)을 감지하기 위한 시스템의 피팅을 제안한다. 그러나, 이러한 최신 솔루션 또는 간접적인 방법은 현재 솔루션보다 더 복잡하므로 세부 조정이 어렵다. 간접 TPMS는 많은 설정 매개변수를 사용하는 언더인플레이션 탐지 알고리즘으로 구성된다. 이러한 모든 매개변수를 최적화하고 얻은 최종 설정을 확인하기 위해, 실행 단계에 해당하는 수많은 테스트로부터 비롯되는 대규모 데이터베이스가 설계되었다. 따라서 이 전체 데이터베이스에 대한 시스템의 시뮬레이션 시간은 TPMS 탐지 알고리즘의 수동 미세 조정을 복잡하고 지루하며 시간-소모적인 작업으로 만든다.
본 발명은 차량 타이어의 팽창 상태를 진단하는 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.
바퀴의 각속도를 기반으로하는 간접 TPMS 시스템은 무엇보다도 두 가지 유형의 감지 알고리즘으로 구성된다.
제1 검출 알고리즘은 각속도 신호에 기초한 바퀴의 동적 반경의 비교 분석에 기초한다. 특히, 동적 반경의 감소는 바퀴의 각속도의 증가에 직접적인 영향을 미친다. 펑크 감지 시스템(puncture detection system, PDS)으로 알려진 이 알고리즘을 통해 바퀴의 압력 강하를 효과적으로 감지할 수 있다.
두 번째 알고리즘은 각속도 신호의 스펙트럼 분석을 기반으로 한다. 압력 강하가 각속도 신호에 나타나는 차량 및 바퀴의 진동의 특성 주파수를 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 이 알고리즘은 여러 바퀴의 수축을 감지할 수 있으며 장시간 작동으로 누적된 소량의 압력 손실을 감지하는 데 매우 유용한다. 이 시스템을 확산 감지 시스템(diffusion detection system, DDS)이라고 한다.
확산 검출 알고리즘(DDS)의 실험 및 검증의 맥락에서, 수백 개의 주행 테스트가 하나 이상의 바퀴에 대해 언더인플레이션이 있거나 없는 차량에서 수행되었다.
바퀴 신호에 기초하여, 이 알고리즘은 각 바퀴에 대한 속도를 재생성 한 다음이 속도로부터 상기 바퀴의 비틀림 주파수(torsion frequency)를 계산한다.
앞바퀴와 뒷바퀴의 비틀림 주파수에 대한 통계 연구는 두 바퀴 중 하나가 언더인플레이션되었을 때 하나의 동일한 차축 시스템의 바퀴에서 상당한 주파수 차이가 있음을 보여주었다.
본 발명에 따른 바퀴의 팽창 상태를 진단하는 방법은 차량 상의 하나의 동일한 차축 시스템의 다른 바퀴의 팽창 상태와 비교하여 다른 바퀴와 상관 관계를 제거하고, 바퀴의 수축 상태를 감지할 수 있게 한다.
본 발명의 주제는 제1 타이어 및 제2 타이어를 포함하는 차량 차축 시스템의 타이어의 수축 상태를 진단하는 방법이다.
본 발명에 따른 방법의 주요 특징은 다음 단계를 포함한다는 것이다:
- 제1 타이어의 비틀림 주파수(F1) 및 제2 타이어의 비틀림 주파수(F2)를 결정하는 단계;
- 제1 타이어의 비틀림 주파수(F1)와 제2 타이어의 비틀림 주파수(F2) 사이의 차이(ΔF)를 결정하는 단계;
- 차에 대한 하나의 타이어의 언더인플레이션을 나타내는 상대 차이의 임계값에 대한 상기 차이 ΔF의 절대 값의 비율을 계산함으로써 다른 타이어와 비교하여 상기 타이어 중 하나의 타이어가 언더인플레이션일 확률을 평가하는 단계.
이러한 방법은 동일한 차축 시스템의 다른 타이어와 비교하여 하나의 타이어가 언더인플레이션일 확률의 결정에 기초하며, 상기 방법은 주요 파라미터로서 상기 차축 시스템의 각 바퀴의 비틀림 주파수를 사용한다. 임계값은 동일한 차축 시스템의 다른 바퀴와 비교하여 하나의 바퀴의 상당한 언더인플레이션을 나타낸다. 구체적으로, 두 바퀴의 비틀림 주파수 사이의 차이는 언더인플레이션의 검출이 확실하도록 충분히 커야 한다.
바람직하게는, 타이어의 비틀림 주파수를 결정하는 단계는 상기 타이어의 속도에 기초하여 수행되는 계산 단계로 구성된다.
바람직하게는, 각 타이어의 속도는 바퀴 신호에 기초한 알고리즘에 의해 재생성된다.
바람직하게는, 두 타이어의 비틀림 주파수 사이의 차이를 결정하는 단계는 주어진 기간(Tdetection)에 걸쳐 상기 차이를 평균화함으로써 수행된다.
유리하게는, 평균화 단계는 다음 식에 기초하여 수행된다 :
Figure 112020000657734-pct00001
유리하게는, 임계값은 하나 이상의 바퀴가 언더인플레이션되거나 되지 않은 차량에 대한 다수의 주행 시험에 기인하며, 이 임계값은 상기 시험 동안 관찰된 최대 상대 차이(maximum relative difference)에 대응한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 진단 방법은 센서를 사용하여 각 타이어의 압력을 측정 한 다음, 상기 센서를 사용하여 얻은 그리고 상기 타이어의 비틀림 주파수로부터 얻어진 각각의 타이어의 팽창 상태를 비교하는 것으로 구성되는 점검 단계에 의해 보완된다.
본 발명에 따른 진단 방법은 각 바퀴의 비틀림 주파수를 계산하기 위한 기존의 알고리즘에 기초하여 학습될 필요가 없이 수행될 수 있는 이점을 갖는다. 또한 적은 수의 설정 매개변수를 사용하므로 미세 조정이 용이하다는 장점이 있다. 마지막으로, 언더인플레이션을 빠르고 확실하게 감지할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따르면 차량 타이어의 팽창 상태를 진단하는 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.
본 발명에 따른 진단 방법의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 다음의 도면을 참조하여 아래에 제공된다 :
- 그림 1은 수축이 없는 하나의 동일한 차축 시스템의 두 바퀴에 대해 얻은 시간에 따른 비틀림 주파수의 다이어그램이다.
- 그림 2는 하나의 동일한 차축 시스템의 두 바퀴에 대해 얻은 시간에 따른 비틀림 주파수의 다이어그램이며, 두 바퀴 중 하나는 상당히 언더인플레이션되어 있다.
본 발명에 따른 진단 방법은 자동차의 하나의 동일한 차축 시스템 중 하나의 두 휠 중 하나의 언더인플레이션을 검출할 수 있게 하며,이 검출은 상기 차축 시스템의 각각의 바퀴의 비틀림 주파수의 분석에 기초하여 수행된다.
차량은 전방 차축 시스템 및 후방 차축 시스템을 포함하고 각각의 차축 시스템은 좌측 바퀴 및 우측 바퀴를 포함하는 것으로 가정한다.
확산 검출 알고리즘(DDS)의 실험 및 검증의 맥락에서, 수백 개의 주행 테스트가 하나 이상의 바퀴에 대해 언더인플레이션이 있거나 없는 차량에서 수행되었다.
바퀴 신호에 기초하여, 이 알고리즘은 각 바퀴에 대한 속도를 재생성한 다음 상기 속도로부터 상기 바퀴의 비틀림 주파수를 계산한다.
앞바퀴와 뒷바퀴의 비틀림 주파수에 대한 통계 연구는 두 바퀴 중 하나가 언더인플레이션일 때 하나의 동일한 차축 시스템의 바퀴에서 상당한 주파수 차이가 있다는 것을 보여준다.
구체적으로, 도 1을 참조하면, 하나의 동일한 차축 시스템의 두 바퀴가 임의의 수축을 겪지 않거나 크게 팽창되지 않으면, 시간에 따른 상기 바퀴의 비틀림 주파수의 변화는 사실상 동일하다.
대조적으로, 도 2를 참조하면, 2개의 바퀴 중 하나가 다른 바퀴와 비교하여 약 30%의 수축을 겪으면, 시간에 따른 비틀림 주파수의 값의 차이가 관찰되며, 이 차이는 주어진 기간 동안 일정하게 유지된다. 구체적으로, 상당한 수축을 겪은 바퀴의 비틀림 주파수는 수축을 겪지 않은 바퀴의 비틀림 빈도보다 훨씬 낮다.
바퀴의 언더인플레이션을 감지하기 위해 다음 단계가 수행된다:
- 아래 공식을 기반으로 하나의 동일한 차축 시스템/차축에서 주파수 차이를 계산하는 단계 :
Figure 112020000657734-pct00002
,
여기서 F1은 왼쪽 바퀴의 비틀림 주파수이고 F2는 오른쪽 바퀴의 비틀림 주파수이다.
- 아래 공식에 기초하여, 검출 기간 Tdetection에 걸친 주파수 차이를 평균화하는 단계 :
Figure 112020000657734-pct00003
,
- 각각의 검출에서, 아래 공식에 기초하여 각각 하나의 동일한 차축 시스템의 좌측 바퀴 및 우측 바퀴의 수축의 확률 P1 및 P2를 평가하는 단계 :
- 만약
Figure 112020000657734-pct00004
이고
Figure 112020000657734-pct00005
- 만약
Figure 112020000657734-pct00006
이고
Figure 112020000657734-pct00007
매개변수 Thresh는 하나의 타이어가 다른 타이어에 대한 언더인플레이션에 해당하는 두 바퀴의 비틀림 주파수 간의 상대적인 차이에 대한 임계값을 나타낸다.
제안된 방법이 제대로 작동하려면이 이 매개변수를 선택하는 것이 매우 중요하다. 이 매개변수의 값은 확률값 P1과 P2가 0과 1 사이에 있도록 선택해야 한다. 일반적으로, 많은 수의 실제 테스트를 수행한 데이터베이스를 작성한 후에 얻을 수 있는 최대 상대 차이(maximum relative difference)가 임계값으로 선택된다. 이 Thresh 매개변수의 최종값은 차량마다 다르다는 것을 주목해야 한다. 또한, Thresh 파라미터를 선택하기 위해 사용된 데이터베이스는 본 발명에 따른 방법이 일정한 수준의 견고성을 갖도록 하기 위해 상이한 작동 조건, 예컨대 다른 질량으로 수행된 시험 결과를 가져야 한다.
이 방법의 설정 매개변수는 다음과 같다:
- 비틀림 주파수 계산의 망각 팩터(forget factor)로서, 주파수 값을 어느 정도 매끄럽게 하고 본 방법에 따른 노이즈의 영향을 제한하는 것
- 검출 시간으로서, 상대적으로 짧으며, 따라서 이 방법의 장점이 된다.
- 요구되는 견고성 조건에 따라 조정될 수 있는 차이 임계값(difference threshold).

Claims (7)

  1. 제1 타이어 및 제2 타이어를 포함하는 차량 차축 시스템의 타이어의 수축 상태를 진단하는 방법으로서, 상기 방법은:
    - 상기 제1 타이어의 비틀림 주파수(torsional frequency)(F1) 및 상기 제2 타이어의 비틀림 주파수(F2)를 결정하는 단계;
    - 상기 제1 타이어의 비틀림 주파수(F1)와 상기 제2 타이어의 비틀림 주파수(F2) 사이의 차이(ΔF)를 결정하는 단계;
    - 하나의 타이어가 다른 타이어에 대해 언더인플레이션(underinflation)임을 나타내는 상대 차이의 임계값에 대한 상기 차이 ΔF를 절대값의 비율로 계산함으로써, 상기 타이어들 중 하나가 상기 다른 타이어와 비교하여 언더인플레이션일 확률을 평가하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량 차축 시스템의 타이어의 수축 상태를 진단하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타이어의 비틀림 주파수를 결정하는 단계는, 상기 타이어의 속도에 기초하여 수행되는 계산 단계;를 포함하는, 차량 차축 시스템의 타이어의 수축 상태를 진단하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    각각의 타이어의 상기 속도는 바퀴 신호에 기초한 알고리즘에 의해 재생성되는, 차량 차축 시스템의 타이어의 수축 상태를 진단하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 두 타이어의 비틀림 주파수 사이의 차이를 결정하는 단계는, 주어진 기간(Tdetection)에 걸쳐 상기 차이를 평균화함으로써 수행되는, 차량 차축 시스템의 타이어의 수축 상태를 진단하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 평균화 단계는 다음 식에 기초하여 수행되는
    Figure 112021137253671-pct00008
    차량 차축 시스템의 타이어의 수축 상태를 진단하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 임계값은 하나 또는 그 이상의 바퀴가 언더인플레이션되거나 언더인플레이션되지 않은 차량 집단에 대한 다수의 주행 테스트로부터 기인하는 것이고, 이 임계값은 상기 테스트 동안 관찰된 최대 상대 차이(maximum relative difference)에 대응하는, 차량 차축 시스템의 타이어의 수축 상태를 진단하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    센서에 의해 각 타이어의 압력을 측정하는 단계, 그 후 상기 센서를 사용하여 얻어진 그리고 상기 타이어의 상기 비틀림 주파수로부터 얻어진 각각의 타이어의 팽창 상태를 비교하는 단계를 포함하는 점검 단계에 의해 보완되는, 차량 차축 시스템의 타이어의 수축 상태를 진단하는 방법.
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