KR20130125108A - 차량 네트워크를 이용한 타이어 안전지수 모니터링 장치 및 그 방법 - Google Patents

차량 네트워크를 이용한 타이어 안전지수 모니터링 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

차량 네트워크를 이용한 타이어 안전지수 모니터링 장치 및 그 방법이 개시된다. 이 장치 및 방법은 차량 제어기로부터 다중 차량 속도 정보를 수집하고, 차축 판스프링과 차체의 상단에 설치된 CAN 통신 기반 기울기 센서로부터 차량 하중과 차세 경사도에 따른 기울기 정보를 수집하며, 수집된 차량 속도 정보 및 기울기 정보를 이용하여 타이어 안전지수 기반 차량 운행의 안전상태를 판단하며, 위험상태 판단시 차량 내 엔진 제어기 및 변속기 제어기를 제어하여 운전자의 안전을 도모한다.

Description

차량 네트워크를 이용한 타이어 안전지수 모니터링 장치 및 그 방법{Device for monitoring tire safety index and method thereof}
본 발명은 차량 관련 기술에 관한 것으로, 특히 차량의 중량을 측정하고 그 측정을 통해 타이어 안전지수를 모니터링하기 위한 기술에 관한 것이다.
차량의 중량 측정 장치 및 그 측정 방법에 관한 발명이 특허공개 제10-2004-0088107호를 통해 알려져 있다. 이 중량 측정 장치 및 측정 방법은 적재함에 화물을 적재함에 따라 변하는 현가장치의 판스프링 변형값을 측정하고, 이값을 토대로 회귀분석을 통해 미리 구해진 수식을 통해 측정되는 화물의 축중량 또는 총중량을 화물 적재시에 실시간으로 사용자에게 디스플레이 해줌에 따라 간편하게 차량의 중량을 측정할 수 있으며, 더욱이 화물의 적재 패턴에 크게 영향을 받지 않고 정확한 중량 측정을 가능하게 한다. 그러나 이와 같은 종래 기술은 판스프링의 변형량을 측정하기 위해 차량 내부의 상하 왕복 운동하는 피스톤에 변위센서를 설치하여 사용하므로, 센서 부품의 노후화나 불량에 따른 탈부착이 어려운 문제가 있다.
본 발명은 센서 부품의 노후화나 불량에 따른 탈부착을 용이하게 하면서도 차량 타이어 안전지수를 정확히 모니터링할 수 있는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 차량 네트워크를 이용한 차량안전지수 모니터링 장치는 차량 네트워크 통신용 단자, 및 상기 단자를 통해 차량 제어기들 및 기울기 센서들로부터 차량 속도 정보와 차축 판스프링 및 차체 기울기 정보를 수집하며, 상기 수집된 정보에 기반하여 타이어 안전지수에 정상 범위인지 판정하는 허브를 포함한다. 여기서 상기 단자는 OBD(On Board Diagnostics) 단자이다.
그리고 상기 허브는 엔진 제어기와 변속기 제어기와 클러스터 제어기 및 타이어 압력 모니터링 시스템으로부터 차량 속도 정보를 수집하고, 상기 차축 판스프링 각각의 기울기 센서로부터 상기 판스프링 기울기 정보를 수집하며, 차체 기울기 센서로부터 상기 차체 기울기 정보를 수집한다. 바람직하게 상기 허브는 상기 수집된 판스프링 기울기 정보에 기반하여 상기 차축의 중량값을 계산하고, 상기 계산된 차축 중량값을 상기 차체 기울기 정보에 기반하여 보정하며, 상기 보정된 차축 중량값 및 상기 수집된 차량 속도 정보에 따라 상기 타이어 안전지수가 정상 범위인지 판정한다. 나아가 상기 허브는 상기 타이어 안전지수가 상기 정상 범위를 벗어나면 차량 속도 제한과 엔진 시동 오프 중 적어도 하나의 제어를 위한 신호를 해당 제어기로 전송한다.
한편, 전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 차량 네트워크를 이용한 차량안전지수 모니터링 방법은 차량 내 다수의 제어기들로부터 차량 네트워크를 통해 차량 속도 정보를 수집하며, 차축 판스프링 기울기 정보 및 차체 기울기 정보를 수집하는 단계, 판스프링 기울기 센서별 상기 수집된 차축 판스프링 기울기 정보에 기반하여 상기 차축의 중량값을 각각 계산하는 단계, 상기 각각 계산된 차축의 중량값을 상기 수집된 차체 기울기 정보에 기반하여 보정하는 단계, 및 상기 보정된 차축 중량값 및 상기 수집된 차량 속도 정보에 따라 상기 타이어 안전지수가 정상 범위인지 판정하는 단계를 포함한다.
나아가 상기 방법은 상기 타이어 안전지수가 상기 정상 범위를 벗어나면 차량 속도 제한과 엔진 시동 오프 중 적어도 하나의 제어를 위한 신호를 상기 제어기들 중 해당 제어기로 전송하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 차량 내부 변경 없이 OBD 단자에 허브 유닛을 손쉽게 탈부착하여 사용 가능하게 한다. 또한 본 발명은 CAN 네트워크를 통하여 다중의 차량 속도 정보 및 판스프링과 차체의 기울기 정보를 실시간 모니터링하여 차량 안전 상황을 판단하며, 위험상황 판단시 CAN 신호를 이용하여 차량 속도 다운 및 엔진 시동 오프 제어를 할 수 있다.
이 같은 본 발명에 따르면, 차량용 네트워크(CAN, MOST 등) 전송이 가능한 모든 차종에 구현 가능하므로, 센서 부품의 교환과 소프트웨어 갱신만으로 시스템 성능향상을 얻을 수 있다. 또한 판스프링과 차체의 기울기 센서는 판스트링 상단에 고정되고 CAN 네트워크 인터페이스를 가지므로, 센서 부품의 노후화나 불량에 따른 탈부착이 용이하다. 또한 탈부착에 따른 차량 장치의 해제작업과정이 불필요하다. 또한 센서 모니터링 CAN 허브는 차량에 온보드(On-Board) 형식으로 탑재되므로, 운전석에서 실시간 확인이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 네트워크를 이용한 타이어 안전지수 모니터링을 위한 전체 시스템 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 부착 및 네트워크 연결 구성을 나타낸 시스템 구조도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 허브 구성을 보다 구체화한 전체 시스템 블록도.
도 4는 판스프링 기울기에 따른 차축 중량을 나타낸 그래프.
도 5는 차체 기울기에 따른 차축 중량을 나타낸 그래프.
도 6은 차속/차축 중량에 따른 타이어 안전지수 및 상태를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 네트워크를 이용한 타이어 안전지수 모니터링 방법 흐름도.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 네트워크를 이용한 타이어 안전지수 모니터링을 위한 전체 시스템 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 부착 및 네트워크 연결 구성을 나타낸 시스템 구조도이다.
도시된 바와 같이, 시스템은 차량 제어기(100)와 차축 판스프링 기울기 센서(200)와 차체 기울기 센서(300)와 OBD 단자(400)와 허브(500) 및 차량정보 표시부(600)를 포함한다. 차량 제어기(100)는 차량 속도를 발생하는 구성으로서, 차량 제어기(100)에는 엔진 제어기, 변속기 제어기, 클러스터 제어기, 및 타이어 압력 모니터링 시스템(Tire Pressure Monitoring System, TPMS)가 포함된다. 여기서 엔진 제어기와 변속기 제어기 및 클러스터 제어기는 각각 하나의 차량 속도 정보를 발생시키며, 타이어 압력 모니터링 시스템은 4개의 휠에서 3개의 차량 속도 정보를 발생시킨다. 이들은 모두 차량 속도 정보를 차량 OBD 단자(400)를 통해 CAN 네트워크로 전송한다. 차축 판스프링 기울기 센서(200)는 1축과 2축과 3축 및 4축 각각의 하중에 따른 판스프링의 변형 기울기 정보(기울기 값)를 검출하기 위한 4개의 센서로 구성되며, 검출된 판스프링의 변형 기울기 정보를 차량 OBD 단자(400)를 통해 CAN 네트워크로 전송한다. 차체 기울기 센서(300)는 차체의 진행방향 기울기 정보(기울기 값)를 검출하기 위한 센서로 구성되며, 검출된 차체의 진행방향 기울기 정보를 차량 OBD 단자(400)를 통해 CAN 네트워크로 전송한다.
OBD 단자(400)는 차량 속도 정보 및 기울기 정보를 허브(500)로 출력한다. 허브(500)는 일명 ‘센서 모니터링 CAN HUB’로 지칭될 수 있다. 허브(500)는 차량 OBD 단자(400)를 통해 차량 제어기(100)로부터 다중(7개) 차속 정보를 수집하고, 차축 판스프링 기울기 센서(200)로부터 차축 판스프링 기울기 정보를 수집하며, 차체 기울기 센서(300)로부터 차체의 기울기 정보를 수집한다. 허브(500)는 수집된 차축 판스프링 기울기 정보 및 차체의 기울기 정보에 기반하여 차축 판스프링 기울기 센서별 차축 중량을 계산하며, 계산된 차축 중량 및 차속 정보를 이용하여 타이어 안전지수 정상범위 여부를 판정한다. 그리고 차량정보 표시부(600)는 허브(500)로부터 전송된 차량 중량 및 타이어 안전지수를 표시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 시스템 및 도 1의 허브 구성을 보다 구체화한 블록도이고, 도 3은 판스프링 기울기에 따른 차축 중량을 나타낸 그래프이고, 도 4는 차체 기울기에 따른 차축 중량을 나타낸 그래프이며, 도 5는 차속/차축 중량에 따른 타이어 안전지수 및 상태를 나타낸 그래프이다.
허브(500)는 차량상태 판단부(510) 및 차량제어 신호 발생부(520)를 포함한다. 차량상태 판단부(510)는 엔진 제어기(110), 변속기 제어기(120), 클러스터 제어기(130), 및 TPMS(140)로부터 OBD 단자(400)를 통해 차량 다중 속도 정보를 주기적으로 수집하며, 또한 기울기 센서들로부터 차축 판스프링과 차체의 기울기 값을 수집한다. 차량상태 판단부(510)는 수집된 차축 판스프링 기울기 센서별 기울기값을 이용하여 각각의 차축 중량값을 계산하며, 그 계산식은 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
여기서 Y는 축중량이고, X는 기울기값이며, C는 공차시 축중량이다. 그리고 S는 판스프링 면적이고, L은 판스프링 길이이며, α는 판스프링 재질계수이다. 차량상태 판단부(510)는 수학식 1을 이용해 계산된 차축 중량값을 각 축(1~4축)별로 보정하며, 보정을 위한 계산식은 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
여기서 Y는 보정된 축별 중량이고, X는 차체 기울기값이고, C는 차축별 초기치이며, α는 차축별 보정계수이다. 차량상태 판단부(510)는 수학식 2를 이용하여 계산된 차축 중량과 차량 속도 정보를 이용하여 도 8에 도시된 바와 같이 타이어 안전지수가 정상범위에 속하는지 아니면 정상영역을 벗어나 위험영역에 속하는지 판단한다. 위험영역에 속할 경우, 차량제어 신호 발생부(520)는 차량상태 판단부(510)의 차량속도 및/또는 엔진시동 오프 제어 명령에 따라 차량제어신호를 차량 OBD 단자(400)를 통해 변속기 제어기 및/또는 엔진 제어기로 전송한다. 또한 차량제어 신호 발생부(520)는 차량 OBD 단자(400)를 통해 클러스터 제어기(130)로 경고등을 알람하도록 하는 차량제어신호를 전송한다. 그리고 차량정보 표시부(600)는 차량상태 판단부(510)로부터 타이어 하중 및 안전지수를 전달받아 차량정보 디스플레이 화면에 표시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 네트워크를 이용한 타이어 안전지수 모니터링 방법 흐름도이다.
허브(500)는 차량 내 제어기(엔진 제어기, 변속기 제어기, TPMS, 클러스터 제어기)로부터 다중(7개) 차량 속도 정보를 수집하며, 또한 기울기 센서로부터 2개의 차축 판스프링과 차체의 기울기값을 수집한다(S100). 허브(500)는 수집된 차축 판스프링 기울기값을 이용하여 차축(1~4축)별 중량값을 계산한다(S200). 구체적인 계산식은 수학식 1과 같다. 그 다음, 허브(500)는 계산된 차축 판스프링 기반 차축 중량값을 차체 기울기값을 이용하여 각 축(1~4축)별로 보정한다(S300). 허브(500)는 보정 계산된 차축 중량값과 차량 속도값을 이용하여 타이어 안전지수상태를 판단한다(S400). 타이어 안전지수값(차량 속도/차축 중량)이 기저장된 안전지수 기준값보다 20% 이상일 경우, 허브(500)는 차량제어가 필요한 위험 상태로 판단하고, 그렇지 않을 경우 정상적인 상태로 판단한다. 정상 상태로 판단된 경우, 허브(500)는 차량 타이어의 하중 및 안전지수 정보를 차량정보 표시부(600)로 출력하는 등의 정상 상태 로직을 처리한다(S500). 위험 상태로 판단된 경우, 허브(500)는 OBD 단자(400)의 CAN 네트워크를 통해 엔진 제어기 및/또는 변속기 제어기로 차량 속도 줄임(Vehicle Slowdown) 및/또는 엔진 시동 오프(Vehicle Immobilization) 명령을 CAN 메시지로 전송한다. 또한 허브(500)는 클러스터 제어기(130)로 클러스터 계기판에 구비된 경고등을 알람 제어하라는 차량제어신호를 전송한다. 이후, 허브(500)는 차량의 시동 온/오프를 판단하여 시동 오프 상태이면 안전운전 감시 로직을 종료하고, 시동 온 상태이면 다시 차량 속도 정보 및 기울기값 수집 단계로 이동한다(S700).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 차량 제어기 110 : 엔진 제어기
120 : 변속기 제어기 130 : 클러스터 제어기
140 : TPMS 200 : 차축 판스프링 기울기 센서
300 : 차체 기울기 센서 400 : OBD 단자
500 : 허브 510 : 차량상태 판단부
520 : 차량제어 신호 발생부 600 : 차량정보 표시부

Claims (7)

  1. 차량 네트워크 통신용 단자; 및
    상기 단자를 통해 차량 제어기들 및 기울기 센서들로부터 차량 속도 정보와 차축 판스프링 및 차체 기울기 정보를 수집하며, 상기 수집된 정보에 기반하여 타이어 안전지수에 정상 범위인지 판정하는 허브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 네트워크를 이용한 차량안전지수 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단자는 OBD(On Board Diagnostics) 단자임을 특징으로 하는 차량 네트워크를 이용한 차량안전지수 모니터링 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 허브는 엔진 제어기와 변속기 제어기와 클러스터 제어기 및 타이어 압력 모니터링 시스템으로부터 차량 속도 정보를 수집하고, 상기 차축 판스프링 각각의 기울기 센서로부터 상기 판스프링 기울기 정보를 수집하며, 차체 기울기 센서로부터 상기 차체 기울기 정보를 수집함을 특징으로 하는 차량 네트워크를 이용한 차량안전지수 모니터링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 허브는 상기 수집된 판스프링 기울기 정보에 기반하여 상기 차축의 중량값을 계산하고, 상기 계산된 차축 중량값을 상기 차체 기울기 정보에 기반하여 보정하며, 상기 보정된 차축 중량값 및 상기 수집된 차량 속도 정보에 따라 상기 타이어 안전지수가 정상 범위인지 판정함을 특징으로 하는 차량 네트워크를 이용한 차량안전지수 모니터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 허브는 상기 타이어 안전지수가 상기 정상 범위를 벗어나면 차량 속도 제한과 엔진 시동 오프 중 적어도 하나의 제어를 위한 신호를 해당 제어기로 전송함을 특징으로 하는 차량 네트워크를 이용한 차량안전지수 모니터링 장치.
  6. 차량 내 다수의 제어기들로부터 차량 네트워크를 통해 차량 속도 정보를 수집하며, 차축 판스프링 기울기 정보 및 차체 기울기 정보를 수집하는 단계;
    판스프링 기울기 센서별 상기 수집된 차축 판스프링 기울기 정보에 기반하여 상기 차축의 중량값을 각각 계산하는 단계;
    상기 각각 계산된 차축의 중량값을 상기 수집된 차체 기울기 정보에 기반하여 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 차축 중량값 및 상기 수집된 차량 속도 정보에 따라 상기 타이어 안전지수가 정상 범위인지 판정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 네트워크를 이용한 타이어 안전지수 모니터링 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 타이어 안전지수가 상기 정상 범위를 벗어나면 차량 속도 제한과 엔진 시동 오프 중 적어도 하나의 제어를 위한 신호를 상기 제어기들 중 해당 제어기로 전송하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 네트워크를 이용한 타이어 안전지수 모니터링 방법.
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