KR0145271B1 - 외란 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본원은 외란 관찰자(52, 88, 30)가 휠의 검출된 각속도를 근거로 하여 자동차의 차륜(14)에 작용하는 외란을 추정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 방법의 한 형태로, 휠 각속도는 외란에 의해 야기되는 휠 각속도 변화량을 근거로 하여, 상기 외란에 대해 보상된다. 상기 방법의 또다른 형태도, 휠의 각가속도 및 외란을 관찰자에 의해 추정되고 휠의 관성 모멘트를 추정된 외란과 휠의 각가속도간의 관계식에 따라서 얻어낸다.

Description

외란 검출 장치

제 1 도는 자동차의 차륜(tired wheel)에 작용하는 외란(disturbance)을 검출하는데 적응된 본 발명의 외란 검출 장치의 제 1 실시예를 나타내는 개략적인 블럭도.

제 2 도는 제 1 도에 도시된 장치에 의해 외란이 검출되는 차륜의 단편적인 단면도.

제 3 도는 제 2 도에 도시된 차륜의 역학적 모델의 도시도

제 4 도는 제 1 도에 도시된 장치의 기능적인 요소들을 나타내는 블럭도.

제 5 도는 본 장치에 사용된 컴퓨터의 판독 전용 메모리 (read-only memory)에 기억된 제 1 제어 프로그램에 따른 차륜의 회전 속도 변화를 얻기 위한 루틴을 나타내는 흐름도.

제 6 도는 제 5 도의 판독 전용 메모리에 기억된 제 2 제어 프로그램에 따른 휠 속도 계산/보상 루틴을 나타내는 흐름도.

제 7 도는 제 5 도의 루틴의 S8 단계에 사용된 회전수(N)와 자동차 속도(V) 사이의 관계를 나타내는 그래프도.

제 8 도는 본 장치에 의해 검출된 외란의 근사치를 설명하는 그래프도.

제 9 도는 본 장치에 이용된 외란 관찰자를 나타내는 블럭도.

제 10 도는 제 5 도의 판독 전용 메모리에 기억된 제 3 제어 프로그램에 따른, 차륜의 스프링 상수 변화를 얻기 위해 상관을 계산하는 루틴을 나타내는 흐름도.

제 11 도는 제 5 도의 판독 전용 메모리에 기억된 제 4 제어 프로그램에 따른, 차륜의 관성 모멘트 변화를 얻기 위해 상관을 계산하는 루틴을 나타내는 흐름도.

제 12 도는 제 5 도의 판독 전용 메모리에 기억된 제 5 제어 프로그램에 따른, 차륜의 또다른 관성 모멘트 변화를 얻기 위해 상관을 계산하는 루틴을 나타내는 흐름도.

제 13 도는 본 발명의 제 2 실시예에서 사용되는, 제 10 도의 루틴과 유사한 루틴을 나타내는 흐름도.

제 14 도는 본 발명의 제 3 실시예에 따라 구성된 외란 검출 장치의 기능적 요소들을 나타내는 블록도.

제 15 도는 제 14 도에 도시된 장치에 사용된 컴퓨터의 판독 전용 메모리에 기억된 제어 프로그램에 따른 외란 관찰자 제어 루틴을 나타내는 흐름도.

제 16 도는 본 발명의 제 4 실시예에 이용된 외란 관찰자의 역학적 모델의 도시도.

제 17 도는 본 발명의 제 5 실시예에 이용된 외란 관찰자의 역학적 모델의 도시도.

제 18 도는 본 발명의 외란 검출 장치의 한 형태로서 제공된 체인(chain)검출 수단에 사용되는 컴퓨터의 판독 전용 메모리에 기억된 제어 프로그램에 따른, 차륜에 설치된 체인을 검출하는 루틴을 나타내는 흐름도.

제 19 도는 본 발명의 제 6 실시예에 이용된 외란 관찰자의 역학적 모델의 도시도,

제 20 도는 제 19 도에 도시된 역학적 모델의 개략도.

제 21 도는 제 19 도의 실시예에 따른 장치의 기능적 요소를 나타내는 블럭도.

제 22 도는 제 21 도의 장치에 사용되는 컴퓨터를 도시하는 블럭도.

제 23 도는 제 22 도에 도시된 컴퓨터의 판독 전용 메모리에 기억된 제어 프로그램에 따른, 차륜의 공기압을 검출하는 루틴을 나타내는 흐름도.

제 24 도는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 타이어 공기압 검출 루틴을 나타내는 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 로터(rotor) 14 : 차륜

16 : 톱니 32 : 비틀림 스프링

42 : ROM 44 : RAM

[본 발명의 분야]

본 발명은 차륜(tired wheels) (이하에서 자동차 휠 또는 휠로도 불리움)에 작용하는 외란(disturbances) 또는 노이즈를 검출하는 장치, 및 그 외란 검출 장치를 사용하는 방법에 관한 것이다.

[관련기술의 설명]

자동차를 제어하기 위해, 자동차가 도로 표면을 접촉할때 유일하게 도로와 접촉되는 것이 휠이기 때문에, 자동차 휠의 동작(behaviors) 및 변화 특성을 아는 것이 유용하고 중요하다. 그러나, 자동차 주행동안, 자동차 휠의 동작 및 변화 특성을 직접적으로 검출하는 것이 쉽지 않은데, 왜냐하면 휠이 자동차 본체에 상대적으로 변화하도록 휠이 서스펜션(suspension) 시스템을 통해 자동차 본체에 부착되어 있기 때문이고, 또한 휠이 회전하기 때문이다.

알맞은 탄성도를 유지하도록 압축된 공기에 의해 팽창된 타이어를 갖는 휠이 장착되는 자동차에서, 예를들어, 타이어의 공기압은 휠의 동작 특성에 중요한 효과 또는 영향을 갖는다. 따라서, 휠 타이어의 공기압 레벨을 검출하는 것이 바람직하나, 타이어 압력을 검출하는 것은 어렵다.

휠 타이어의 공기압은 타이어에 부착된 공기(pneumatic) 압력 센서에 의해 검출된다. 그러나, 회전하는 타이어의 센서 출력을 자동차 주행동안 자동차 본체 상의 소정의 위치에 전달하는 것이 쉽지 않다. 도로 표면과 자동차 본체간의 거리 변화에 근거하여 타이어 압력을 결정하는 것이 가능한데, 이러한 거리 변화는 타이어 압력이 낮아질때 휠 타이어의 변형으로 발생한다. 또한, 하나이상의 휠의 타이어 압력 감소는, 휠의 검출된 회전 속도에 따라, 타이어 압력이 회전 속도 증가와 함께 감소한다는 사실에 근거해서 다른 휠의 타이어 압력과 비교하여 추정할 수 있다. 그러나, 상기 방법은 타이어 압력의 정확한 검출을 보장하지 못한다. 특히, 모든 휠의 타이어 압력이 낮아지면, 상기 휠 속도 검출 방법은 휠의 타이어 압력 감소를 검출하지 못한다.

자동차 휠의 타이어 압력 변화를 검출하는 어려움에 비추어볼때, 일본 출원 제 62-149502호는, 휠에 작용하는 외부의 힘이 어떤 이유로 변화할때, 예를들어, 휠이 도로 표면의 돌출부를 통과할때, 타이어 압력이 대응하는 휠의 회전 속도 변화량 또는 변화 속도와 함께 변화한다는 사실에 따라 동작하는 타이어 압력 검출 장치를 제안하고 있다. 휠 회전 속도의 최대 변화량 값이 타이어 압력의 감소와 함께 감소하기 때문에, 타이어 압력은 휠 속도 변화량의 검출된 최대값을 근거로 추정될 수 있다. 문제의 타이어 압력 검출 장치는, 휠 속도 변화의 검출량이 그 설정된 임계값 이상일때 신호를 발생시키는 신호 발생 수단과, 그 신호에 응답하여 휠 속도의 최대 변화량 값을 근거로 해서 타이어 압력을 추정하는 타이어 압력 추정 수단을 포함한다.

그러나, 상기 언급된 장치로 하여금 타이어 압력을 검출하게 되는 도로 표면상태는 제한된다. 상세하게 설명해서, 관련된 휠이 도로 표면에서 하나의 돌출물을 치고 주행할때만, 타이어 압력은 검출된 휠 속도 최대 변화량 값으로부터 추정될 수 있다.

휠이 울퉁불퉁하거나 빨래판과 같은 도로 표면상에서 연속적인 돌출물 및 오목한 곳을 지날 때, 상기 돌출물 및 오목한 곳으로 기인한 휠의 회전 속도 변화는 서로 겹쳐지게 됨으로써, 검출된 휠 속도 최대 변화량 값이 타이어 압력과 상응하지 않고, 타이어 압력을 정확하게 검출하는 것이 불가능하게 된다.

자동차 휠의 타이어 압력을 검출하는 데의 어려움은 상기 예에서 설명되었지만, 자동차 휠 및/또는 타이어의 또다른 특성의 변화 상태 검출에도 어려움이 있으며, 즉, 휠의 회전 속도, 가속도 및 편심 반경(eccentricity), 금속 휠 부재의 교체, 타이어 마모, 및 타이어에 외부 물체 부착 등의 검출에 어려움이 있다.

휠에 작용하여 동작 및 그 변화 특성에 영향을 미치는 외란 또는 노이즈가 정확하게 검출되면, 자동차 휠의 동작 및 변화특성을 추정하는 것은 용이하지만, 자동차 휠에 작용하는 외란을 정확하게 검출할 수 있는 장치는 공지되어 있지 않다.

[발명의 개요]

본 발명의 제 1 목적은 자동차의 회전 휠에 동작하는 외란 또는 노이즈를 검출할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 동작을 검출하고 자동차 휠 특성을 변화시키고, 외란 검출 장치를 사용하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 제 1 목적은 본 발명의 제 1 양상에 따라 실현될 수 있으며, 자동차의 차륜에 작용하는 외란을 검출하는 외란 검출 장치를 제공하고 이 장치는 차륜의 각 속도를 검출하는 각속도 검출 장치와

그 각속도 검출 장치에 의해 검출된 차륜의 최소한의 각속도를 근거로 해서 차륜에 작용하는 외란을 추정하는 외란 관찰기(observer)를 구비한다. 외란 관찰기는 차륜 상태의 변수중 한 변수로 외란을 추정한다. 예를들면, 외란 관찰기는 소정의 관성 모멘트를 갖는 일체형의 회전체에 외란 작용하는 차륜의 동적인 모델에 따라 설계된다.

차륜에 작용하는 외란은 도로 표면의 불규칙성으로 인한 도로 표면으로부터 휠에 주어지는 외란에 한정되지 않는다. 도로 표면의 불규칙성에 의해 발생된 외란이 전체의 외란 성분중 가장 큰 성분인 반면, 차륜은 타이어의 관성 모멘트 또는 공기압의 변화 또는 변경에 기인한 것과 같은 또다른 외란 성분을 갖는다. 차륜의 관성 모멘트는 다이어 마모, 타이어에 외부 물체 부착, 및 타이어 또는 금속 휠 부재를 새 것으로 교체시키는 것으로 인해 변화한다. 필요하다면, 외란의 선택된 성분과 기타의 성분을 제거하도록 외란의 변화 상태를 분석함으로써, 상이한 소스(sources)로부터 발생하는 각각의 외란 성분들을 추정할 수 있다.

본 발명에 따라 구성된 외란 검출 장치는 최소한 차륜의 각속도에 근거하여 외란을 쉽게 추정할 수 있으나, 종래의 장치에 의해서는 외란이 검출되기가 불가능하거나 어렵다.

상기 제 2 목적은 본 발명의 제 2 양상에 따라 실현될 수 있으며, 자동차 차륜의 각속도를 보상하는 방법을 제공하고, 이 방법은 다음 단계, 즉,

휠에 작용하고 있는, 상기 구성의 외란 검출 상치에 의해 검출되고 각속도 변화량을 유발하는 외란을 근거로, 차륜의 각속도 변화량을 얻는 단계 및:

상기 각속도 변화량을 근거로 하여, 외란 검출 장치의 각속도 검출 장치에 의해 검출된 차륜의 각속도를 보상하는 단계로 구성된다.

상세히 설명하면, 각속도 검출 장치에 의해 검출된 차륜의 각속도는, 차륜에 작용하고 외란 검출 장치에 의해 추정되는 외란을 근거로 하여, 그 얻어진 각속도 변화량에 의해 보상된다. 따라서, 본 방법은 본 발명의 외란 검출 장치의 한 적용예이다.

각속도는 자동차 주행 속도를 추정하는데 사용될 수 있다. 이 경우, 평균 각속도는 각속도의 고주파 주기의 변화에 의해 영향받지 않기 때문에, 자동차 속도를 추정하기 위해 휠의 평균 각속도가 이용된다. 그러나, 자동차의 제동 또는 가속중에 휠의 초과 미끄러짐(excessive slipping)을 방지하기 위하여, 휠의 각속도가 안티로크(anti-lock) 또 견인 제어 방식에서 휠 제동력 또는 견인력을 조정하는 휠 속도 추정에 사용되는 경우, 도로면으로부터 휠에 주어지는 외란으로 인해 휠의 각속도의 비교적 고주파 주기의 변화는 검출 각속도로부터 추정된다. 이것은 본 발명에 따른 각속도 보상 방법에 의해 충족될 수 있으며, 각속도가 비교적 고속으로 변화할때라도 차륜의 각속도를 공지된 방법보다 더 정확하게 검출할 수 있다.

또한, 상기 제 2 목적은 본 발명의 제 3 양상에 따라 실현될 수 있으며, 자동차 차륜의 관성 모멘트 변화량을 얻는 방법을 제공하고, 이 방법은 다음의 단계,

즉,

차륜의 각가속도 및 차륜에 작용하는 외란을 추정하기 위해, 전술한 바와 같이 구성된 외란 검출 장치를 조작하는 단계 및,

외란과 차륜의 각가속도간의 관계에 따라 타이어 휠 관성 모멘트 변화량을 얻는 단계로 구성된다. 차륜의 관성 모멘트 변화량을 얻는 본 방법은 본 발명의 외란 검출 장치의 또다른 적용예이다. 즉, 외란 검출 장치의 각속도 검출 장치에 의해 검출된 각속도로부터 휠의 각가속도가 계산될 수 있다. 휠의 관성 모멘트 변화량은 휠의 계산된 각가속도와 외란 관찰기에 의해 추정되는 외란간의 관계에 따라 얻어질 수 있다. 차륜의 관성 모멘트 변화 상태를 분석하면 차륜의 다양한 변화에 관한 정보를 얻는다. 차륜의 관성 모멘트 변화가 타이어의 마모에 의해서만 발생하는 상황이 나타나면, 예컨대, 관성 모멘트 변화량으로부터 타이어 마모량이 추정될 수 있다. 대개, 차륜의 관성 모멘트의 비교적 저속 또는 점진적 감소에 의해서 타이어의 마모가 반영된다. 자동차의 특별주행중 관성 모멘트가 증가하면, 타이어에 어떤 외부 물체가 부착됨 , 예컨대 타이어의 트레드 홈(tread groove) 안에 돌이 삽입됨을 암시한다. 자동차의 시동후 차륜의 관성 모멘트가 급격히 변화하면, 차륜의 금속 휠 부재 및 타이어중 적어도 하나의 교체를 나타낸다.

외란의 선택된 성분 또는 기타의 성분을 제거하는데, 상기 방법의 외란 관찰기에 의해 얻어진 정보이외의 정보가 이용될 수 있다. 예컨대, 자동차 주행중의 차륜의 관성 모멘트 변화 정보는, 검출된 변화가 금속 휠 부재의 교체에 의해 발생된 것이 아님을 판정할 수 있다. 환언하면, 판정은 차륜의 각속도가 계속해서 0보다 크다는 정보, 또는 자동차의 파워온(power-on) 스위치가 계속해서 ON 이라는 정보를 요구한다.

더우기, 제동 동작, 예컨대 제동 페달의 동작을 검출하도록 제공된 제동 스위치의 출력 신호, 또는 제동 유압(예컨대, 휠 브레이크 실린더내의)을 검출하도록 제공된 압력 센서의 출력 신호에 따라서, 휠에 제동력이 인가되는지 안되는지의 여부를 결정할 수 있다. 또한, 가속 페달의 동작 위치에 따라서 구동 휠에 구동 토오크(driving torque)가 인가되는지 안되는지의 여부를 결정할 수 있다.

또한, 도로 표면의 불규칙성 또는 도로 표면의 영향을 검출하도록 적응된 센서의 출력 신호에 따라서, 도로 표면으로 부터 휠에 공급된 외란의 크기를 추정할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 3 양상에 따른 방법은 차륜의 관성 모멘트 변화량을 검출할 수 있게 하고, 타이어의 마모, 외부 물체의 타이어 부착 및 차륜의 타이어 및/또는 금속 휠 부재의 교체를 검출하는데 이용될 수 있다. 게다가, 본 발명은 외란 관찰기의 변수로서 사용되는 관성 모멘트가 검출된 관성 모멘트의 변화량을 근거로 조정될 수 있기 때문에, 외란 관찰기의 외란 추정 정확도를 개선하는데 유리하다.

본 발명에 따른 외란 검출 장치의 한가지 유리한 형태로는, 차륜에 공급되는 구동 토오크와 제동 토오크중 최소한 하나를 검출하기 위한 토오크 검출기가 제공되며, 외란 관찰기는 적어도 차륜의 각속도와 그 구동 토오크 및/또는 제동 토오크를 근거로 외란을 추정한다. 구동 토오크 및/또는 제동 토오크 및 휠의 각속도는 외란을 추정하기 위해 외란 관찰기에 의해서 사용되기 때문에, 외란 추정의 정확도는 자동차의 특별 주행 조건, 예컨대 양의 구동 조건(엔진에서 구동 휠로 공급되는 구동력을 갖음), 음의 구동 조건(휠에 공급되는 제동력을 갖음), 또는 코스팅 (coasting) 조건(휠에 공급되는 구동력이나 제동력이 없음) 각각을 개선시킬 수 있다.

상기 외란 검출 장치의 또다른 장점은 각속도 검출 장치에 의해 검출된 차륜의 각속도에 대한 가변 성분을 얻는 수단이 존재한다는 것과, 상기 외란 관찰기는 차륜의 각속도에 대한 최소의 가변 성분에 기초하여 외란을 추정한다는 것이다.

차륜의 각속도에 대한 가변 성분을 얻는 상기 수단은 각속도 검출 장치에 의해 검출된 각속도의 고주파 성분만 통과시키는 아날로그 또는 디지탈 필터로 될 수 있다.

외란 검출 장치의 또다른 장점에 의하면, 상기 외란 관찰기는 림(rim), 벨트(belt)가 비틀림 스프링(torsion spring)에 의해 상호 회전가능하게 상호 연결된 차륜의 역학 모델에 의하여 설계된다는 점이다. 이러한 장치에 있어서, 상기 각속도 검출 장치는 림의 각속도를 검출하기 위해서 적용되고, 상기 외란 검출기는 상기 림의 최소의 각속도에 기초하여 외란을 추정하기 위해서 적용된다.

이와 같은 형태의 장치에 있어서, 휠에 있는 림의 각속도는 벨트의 가속도 차이만큼 검출된다. 이것에 관해서, 상기 림의 각속도는 차륜의 금속 휠 부재에 대한 각속도가 고려되는 반면, 상기 벨트의 각속도는 도로 표면과 접촉하는 타이어의 외부 표면에서의 각속도가 고려되는 것에 주목한다. 상기 림의 각속도는 공지된 장치에 의해서 검출될 수 있는데, 이 공지된 장치는 예컨데, 외부 바깥둘레를 따라 형성된 톱니(teeth)를 갖는 로터, 및 이러한 톱니의 통과를 검출하기 위해서 적용된 자기 픽업(pick-up)을 이용한다. 다른 한편, 벨트의 각속도는 측정에 의해 검출될 수는 없지만, 추정될 수는 있다.

또한, 림과 역학 모델 벨트 사이의 비틀림 각은 추정될 수 있고, 비틀림 스프링의 스프링 상수에 대한 변화량은 추정된 외란과 비틀림 각사이의 관계에 따라 얻어질 수 있다. 비틀림 스프링의 스프링 상수가 타이어의 공기압과 밀접한 관계를 가지기 때문에, 공기압의 변화는 위에서 설명된 외란 검출 장치의 장점을 이용함으로써 검출될 수 있다.

따라서, 상기 제 2 의 목적은 본 발명의 또다른 특징에 따라 실현될 수 있는데, 본 발명의 또다른 특징은 위에서 설명한 외란 검출 장치를 이용하는 차륜에 대한 공기압의 변화를 검출하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 다음의 단계

즉,

차륜에 작용하는 외란 뿐만아니라 림과 벨트사이의 비틀림 각을 추정하기 위해서 위에서 설명된 외란 관찰기를 운용하는 단계 및,

외란과 비틀림 각사이의 관계에 의하여 차륜의 공기압 변화량을 얻는 단계를 포함한다.

위의 방법에 따르면, 타이어의 공기압 변화는 상기 언급된 일본 출원 제 62-149502호에서 설명된 종래의 기술 장치에서와 같이 불규칙한 도로 표면의 영향 없이도 어떠한 시간에서도 얻어질 수 있다.

외란과 비틀림 각사이의 관계는 외란과 비틀림 각사이의 관계의 변화를 나타내는 연속 상관값을 얻고,

외란과 외란 관찰기에 의해 연속적으로 얻어진 비틀림 각사이의 상호 상관 (cross-correlation) 함수를 분할하여, 외란 관찰기에 의해 연속적으로 얻어진 비틀림 각의 자기 상관(auto-correlation) 함수에 의해 얻어질 수 있다. 각각의 표준화된(normalized) 상관값은 외란 및 비틀림 각에 대한 소정 수의 추정치를 얻을 때마다 구해진다. 그러나, 표준화된 상관값을 얻는 방법은 추정된 외란과 비틀림각 값들을 저장하는 상당히 큰 저장량을 갖는 메모리가 필요하다. 이러한 단점에 있어서, 이전의 표준화된 상관값에 기초한 현재의 표준화된 상관값, 현재의 외란값과 현재의 비틀림각 값의 곱, 및 현재의 비틀림각 값의 제곱(square)을 얻는 것이 바람직하다. 이러한 현재의 방법에 따르면, 타이어의 공기압은 표준화된 상관값을 저장하는 메모리의 용량 증가를 최소화하면서 연속적으로 검출될 수 있다.

림, 벨트, 및 비틀림 스프링을 포함하는 역학 모델에 따라 외란 관찰기를 설계한 외란 검출 장치의 양호한 한 장치에 있어서,

차륜의 관성 모멘트 변화량을 검출하는 수단 및,

이 검출된 차륜의 관성 모멘트 변화량에 근거하여, 외란 관찰기에 의해 변수로서 이용된 차륜의 관성 모멘트를 보상하는 수단이 제공된다.

상기 장치에 의하면, 외란 관찰기에 의해 변수로서 이용된 차륜의 관성 모멘트는 검출된 변화량에 의해서 조정된다. 차륜의 관성 모멘트가 일반적으로 일정하게 남아 있기 때문에, 상기 외란 관찰기는 외란을 추정하기 위해서 관성 모멘트와 같이 일정값으로 이용될 수 있다. 그러나, 차륜의 관성 모멘트는 실제로 변화하며, 따라서, 관성 모멘트의 변화량 검출 및 외란의 추정에 대한 정확성을 개선하기 위하여, 관찰기에 의해 이용된 관성 모멘트를 보상하는 것이 적합하다.

동일한 형태의 장치에 대한 또다른 양호한 장치는

비틀림 스프링의 스프링 상수 변화량을 검출하는 수단 및,

상기 비틀림 스프링의 스프링 상수에 대하여 검출된 변화량에 기초하여 외란 관찰기에 의해 변수로서 이용된 스프링 상수를 보상하는 수단을 또한 포함한다.

동일한 형태의 상기 장치에 대한 또다른 양호한 장치는 상기 외란 관찰기가 림의 최소 각속도(ω_R)에 근거하여 림과 벨트 사이의 외란(W₂) 및 비틀림각(θ_RB)을 추정하는 수단을 구비한다. 이러한 장치에 있어서, 상기 장치는 외란 관찰기에 의해 추정된 외란(W₂)과 비틀림각(θ_RB) 사이의 관계에 따라, 비틀림 스프링에 대한 스프링 상수(K)의 변화량(ΔK)을 검출하는 상수 변화 검출 장치를 더 구비한다. 상기 외란(W₂)은 다음 등식에 의해 정의된다.

W₂= (-1/J_B)T_d+ (ΔK/J_B) θ_RB

상기 식에서, JB 는 벨트의 관성 모멘트이고,

T_d는 자동차가 달리는 도로 표면으로부터

벨트에 적용된 외란 토오크이다.

위의 구성에서 이 장치는 공기압 검출 수단을 더 구비하는데, 이 공기압 검출 수단은 일정한 변화 검출 장치에 의해 검출된 비틀림 스프링의 스프링 상수 K의 변화량 ΔK 에 상당하는 차륜의 공기압의 변화량 ΔP 을 변화량 ΔK 및 ΔP 사이의 소정의 관계식에 따라 검출하는 수단이다. 이 장치는 외란 관찰기에 의해 어떤 변수로 사용된 스프링 상수를 상수 변화 검출 장치에 의해 검출한 비틀림 스프링의 스프링 상수 K 의 변화량 ΔK 에 기초해서 보상해 주는 수단을 더 구비한다.

본 장치와 똑같은 형태의 또다른 장치에서 외란 관찰기는 최소한 림의 각속도 ω_R에 근거하여 외란 W₂와 벨트의 각속도 ω_B를 추정하는 수단을 구비한다.

이 구성에서 장치는 외란 관찰기에 의해 추정된 벨트의 각속도 ω_B에 기초해서 벨트의 각가속도 ω_B' 를 얻기 위한, 그리고 외란 관찰기가 검출한 외란 W₂과 벨트의 각가속도 ω_B' 사이의 관계에 따라 벨트의 관성 모멘트 J_B의 변화량 ΔJ_B를 검출하기 위한 관성 모멘트 변화 검출 장치를 구비한다. 이 구성에 의해 추정된 외란 W₂는 아래 방정식으로 정의된다.

W₂= (-1/J_B)T_d- (ΔJ_B/J_B)ω_B'

여기서, T_d: 자동차가 주행하는 도로 표면으로부터 벨트로 인가되는 외란 토오크

위와 같은 장치에서 이 장치는 관성 모멘트 변화 검출 장치에 의해 검출된 벨트의 관성 모멘트 J_B의 변화량 ΔJ_B에 근거하여, 차륜의 타이어에 붙은 외부 물체를 찾아내는 수단을 더 구비한다.

동일한 장치에서 이 장치는 관성 모멘트 변화 검출 장치에 의해 검출된 벨트의 관성 모멘트 J_B의 변화량 ΔJ_B에 근거하여 차륜의 타이어에 설치된 체인을 검출하는 수단을 더 구비한다.

동일한 장치에서 이 장치는 상기 관성 모멘트 변화 검출 장치에 의해 검출된 벨트의 관성 모멘트 J_B의 변화량 ΔJ_B에 근거하여 타이어의 마모량을 검출하는 수단을 더 구비한다.

동일한 장치에서 이 장치는 상기 관성 모멘트 변화 검출 장치에 의해 검출된 벨트의 관성 모멘트 J_B의 변화량 ΔJ_B에 근거해서 외란 관찰기가 변수로 사용하는 벨트의 관성 모멘트 J_B를 보상해 주는 보상 수단을 더 구비한다.

동일 형태 장치의 또다른 장치에서, 외란 관찰기는 최소한 림의 각속도 ω_R에 기초해서, 외란 W₁을 추정하는 수단을 구비한다. 이런 구성에서 이 장치는 외란 관찰기가 추정한 림의 각속도 ω_R에 기초해서 림의 각가속도 ω_R' 를 얻는, 그리고 외란 관찰기가 검출한 외란 W₁과 림의 각가속도 ω_R' 사이의 관계식에 따라서 림의 관성 모멘트 J_R의 변화량 ΔJ_R을 검출하는 관성 모멘트 변화 검출 장치를 더 구비한다. 외란 W₁은 아래 방정식에 의해 정의된다.

W₁= - ( ΔJ_R/J_R)ω_R'

이러한 구성에서 이 장치는 관성 모멘트 변화 검출기가 검출한 림의 관성 모멘트 J_R의 변화량 ΔJ_R에 기초해서 차륜의 금속 휠 부재의 교체를 검출하는 수단을 더 구비한다.

훨씬 장점이 많은 형태의 외란 검출 장치에 따르면, 외란 관찰기는 평행하게 놓여 있는 비틀림 스프링과 댐버 (damper)에 의해 상호 회전할 수 있도록 연결된 림과 벨트가 있는 동적 모델의 차륜에 따라 설계된다. 이런 형태의 장치에서 각속도 검출 장치는 림의 각속도를 검출하고 외란 관찰기는 림의 각속도에 기초해서 외란을 추정한다. 이런 형태의 장치는 림과 벨트가 비틀림 스프링에 의해서만 연결되어 있는 동적 모델에 따라 설계된 외란 관찰기가 있는 장치에서의 장점들과 동일한 장점들을 제공한다. 그렇지만, 외란 관찰기에 의한 외란 측정의 정확성은 비틀림 스프링 뿐만 아니라 댐퍼도 고려했기 때문에 향상된다.

위와 같은 형태의 장치의 한 구성에서 외란 관찰기는 림의 등가 선형 변위 속도 X_R' 로서 림의 각속도를 사용하고, 림의 등가 선형 변위 속도 X_R' 에 기초해서 림과 벨트 사이의 등가 상대 선형 변위 X_RB벨트의 등가 선형 변위 속도 X_B' 및 외란 W₂를 추정한다. 이러한 구성에서 이 장치는 댐퍼의 댐핑 계수 Dw 의 변화량 ΔDw 와, 비틀림 스프링의 스프링 상수 Kw 의 변화량 ΔKw 와, 등가 선형 변위 속도 X_B'와, 외란 관찰기에 의해 추정되는 등가 상대 선형 변위 X_RB와, 각속도 검출 장치에 의해 검출되는 등가 선형 변위 속도 X_R' 을 검출하는 상수 변화 검출 장치를 구비한다. 이런 구성에서 추정된 외란 W₂는 다음 방정식에 의해 정의된다.

W₂= (ΔDw / m_B) (X_R'-X_B') + (ΔKw / m_B)X_RB+ F_d/m_B

여기서, m_B: 벨트의 등가 관성질량

F_d: 자동차가 주행하는 도로 표면에서 벨트에 인가되는 외란 토오크와 등가인 외란력.

위의 구성에서 상수 변화 검출 장치는 댐핑 계수 Dw의 변화량 ΔDw 와 스프링 상수 Kw 의 변화량 ΔKw 를 검출하는데, (ΔDw/m_B)(X_R'-X_B')+(ΔKw/m_B)X_RB의 이론적 근사값과 추정된 외란 W₂의 차이의 제곱으로서 시간 간격을 두고 얻어진 이 제곱값의 평균을 실질적으로 최소화시키는 방식으로 검출한다.

본 발명에 따른 검출 장치의 또다른 형태에서 외란 관찰기는 자동차 서스펜션 시스템에 연결된 차륜의 동적 모델에 따라 설계된다. 여기서 자동차의 스프렁(sprung) 질량체와 언스프렁(unsprung) 질량체로서의 차륜은 서스펜션 시스템을 통해 서로 회전할 수 있도록 연결되어 있으며, 림과 벨트는 비틀림 스프링에 의해 서로 상대적으로 움직일 수 있도록 연결되어 있다. 상기 형태의 장치에서 외란 관찰기는 차륜의 각속도에 기초해서 외란을 추정한다.

상기 형태의 장치에서 외란 관찰기를 설계하는 데에는 차륜 뿐만 아니라 서스펜션 시스템도 고려 대상이 된다. 이것은 더 많은 아이템(item)에 대한 추정을 관찰기가 수행하도록 허용하고 자동차 제어에 유용한 증가된 정보량을 제공한다. 게다가, 관찰기에 의한 외란의 추정의 정확성이 더 개선된다.

본 발명 장치의 또다른 유리한 장치에 있어서, 차륜의 각속도의 주기적 변화의 주파수와, 외란 관찰기가 높은 정확성을 가지고 외란을 추정하는 최적 주파수 사이의 차이가 소정의 값보다 크지 않을 경우, 외란 관찰기의 동작을 저지하는 저지 수단이 제공된다.

상기 장치의 또다른 유리한 장치는

자동차의 주행 속도를 검출하는 자동차 속도 센서,

상기 자동차 속도 센서에 의해 검출되는 자동차의 주행 속도와 상기 각속도 검출 장치에 의해 검출되는 차륜의 각속도 사이의 차이를 계산하는 속도차 계산 수단,

상기 속도차 계산 수단에 의해 계산되는 차이를 근거로 차륜의 각속도의 주기적 변화량을 추정하는 주기적 변화량 추정 수단 및,

상기 주기적 변화량 추정 수단에 의해 추정되는 주기적 변화량에 근거하여 상기 각속도 검출 장치에 의해 검출되는 차륜의 각속도를 보상하는 각속도 보상 수단을 구비하며, 외란 관찰기는 상기 각속도 보상 수단에 의해 보상된 차륜의 각속도를 수신한다.

자동차가 일정한 속도로 주행하는한, 각속도 검출 장치에 의해 검출되는 차륜의 각속도는 일정하다. 즉, 시간에 따라 변하지 않는다. 그러나, 제조와 관련된 차륜의 어떤 피할 수 없는 에러의 존재로, 차륜의 검출된 각속도는 실제로는 시간에 따라 다소 변할 것이다. 즉, 각속도 검출 장치에 의해 검출되는 각속도는 제조상의 에러에 기인한 각속도의 주기적 변화로부터 발생하는 성분을 어쩔수 없이 포함한다. 외란 관찰기가 휠의 각속도의 상기 주기적 변화를 고려하지 않고 외란을 추정한다면 외란 추정의 정확성은 반드시 만족스러운 것은 아닐 것이다.

본 장치의 상기 두가지 형태는 상기 분석에 근거한다. 본 장치의 먼저 언급된 형태에서, 외란 추정의 정확성은 주기적 변화의 주파수가 최적 주파수에 접근함에 따라 감소되기 때문에, 주기적 변화의 주파수가 외란 관찰기의 최적 주파수에 비교적 가까울 경우 상기 관찰기는 그 기능이 저지된다. 본 장치의 나중에 언급된 형태에서는, 자동차 속도에 비례하는 휠의 각속도의 주기적 변화량이 구해지고, 상기 각속도 검출 장치에 의해 검출되는 각속도는 상기 구해진 변화량에 근거하여 보상되기 때문에 외란 관찰기는 부상된 각속도에 따라 동작하는데, 이에 의해, 상기 관찰기의 추정 정확성이 증대된다. 본 장치의 상기 유리한 형태들은 차륜의 각속도의 피할 수 없는 주기적 변화에 기인한 외란의 잘못된 추정 없이, 외란 관찰기의 개선된 동작 신뢰성을 보장한다.

본 발명의 상기 및 임의의 외란, 특성 및 장점들은 다음의 본 발명의 양호한 실시예의 상세한 설명을 첨부 도면을 참조하여 더 잘 이해될 것이다.

[양호한 실시예의 상세한 설명]

우선, 제 1 도 및 제 2 도를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따라 구성된 외란 검출 장치(disturbance detecting apparatus)는 제 2 도에서 (14)로 표시된 차륜(tired wheel)과 함께 회전하는 로터(rotor(10))에 인접하도록 배치된 자기 픽업 (magnetic pick up ; 가변 자기저항 픽업(variable-reluctance pickup): 12)을 포함한다. 로터(10)는 톱니(16)가 원주 방향으로, 즉, 로터(10)의 회전의 방향으로 상호 일정하게 이격되도록 로터의 외부 바깥 둘레를 따라 형성된다수의 톱니(16)를 갖고 있다.

자기 픽업(12)은 상기 톱니(16)가 상기 픽업(12)의 감지 헤드를 통과할시에 주기적으로 변하는 진폭을 가진 전압 신호를 발생시키도록 구성된다. 상기 픽업(12)에 의해 발생된 전압 신호의 파형은 파형 성형기(18)에서 구형 펄스 형태로 만들어진다. 단지 설명을 위해서, 오직 한 세트의 로터(10), 픽업(12) 및, 파형 성형기(18)가 제 1 도에 도시되어 있지만, 본 외란 검출 장치가 장착된 자동차는 4 개의 차륜(14) 및 로터(10)를 구비하며, 픽업(12) 및 파형 성형기(18)가 각각 4 개의 차륜(14)에 대해 제공된다. 4 개의 픽업(12)은 적당한 파형 성형기(18)를 통해 컴퓨터(20)에 연결된다.

차륜(14)은 금속 휠 부재(metal wheel member; 24) 및, 상기 휠 부재(24)에의 림(rim)에 부착된 타이어로 구성된다. 차륜(14)이 제 3 도에 도시된 시스템 또는 모델로서 역학적으로 시뮬레이트되었는데, 여기서, 림(28)과 벨트(30)는 상호 회전 가능하도록 비틀림 스프링(32)으로 상호 연결된다. 벨트(30)는 차륜(14)이 도로면에 접촉하는 지점의 타이어(26)의 외면으로 간주된다. 금속 휠 부재(24)와 함께 회전하도록 로터(10)가 배치되기 때문에, 자기 픽업(12)은, 엄밀히 말하면 림(28)의 각속도를 검출하기에 적합하다.

컴퓨터(20)는 중앙 처리 장치로서 CPU(40)와, 제 1 메모리 장치로서 판독 전용 메모리의 형태인 ROM(42) 및, 제 2 메모리 장치로서 랜덤 액세스 메모리의 형태인 RAM(44)을 갖춘다. ROM(42)은 제 5 도 및 제 6 도의 흐름도에서 도시된 루틴을 실행하는 제어 프로그램을 기억하고, CPU(40) 및 RAM(44)과 협력하여, 제 4 도의 개략적인 블럭도에 도시된 림 속도 계산기/보상기(45)를 구성한다.

컴퓨터(20)는 중앙 처리 장치로서 CPU(48)와, 제 1 메모리 장치로서 판독 전용 메모리의 형태인 ROM(49)과, 제 2 메모리 장치로서 랜덤 액세스 메모리의 형태인 RAM(50) 및, 입력/출력 장치로서 입력/출력 포트(51)를 갖춘 또다른 컴퓨터(47)에 연결된다. ROM(49)은 제 10 도 내지 제 12 도의 흐름도에 도시된 바와 같은 상관 계산 루틴 등의 루틴을 실행하는 다양한 제어 프로그램을 기억하고, CPU(48)와 RAM(50)과 협력하여, 제 4 도의 블럭도에 도시된 바와 같이, 외란 관찰기(52), 프리-프로세서(pre-processor; 54), 상관 계산기(56), 노멀라이저(normalizer: 58), 상수 보상기(60), 판단 프로세서(62) 및, 휠 속도 발생기(64)를 구성한다.

컴퓨터(47)의 입력/출력 포트(51)에는 각 차륜(14)의 상태를 인식하여 운전자를 도와주는 판단 프로세서(62)에 의한 판단 또는 결정의 결과를 나타내는 정보를 제공하도록 표시 장치(66)가 연결된다. 상기 표시 장치(66)가 본 실시예에서 액정 표시기인 한, 이 액정 표시 장치(66)는 소정의 방식(예를들면 플리커링 방식)에 의해 표시 광 장치와 같은 기타 다른 적절한 표시기(indicator) 또는 표시 장치, 및 자동차 운전자에게 알리는 음성 표시기로 대체될 수도 있다.

상기 입력/출력 포트(51)에는 또한 휠 부재(24)(림(28))의 제동 토오크 또는 구동 토오크를 검출하도록 적응된 토오크 검출기(68)가 접속된다. 예컨대, 상기 토오크 검출기(68)는 상기 휠 부재(24)의 축에 고정된 스트레인 게이지(strain gauge)를 포함할 수도 있다.

상기 림 속도 계산기/보상기(45)는, 각각의 파형 성형기(18)를 통해 대응 자기 픽업(12)으로부터 수신된 신호를 기초로 하여, 네개의 타이어가 끼워진 차륜(14)의 각각의 회전 속도를 계산하도록 동작한다. 상기 계산기/보상기(45)는, 제 1 도에 도시된 바와 같은 적절한 자동차 속도 센서(70)에 의해 검출된 자동차의 주행 속도(제 4 도에 도시된 바와 같은 자동차 본체(72)의 속도)에 기초하여 각각의 차륜(14)의 상기 계산된 속도를 조절하도록 적응된다. 상기 자동차 속도 센서(70)는 도플러-효과 지면-속도(ground-speed) 센서일 수도 있다. 상기 자기 픽업(12)에 의해 계산된 상기 차륜(14)의 속도 조절은, 그것의 제조 및 통합 공정동안의 에러로 인한 상기 차륜 명세의 공칭값으로부터의 고유의 편차에 의해 발생하는, 상기 휠 속도의 주기적 변화에 대해 상기 계산된 속도를 보상하는데 효과적이다.

상기 차륜(14)의 회전 속도는 상기 타이어(26)의 주변 속도로써 구해진다.

이 때문에, 상기 타이어(26)의 반경(적, 도로 표면에서부터 차륜(14) 축 또는 중심까지의 거리)은 공지되어야 한다. 이 점에서, 상기 타이어(26)의 반경은 타이어에 작용하는 부하로 인한 타이어의 변형(deformation) 정도에 따라 변화하며, 이것은 또한 타이어(26) 안의 공기압에 따라서도 변화한다. 상기 타이어(26)의 공기압이 공칭 또는 원하는 레벨을 유지하는 한, 상기 타이어(26)의 공칭 반경은 회전 속도로써 상기 차륜(14)의 주변 속도를 계산하는데 사용된다. 이후에 기술되는 바와 같은 적절한 루틴에서 소정의 제한보다 더 큰 공기압의 변화가 발견될 경우, 상기 주변 속도를 계산하는데 사용되는 타이어(26)의 반경은 상기 타이어의 공기압의 변화량과 타이어 반경 사이의 소정의 관계식(ROM(42)에 기억됨)에 따라 결정된다.

상기 림 속도 계산기/보상기(45)는 주기적인 휠 속도 변화를 구하기 위해 제 5 도의 루틴을 실행하도록 적응되고, 검출된 휠 속도를 계산 및 보상하기 위해 제 6 도의 루틴을 실행하도록 적응된다.

제 5 도의 휠 속도 변화를 구하는 루틴은 로터(10) 및 차륜(14)이 자동차에 통합된 후 최소한 한번 실행된다. 이 루틴에 따른 휠 속도 변화를 구하기 위한 동작은 자동차의 제조자, 수리점의 서비스 기술자, 또는 자동차의 사용자에 의해 실행될 수 있다. 상기 휠 속도 변화가 사용자에 의해 구해질 경우, 상기 루틴은 소정의 조건이 만족될 때마다, 예를들면 자동차의 누적 주행 거리 또는 시간이 소정의 값에 도달할 때마다 실행된다. 어떠한 경우에도, 자동차가 가속 또는 감속(제동) 없이 소정 범위내에서 사실상 일정한 속도로 안정 모드로 주행하는 동안 상기 루틴을 실행하는 것이 바람직하다.

제 5 도의 휠 속도 변화를 구하는 추틴이 첫번째로 설명된다. 이 루틴은 단계 S1 으로 시작되며, 이 단계 S1 에서 값 n, i, V, 및 v_n은 초기화된다.

단계 S1 은 자동차 속도 센서(70)의 출력을 기초로 하여 자동차 속도 V 를 계산하는 단계 S2 으로 이어진다. 그후, 제어 흐름은 차륜(14)의 속도 v_n(이후, 휠 속도 v_n로 지칭됨)를 계산하는 단계 S3 으로 진행한다. 엄밀히 말해, 벨트(30)의 각속도 ω_B가 림(28)의 각속도와 동일하다고 가정했을 때, 계산된 휠 속도 v_n는 벨트(30)의 주변 속도(도로 표면에 접촉하는 타이어의 외부 원주에서의 주변 속도)이다. 이해를 보다 용이하게 하기 위해, 각각의 톱니(teeth; 16)가 상기 자기 픽업(12)의 감지 헤드를 통과할때 상기 휠 속도 v_n가 계산된다고 가정한다. 즉, 다시 말해, 로터(10)의 각각의 톱니(16)에 대응하는 휠 속도 v_n는 파형 성형치(18)로부터 얻어진 인접한 두개의 구형 펄스의 상승 또는 하강 사이의 시간 간격 또는 상기 인접 펄스의 상승과 하강 사이의 중간지점 사이의 시간 간격을 기초로 하여 계산된다.

한편, 각각의 톱니(16)가 상기 자기 픽업(12)을 통과하는데 필요한 시간과 상기 휠 속도 v_n를 계산하는데 필요한 시간 사이의 관계가 고려되어야 한다. 이 점에서, 제 5 도의 루틴은, 상기 휠 속도 v_n가 두개 또는 그이상의 톱니(16)가 상기 자기 픽업(12)을 통과할 때마다 계산되도록 변경될 수도 있다.

단계 S3 은 단계 S2 에서 결정된 자동차 속도와 계산된 휠 속도 v_n의 차를 계산하는 단계 S4 로 이어진다. 상기 계산된 속도차(V-v_n)는 휠 속도 v_n의 변화(이후, 휠 속도 변화(V-v_n)로 지칭됨)로 간주된다. 그에 따라 구해진 휠 속도 변화(V-v_n)는 RAM(44)의 휠 속도 변화 메모리의 연속 어드레스중 적절한 한 어드레스에 기억되며, 그 번호는 j(로터(10) 또는 차륜(14)의 일회전동안 구해진 휠 속도 값 v_n의 수)에 일치한다. 휠 속도 v_n가 각각의 톱니(16)에 대해 구해지는 양호한 실시예에 있어서, 휠 속도 변화 메모리의 어드레스의 수 또는 번호 j는 톱니(16)의 수에 일치한다. 휠 속도 변화(V-v_n)가 기억되는 어드레스는 현재의 수 n에 일치한다. 각각의 어드레스에서의 내용이 누적 휠 속도 변화

Σ(V-v_n) = ((i=1 에서의(V-v_n)+(i=2 에서의(V-v_n)1......)

를 나타낸다는 사실 또한 주목해야 한다.

단계 S4 후에는 단계 S5 가 이어지는데 이 단계에서 정수 n은, 긍정적인 결정(YES)이 다음 단계 S6 에서 얻어질 경우, 즉 증가된 정수 n가 j보다 작거나 같을 경우, 단계 S1 및 S4 을 반복하도독 증가된다. 단계 S6 에서 부정적인 결정(No)이 얻어질 경우, 이는 차륜(14)이 완전히 1 회전을 하며, 모든 톱니(16)에 대응하는 휠 속도값 v_n이 구해졌음을 의미한다. 단계 S6 에서 부정적인 결정이 얻어짐으로써, 제어 흐름은 단계 S7 으로 진행한다. 그후, 정수 i가 N보다 작거나 같은지 여부를 결정하는 단계 S8 가 실행된다. 긍정적인 결정(YES)이 단계 S8에서 구해질 경우, 제어 흐름은 다시 자동차 속도 V 를 결정하는 단계 S2 로 복귀하며, 차륜(14)의 그다음 일회전동안 모든 톱니(16)에 대응하는 누적 휠 속도 변화를 구하기 위해 반복해서 단계 S3 및 S4 을 실행한다. 각각의 단계 S4 실행으로 구해진 휠 속도 변화(V-v_n)는 정수 n에 일치하는 휠 속도-변화 메모리의 어드레스 내용에 부가된다. 따라서, 상기 메모리 각각의 어드레스의 내용(누적 휠 속도 변화를 나타냄)은 상기 차륜(14)이 일회전할 때마다 증가된다.

앞서 기술된 실시예에서, 상기 자동차 속도가 차륜(14)의 완전한 일회전동안 변화하지 않는다고 가정했을 경우, 상기 자동차 속도는 정수 n이 증가될 때마다 혹은 단계 S3 및 S4 이 반복될 때마다 회전(revolution)되지는 않는다. 한편, 제 5 도의 루틴은 단계 S6 에서 긍정적인 결정(YES)이 이루어질 때마다, 즉, 각 톱니(16)에 상응하는 휠 속도 변화(V-v_n)가 구해질 때마다 제어 흐름이 단계 S2 으로 복귀하도록 변경될 수도 있다.

상기 정수 i 가 소정의 N 보다 커질 때, 즉, 차륜(14)이 소정의 회전수N로 회전했을 때, 부정적인 결정(No)이 단계 S8 에서 구해진다. 이 경우 상기 RAM(44)의 휠 속도 변화 메모리의 각 어드레스의 내용(누적 휠 속도 변화)을 N으로 나눔으로써 평균 누적 휠 속도 변화량 Δv_n를 구하게 되는 단계 S9 이 실시된다. 상기 값 Δv_n은 로터(10)의 기준 위치에 대한 로터(10)의 각각의 톱니(16)에서의 휠 속도 v_n의 평균 누적 변화이며, 상기 기준 위치는 제 5 도의 루틴이 시작되거나 단계 S3 및 S4 이 처음으로 실시되는 톱니(16)의 위치이다. 제 5 도의 루틴이 자동차의 주행동안 종종 또는 계속해서 실행되는 경우, 제 6 도의 휠 속도 계산/보상 루틴은 휠 속도 변화에 대한 휠 속도 보상을 위해 로터(10)(차륜(14))의 기준 위치를 필요로 하지 않는다. 차륜(14)의 통합 직후 또는 자동차의 파워 온 스위치가 턴 온 될 때마다 제 5 도의 루틴이 실행되며, 로터(10)의 기준 위치가 공지되어야 한다. 이러한 목적으로, 기준 위치를 나타내는 적절한 마킹이 로터(10)에 대해 제공되며, 마킹을 감지하는 검출기가 기준 위치를 검출하기 위해 고정적으로 위치된다.

로터(10)의 기준 위치를 나타내는 마킹이 제공되는 경우, 각각의 톱니(16)에 대응하는 평균 휠 속도 변화량 Δv_n의 값을 얻기 위해 제 5 도의 루틴이 기준 위치에서 톱니(16)와 함께 시작되도록 실행된다. 또는, 루틴은 로터(10)의 소정 위치에서 시작될 수 있으며 얻어진 값 Δv_n은 기준 위치에 대한 값으로 변환된다.

평균 누적 휠 속도 변화량 Δv_n이 얻어지게 되는 로터(10)(차륜(14))의 회전수 N은 그 얻어진 값 Δv_n에 대한 도로 표면 조건의 영향을 최소화할만큼 충분히 커야 한다. 본 발명에 있어서, 상기 회전수 N은 자동차 속도 V 에 따라 결정되어지며, 특히, 상기 회전수 N은 제 7 도의 그래프에 나타난 바와 같이 자동차 속도 V 를 증가시키도록 결정된다.

단계 S9 에서, 각 톱니(16)에 대하여 얻어진 평균 누적 휠 속도 변화량 Δv_n은 누적 휠 속도 변화율 Δv_n/V 를 얻기 위하여 자동차 속도 V 로 나누어진다. 각 톱니(16)에 대하여 얻어진 비율 Δv_n/v 는 RAM(44)의 '휠 속도 변화 메모리의 적정 어드레스에 기억된다. 톱니(16)에 대응하는 상기 비율 Δv_n/V 의 값은 특정 차륜(14)에 내재하는 회전 속도 변화를 나타내는데, 이는 로터(10) 및 차륜(14)의 제조 및 통합 에러로부터 발생하게 된다. 이러한 값 Δv_n/V 는 차륜(14)의 검출된 속도V를 보상하거나 또는 조절하기 위하여 제 6 도의 루틴에 이용된다.

제 6 도의 휠 속도 계산/보상 루틴은 자동차의 주행동안 연속적으로 실행된다. 본 실시예에 있어서, 루틴은 소정의 샘플링 시간동안 파형 성형기(18)로부터 발생된 구형 펄스의 소정의 상승부들간의 평균 지속 시간으로부터 휠 속도를 계산하도록 처리된다.

제 6 도의 루틴은 샘플링 시간동안 구형 펄스의 첫번째와 마지막 상승을 검출하고, 샘플링 시간동안의 상승한 수를 카운팅하며, 검출된 첫번째와 마지막 상승 펄스에 대응하는 로터(10)의 두 톱니(16)를 결정한다(단계 S11). 보다 상세히 설명하면, 구형 펄스가 상승하는 시간마다 인터럽트 루틴에 의해, 컴퓨터(20)에 내장된 타이머의 출력에 기초하여 상승의 순간을 검출한다. 샘플링 시간중에 발생하는 상숭의 수를 카운팅하기 위해 카운터가 제공되며, 로터(10)의 기준 위치에 대응하는 상승으로부터 카운팅된 상승 수를 카운팅하도록 또다른 카운터가 제공된다. 상기 카운터는 기준 위치에서 리셋되며, 카운터의 내용은 마지막 발생된 구형 펄스의 상승에 대응하는 톱니(16)를 식별한다.

다음에, 제어 흐름은 단계 S12 로 진행하며, 샘플링 시간동안 인접한 구형 펄스 간의 평균 시간 간격에 기초하여, 샘플링 시간동안 차륜(14)의 평균 속도 v 를 계산하게 된다.

단계 S12 는 단계 S13 에 앞서 구형 펄스의 첫번째와 마지막 상승에 해당하는 두 톱니(16)에 대응하는 휠 속도 변화율 Δv_nl/V 및 Δv_n2/V 에 기초하여 휠 속도v 를 보상하거나 또는 조절하게 된다. 이러한 변화율은 단계 S11 에서 결정되는 두 톱니(16)에 기초하여 RAM(44)의 휠 속도 변화로부터 판독될 수 있다. 휠 속도 v 의 보상은 다음 식(5)에 따라서 달성된다.

V = (1+(Δv_n1-Δv_n2)/2V)v

상기 식(5)로부터, 휠 속도 v 는 미리 보상된 값 v 에 곱해진 비율 Δv_nl/v와 Δv_n2/V 간의 차의 1/2 과 동일한 량만큼 보상된다는 것을 이해할 수 있게 된다.

제 6 도 루틴의 단계 S13 에서 얻어진 보상된 휠 속도 v 는 외란 관찰기(52)및 휠 속도 발생기(64)에 의해 이용된다. 그런데, 외란 관찰기(52)는 휠 속도 v 에 대응하는 각속도를 사용한다. 이러한 목적으로, 단계 S13 에서 얻어진 보상된 휠 속도 v 는 고려해야될 타이어(26)의 반경 R 을 가진 림(28)의 각속도 ω_R로 변환된다. 계산된 각속도 ω_R은 RAM(44)의 각속도 메모리에 기억된다.

외란 관찰기(52)는 제 3 도에서 설명된 바와 같은 차륜(14)의 동적 모델에 따라 배치된다. 다음에, 외란 관찰기(52)의 장치를 설명한다.

관성 모멘트 J_R및 J_B를 갖는 림(28) 및 벨트(30)가 스프링 상수 K 를 갖는 비틀림 스프링에 의해 연결되고, 차륜(14)이 제 3 도의 동적 모델로 시뮬레이트된다면, 상태 방정식(6), (7) 및 (8)은 선형 동적 시스템을 규정하도록 성립된다.

J_Rω_R'= -Kθ_RB+T₁

J_Bω_B'= Kθ_RB-Td

θ_RB' = ω_R-ω_B

여기에서,ω_R: 림(28)의 각속도

ω_R': 림(28)의 각가속도

ω_B: 벨트(30)의 각속도

ω_B': 벨트(30)의 각가속도

θ_RB: 림(28)과 벨트(30)간의 비틀림 각

T₁: 토오크 검출기(68)에 의해 검출되는 구동 또는 제동토오크

T_d: 외란토오크(도로 표면상의 계단 또는 기복에 따라 불규칙적으로 또는 규칙적으로 발생하는 휠 저항 성분으로부터 유도됨)

하지만, 실제로는 림(28)과 벨트(30) 사이에는 댐퍼(damper)가 존재한다. 댐퍼의 영향이 비교적 작으므로, 본 실시예에 따른 상기 방정식에서 댐퍼의 존재는 무시된다. 이후에 설명될 다른 실시예에서는 댐퍼의 영향이 상당하게 고려된다.

상기 상태 방정식(6) 내지 (8)는 벡터와 매트릭스를 사용하여 다음의 식으로 변환된다.

비틀링 스프링(32)의 스프링 상수 K 가 타이어(26)의 공기압의 변화에 따라 K 에서 K + ΔK 로 변하게 될 때, 차륜(14)의 동작은 다음의 식(10)으로 표시된다.

스프링 상수 K 의 변화량 ΔK 는 정상 조건에서 타이어(26)상에 작용하는 외란의 량과 동일하며, 그 외란은 상기 식(10)의 우변의 마지막 항으로 표시된다. 식(10)의 우변의 마지막 항은 타이어(26)의 공기압의 변화에 따라 변화하는 변화량 ΔK 를 포함한다고 이해할 수 있다. 다시 말하면, 타이어(26)의 공기압의 변화량은 식(10)의 우변의 마지막 항으로 표시되는 외란을 추정함으로써 추정될 수 있다. 외란 관찰기(52)는 타이어(26)의 공기압의 변화에 따른 외란뿐만 아니라 차륜(14)의 외란 토오크 T_d(도로 표면 상태의 변화에 따른)를 포함하는 전체 외란 W 을 추정하도록 적응되어야 한다. 전체 외란 W는 다음 식(11)로 표시된다.

그렇지만, 이론적으로 외란 W 의 3 개의 요소중 하나만이 관찰기(52)에 의해추정될 수 있다. 그러므로, 제 2 요소 W₂만이 식(11)에 따라 추정되며 차륜(18)의 동작 상태는 상태 방정식(12)으로 표현된다.

W₂= (-l/J_B)T_d+ (ΔK/J_B) θ_RB

그래서, 외란 관찰기(52)는 상기 식(13)에 따라 동작하며, 시스템의 상태를 반영하는 변수들중의 하나로서 외란을 추정한다. 변수들중의 하나로서 식(12)의 외란 W₂를 사용하기 위하여, 다음의 식(14)이 적절히 사용되어 외란이 계산된다.

W2'=0

상기 식(14)에 따른 근사값(approximation)은 제 8 도의 그래프에 나타난 대로 계단식으로 변화하는 연속적인 값들에 의해 연속적으로 변하는 외란의 근사값(0 차수 근사값)을 의미한다. 이 근사값은 만일, 외란 관찰기(52)의 외란 추정 속도가 그 추정될 외란의 변화율이나 속도를 따를 만큼 충분히 빠르다면, 받아들일만 하다. 다음의 식(15)은 식(14)에 따른 시스템 변수중의 하나로서 외란 Wa 를 포함하는 확장된 시스템을 나타낸다.

상기 식(15)에서, [ω_Bθ_RBW₂]^T는 검출될 수 없다. 외란 관찰기(52)를 사용하여 시스템에서는, 외란 W₂뿐만 아니라 측정불가능의 변수 ω_B및 θ_RB가 계산될 수 있다.

간략화를 위해, 상기 식(15)은 다음의 벡터와 매트릭스로 나누어진다.

상태 [Z] = [ω_Bθn_BW₂]T 를 추정하기 위한 최소-차수 관찰기는 다음의 식(16)으로 표현된다.

[Zp'] = [A₂₁][Xa]+[A₂₂][Z_p]+[B₂][U]+[G]{[Xa']-([A₁₁][Xa]+[A₁₂][Zp]+[B₁][U])}=([A₂₁]-[G][A₁₁])[Xa]+([A₂₂]-[G][A₁₂])[Zp]+[G][Xa']+([B₂]-[G][B₁])[U]

여기서 , [Zp] : (Z)의 추정값,

[Zp'] : 추정값(Zp)의 변화율,

[G] : 외란 관찰리(52)의 추정 속도를 결정하는 이득.

상기 방정식(16)은 제 9 도의 블럭도로 표현되며, 여기서[I]는 단위 매트릭스 또는 항등 매트릭스이며 S는 라플라스 연산자이다.

참값[Z]과 측정값[Zp]간의 에러 [e]=[Z]-[Zp] 이고, 에러[e]의 변화율이[e']으로 표현된다면,

식 (17)이 얻어진다.

[e'] = ([A₂₂] - [G][A₁₂])[e]

상기 식(17)은 외란 관찰기(52)의 추정 특성을 나타내며, 매트릭스([A₂₂]-[G][A₁₂])의 고유값은 외란 관찰기(52)의 극점(pole)이다. 따라서, 외란 관찰기(52)의 추정 속도는 평면 S 의 좌반부에 있는 원점으로부터 이탈된 고유값에 따라 증가한다. 관찰기 이득[G]은 외란 관찰기(52)의 추정 속도의 소정값에 따라 적절하게 결정된다.

외란 관찰기(52)의 일면, 즉, 비틀림 스프링(32)의 스프링 상수 K 의 변화량ΔK 에 의한 외란 W₂의 측정에 대해 기술하였으며, 외란 W₂는 상기 식(12)에 의해 표현되는 것으로, 즉, W₂= (-l/J_B)T_d+(ΔK/J_B)θ_RB으로 가정한다. 벨트(30)와 림(28)의 관성 J_B, J_R의 모멘트 변화(J_B+ΔJ_B)와 (J_R+ΔJ_R)로 인하여 발생하는 외란은 외란 W₂에 관하여 상술한 방법과 유사하게 추정될 수 있다.

벨트(30)의 관성 모멘트 J_B의 변화량 ΔJ_B로 인한 외란을 측정하는 방법은 후술된다.

관성 모멘트 J_B에 의해 변화되었을때 차륜(14)의 동작은 다음 식(18)으로 표현된다.

추정되는 외란은 상기 식(18)의 우변의 마지막 항의 제 2 요소이다. 외란 W₂가 다음의 식(19)으로 규정되며 상기 방정식(15)에 의해 표현되는 확장된 시스템은 상태 방정식(20)으로 얻어진다.

W2 = (-l/J_B)T_d-(ΔJ_B/J_B)ω_B'

그래서, 외란 관찰기(52)는 벨트(30)의 관성 모멘트 J_B의 변화 ΔJ_B로 인하여 외란이 발생하도록 작동한다.

림(28)의 관성 모멘트 J_B의 변화량 ΔJ_B로 인한 외란을 추정하는 방법은 후술된다.

통상적으로, 림(28)의 관성 모멘트 J_R는 변화하지 않는다. 현재 사용되고 있는 금속 휠 부재(24)가 새로운 것으로 대체된다면, 관성 모멘트는 한 값에서 다른 값으로 변한다. 새로운 휠 부재(24)가 사용된 후 동일 관성 모멘트 J_R가 동일하게 사용되었다면, 차륜(14)의 주행동안 전체의 외란 판정에 에러가 있게 된다.

그러므로, 본 실시예에서, 외란 관찰기(52)는 림(28)의 관성 모멘트 J_R의 변화로 인하여 외란을 추정하도록 장치된다.

관성 모멘트 J_R가 ΔJ_R만큼 변할때 차륜(14)의 동작은 다음 식(21)으로 표현된다.

추정되는 외란은 상기 식(21)의 우변의 마지막 항의 제 1 요소이다. 외란 W_l이 다음의 식(22)에 의해 규정된다면, 다음의 식(24)으로 표현되는 확장된 시스템은 다음의 상태 방정식(23)으로 얻어진다.

이와 같이, 외란 관찰기(52)는 림(28)의 관성 모멘트 변화(ΔJ_R)로 인한 외란을 추정하는 동작을 실행한다.

상술한 바와 같이 장치된 외란 관찰기(52)는 상기 림 속도 계산기/보상기(45)를 이용해 휠(wheel) 속도(v)과 타이어 반지름(R)으로부터 계산된 각속도(ω_R)를 입력으로 수신한다. 각속도(ω_R)에 근거하여, 관찰기(52)는 비틀림 스프링(torsion spring) (32)의 스프링 상구 변화량(ΔK)에 의해 상기 식(12)으로 표현되는 외란(W₂), 벨트(30)의 관성 모멘트 변화량(ΔJ_B)에 의해 상기 식(19)로 표현되는 외란(W₂), 및 림(28)의 관성 모멘트 변화량(ΔJ_R)에 의해 상기 식(22)로 표현되는 외란(W1)을 추정한다. 이 외란(W₂) 및 (W1)은 추정된 외란값(W_2P), (W_2P) 및 (W_1P)으로 각각 구해진다. 외란값(W_2P), (W_2P) 및 (W_1P)외에도 관찰기(52)는 벨트(30)의 각 속도(ω_B)에 대한 추정치(θ_RBP)와, 림(28) 및 벨트(30)간의 비틀림 각(θ_RB)에 대한 추정치(θ_RBP)를 구하는 동작을 행한다. 여기서 주어진 (ω_B)와 (θ_RB)는 검출되거나 추정될 수 없는 값이다.

프리프로세서(pre-processor)(54)는 상관 계산기(correlation calculator)(56)의 연산에 필요한 예비 과정을 실행하는 동작을 행한다. 즉, 외란 관찰기(52)에 의해 구해진 림(28)의 검출된 각속도(ω_R)와 벨트(30)의 추정된 각속도(ω_BP)에 근거하여, 프리 프로세서(54)는 림(28)의 각가속도(ω_R')와 각가속도(ω_B')의 추정치 ( ω_BP')를 계산한다.

상관 계산기(56)는 추정된 외란값(W_2P, W_2P, W_1P), 각속도값(ω_R, ω_BP), 각가속도값(ω_R', ω_BP'), 및 비틀림 각(θ_RBP)에 근거하여 상관 함수를 계산하는 동작을 행한다. 계산된 상관 함수를 이용하여, 노멀라이저(58)는 표준화 동작을 행하고 비틀림 스프링(32)의 탄성 상수 변화량(ΔK), 림(28)의 관성 모멘트(J_R) 및 벨트(30)의 관성 모멘트(J_B)를 계산한다.

먼저, 비틀림 스프링(32)의 스프링 상수 변화량을 구하는 방법이 설명된다.

상관 계산기(56)는 스프링 상수(K)의 변화량을 구하기 위한 상관관계 함수를 계산하는 제 10 도의 흐름도 루틴을 실행한다.

제 10 도의 루틴은 단계(S21)에서 시작되어 정수 i를 1로 재설정하고 상관관계 함수 C(W_2P, θ_RBP) 및 C(θ_RBP, θ_RBP)를 0으로 재설정한다. 상관관계 함수 C(W_2P, θ_RBP)는 추정된 비틀림 각 θ_RBP와 상기 식(12)로 표현되는 외란(W₂)의 추정치(W_2P)간의 상호 상관(Cross-Correlation) 함수이고, 함수 C(θ_RBP, θ_RBP)는 추정된 비틀림 각 θ_RBP의 자기 상관(auto-correlation) 함수이다. 다른 말로 하면, RAM(50)의 상호 상관 및 자기 상관 기억 내용이 단계 (S21)에서 클리어된다.

단계(S22)에서는 현재 추정된 외란값(W_2P(i))과 추정된 비틀림 각(θ_RBP(i))을 판독한다. 단계(S22)에 이어지는 단계(S23)에서는 추정된 외란값(W_2P(i))와 비틀림각(θ_RBP(i))을 곱하고, 상호 상관 함수 C(W_2P, θ_RBP)를 갱신하기 위해 상호 상관 함수 C(W_2P, θ_RBP)의 마지막 값에 그 곱한 값을 더한다. 제 10 도에 도시된 루틴 실행의 제 1 사이클에서, 상호 상관 함수 C(W_2P, θ_RBP)의 마지막 값은 0 이고, 상기 곱 W_2P(i)x θ_RBP(i)은 상호 상관 메모리에 저장된다.

단계(S24)로 이동하도록 제어되어 추정된 비틀림 각 (θ_RBP(i))의 제곱을 구하고, 자기 상관 함수 C(θ_RBP, θ_RBP)를 갱신하기 위해 자기 상관 함수 C(θ_RBP, θ_RBP)의 마지막 값에 상기 구해진 제곱값을 더한다. 이와 같이 갱신된 값은 자기 상관 메모리에 저장된다.

단계(S25)에서는 정수 i가 소정의 정수값 'M과 같은가 또는 더 큰가 여부를 결정한다. 먼저, 단계(S25)에서 부정적인 결정(NO)이 얻어지면, 단계(S26)에서는 정수 i를 증가시키는 동작을 행하여, 단계(S22), (S23) 및 (S24)를 반복한다.

단계(S22 내지 S24)가 소정의 횟수 M만큼 반복되면, 긍정적인 결정(YES)이 단계(S25)에서 얻어진다. 그리하여, 제 10 도에 도시된 루틴 실행의 한 사이클이 종료된다.

상관 계산기(56)에 의해 상호 상관 함수 C(W_2P, θ_RBP)와 자기 상관 함수 C(θ_RBP, θ_RBP)가 구해진 후, 노멀라이저(58)는 다음 식(21)에 따라 표준값(L_K)를 얻고, 구해진 표준값(L_K)은 RAM(50)의 L_K메모리 영역에 저장된다.

L_K= C(W_62P, θ_RBp)/C(θ_RBp, θ_RBp)

상기 식(25)에 따라 구해진 값(L_K)은 상기 식(22)에 근거하여 다음 식(26)에 의하여 표현될 수 있다.

L_K= (-l/J_B)Co + ΔK/J_B

C(T_dP, θ_RBP)/C(θ_RBP, θ_RBP)로 표현되는 값(Co)은 스프링 상수(K)의 변화에 독립적이므로, 값(Co)은 타이어(26)의 압력이 표준일때 구해질 수 있다. C(T_dp, θ_RBP)는 외란 토오크 (T_d)의 추정치(T_dP)와 비틀림 각(θ_RB)의 추정치(θ_RBP)간의 함수임을 알 수 있다.

림(28) 및 벨트(30)의 관성 모멘트(J_R), (J_B) 변화를 구하기 위해 유사한 루틴이 실행된다.

제 11 도의 흐름도에서 설명되는 루틴은 림(28)의 관성 모벤트(J_R) 변화를 구하기 위해 상관관계 함수를 계산하도록 구성된다. 특히, 상기 식(22)로 표현되는 외란(W₁)의 추정값(W_1P)과 림(28)의 각가속도(ω_R')로부터 상호 상관 함수 C(W_1P, ω_R')와 자기 상관 함수(ω_R', ω_R')가 구해진다. 다음 식(27)에 의해 표준화(58)는 표준값(L_JR)을 계산하고, 계산된 표준값(L_JR)은 RAM(50)의 L_JR메모리 영역에 저장된다.

L_JR= C(W1P, ω_R')/C(ω_R', ω_R')

상기 식(27)에 따라 구해진 값(L_JR)은 상기 식(22)에 근거하여 다음 식(28)으로 표현될 수 있다.

L_JR= -ΔJ_R/J_R

제 12 도의 흐름도에서 설명되는 루틴은 벨트(30)의 관성 모멘트(J_B) 변화량을 구하기 위해 상관 함수를 계산하도록 구성된다. 특히, 상기 식(19)으로 표현되는 외란(W₂)의 추정치(W_2P)와 벨트(30)의 추정된 각가속도(ω_BP')로부터 상호 상관 함수 C(W_2P, ω_BP')와 자기 상관 함수 C(ω_BP', ω_BP')가 구해진다. 다음 식(29)에 의해 노멀라이저(58)는 표준값(L_JB)을 계산하고, 계산된 표준값(L_JB)은 RAM(50)의 L_JB메모리 영역에 저장된다.

L_JB= C(W_2p, ω_Bp')/C(ω_Bp', ω_Bp')

상기 식(29)에 따라 구해진 값(L_JB)는 상기 식(15)을 근거하여 다음 식(30)으로 표현될 수 있다.

L_JB= (-1/J_B)C₁- ΔJ_B/J_B

값(C₁)은 C(T_dP, ω_BP')/C(ω_BP', ω_BP')를 의미한다.

본 실시예에서는 제 10 도, 제 11 도, 및 제 12 도에 도시된 루틴을 연속해서(각 루틴당 한번에 한 사이를) 실행했지만, 이 루틴은 병렬적으로 실시될 수도 있다. 예를들어, 단계(S25), (S35) 및 (S45)에서의 정수 M, P 및 Q에 사용된 값으로, 제 10 도 내지 제 12 도의 제 1 단계에 대응하는 (S21), (S31) 및 (S41)이 연속적으로 실행되고, 이어서 제 2 단계에 대응하는 (S22), (S32) 및 (S42)이 연속적으로 실행되는 등 계속 이어질 수 있다.

그때, 상수 보상기(60)는 RAM(50)의 적정 메모리에 저장되어 있는 L_K= C(W_2P, θ_RBP)/C(θ_RBP, θ_RBP), L_JR=C(W_1P, ω_R')/C(ω_R', ω_R') 및 L_JB= C(W_2P, ω_BP')/C(ω_BP', ω_BP')에 근거하여, 비틀림 스프링(32)의 스프링 상수(K)와 벨트(30) 및 림 (28)의 관성 모멘트(J_B, J_R)를 보상한다.

상세히 설명되었듯이, 외란 관찰기(52)의 스프링 상수(K)와 관성 모멘트(J_R, J_B)는 상수 보상기(60)에 의해 구해진 변화량(ΔK, ΔJ_R, ΔJ_B)에 의해 조절된다. 이때, 값(L_K, L_JR, L_JB)은 식(31), (32) 및 (33)에 의해 표현되므로 값(L_K, L_JR, L_JB)을 근거로, 또한 L_K와 ΔK 간, L_JR와 ΔJ_R간 및 L_JB와 ΔJ_B간의 소정의 관계에 따라 상수 보상기(60)가 상기 변화량을 구한다.

L_K= (-1/J_B)C_O+ ΔK/J_B

L_JR= -ΔJ_R/J_R

L_JB= (-1/J_B)C₁- ΔJ_B/J_B

상기에 나타낸 소정의 관계식은 ROM(49)에 기억된 각 데이타 테이블에 의해 표현된다.

외란 관찰기(52)가 이동 수단의 파워 온 상태후 처음으로 능동화되면, 스프링 상수(K) 및 관성 모멘트(J_R, J_B)의 표준값이 사용된다. 일단, 상수 보상기(60)에 의해 변화량(ΔK, ΔJ_R, ΔJ_B)이 구해지면, 외란 관찰기(52)는 변화량(ΔK, ΔJ_R, ΔJ_B)에 의해 보정된 값(K, J_R, J_B)을 사용한다. 제 10 도 내지 제 12 도에 도시된 루틴 실행의 다음 사이클에서 구해지는 변화량(ΔK, ΔJ_R, ΔJ_B)은 앞 사이클에서 구해진 보상값으로부터의 변화량이다.

한편, 판단 프로세서(62)는 (K, J_R, J_B)의 표준값으로부터의 변화량(ΔK, ΔJ_R, ΔJ_B)을 요구한다. 이 때문에, 누적되는 변화량(ΔK, ΔJ_R, ΔJ_B)을 저장하기 위해 RAM(50)에 메모리가 제공되고, 파워 온 스위치가 ON 상태로 될때 이 메모리는 클리어된다.

상수 보상기(60)에 의해 얻어지는 변화량(보상값)인 ΔK, ΔJ_R, ΔJ_B는 상수보상기(60)가 작동될때마다 적정 메모리의 내용에 부가된다.

판단 프로세서(62)는 RAM(50)의 적정 메모리 영역에 기억되어 있는 누적 변화량(누적 보상값) ΔK 와 ROM(49)에 기억되어 있는 미리 정해진 기준값 ΔKo 를 비교하는데 사용된다. 이 기준값 ΔKo는 음의 값이다. 누적 보상값 ΔK가 음의 기준값 ΔKo 보다 작다면, 타이어(26)의 공기압이 비정상적으로 낮다는 것을 의미하는데, 이 경우 표시 장치(66)는 자동차 운전자에게 이 사실에 대해 알림 표시를 제공한다. 이 점에 있어서, 주목되는 것은 ROM(49)이 보상값 ΔK 와 타이어(26)의 공기압 P 의 변화량 ΔP 사이의 관계를 나타내는 데이타 테이블을 저장하므로써, 공기압 P 의 변화량 ΔP 은 현재 보상값 ΔK 에 기초하여 ΔK-ΔP 관계식에 따라 결정될 수 있게 된다.

마찬가지로, 판단 프로세서(62)는 RAM(50)의 적정 메모리 영역에 저장되어 있는 누적 변화량이나 보상값 ΔJ_B와, 미리 정해진 양의 기준값 ΔJ_BO를 비교한다.

만일, 보상값 ΔJ_B가 양의 기준값 ΔJ_BO보다 크다면, 외부 물체가 타이어(26)에 부착되어 있다는 것, 이를테면 돌이 타이어(26)의 트레드 홈(tread groove)에 삽입되어 있다는 것을 의미하는데, 이 경우 자동차 운전자에게 이 사실을 알리기 위한 적절한 표시가 표시 장치(66)상에 나타난다.

또한, 보상값 ΔJ_B는 소정의 음의 기준값 ΔJ_BO와 비교된다. 만일, 보상값 ΔJ_B이 기준값 ΔJ_BO보다 작다면, 타이어(26)의 마모량이 허용 상한치를 초과해서 타이어 (26)를 교체해야 한다는 것을 의미한다. 이 경우, 자동차 운전자에게 이 사실을 알리기 위한 표시가 표시 장치(66)상에 나타난다. 타이어(26)의 상기 두가지 비정상적 상태중 어느 것도 판단 프로세서(62)에 의해 검출되지 않는 경우는, 타이어 (26)의 관성 모멘트 J_B(벨트 30)가 과도한 변화에 영향받지 않아서 프로세서(62)가 표시 장치(66)를 능동화하지 않은 것을 의미한다.

휠 속도 발생기(64)는 외란 관찰기(52)에 의해 추정된 외란에 따른 보상시 휠 속도 v 를 나타내는 출력을 제공한다.

위의 식(15)에 따라 외란 관찰기(52)에 의해 추정되는 외란 W_2P는 위의 식 (12), 즉, W_2P= (-1/J_B)T_d+ (ΔK/J_B)θ_RB로 표현된다. 식(12)의 우변의 제 2 항은 상수 고상기(60)에 의해서 연속적으로 보상되므로 급격하게 또는 고비율로 변화되지 않는다. 이는 우변의 제 2 항이 제 1 항에 비해 무시해도 될만큼 작다는 것을 의미한다. 따라서, 휠 속도 발생기(64)는 위의 식(15)에 따라 외란 관찰기(52)에 의해 얻어지는 추정된 외란값 W2P 가 (-1/J_B)T_d와 동일하다는 가정하에서 휠 속도 v 를 보상한다.

상술한 바와 같이, 외란 토오크 T_d는 추정된 외란 W_2P= (-1/J_B)T_d에 -J_B를 곱하므로써 얻어지고 단지 외란 토오크 T_d에 기인하는 림(28)의 각속도 ω_RP는 다음 식(34)에 의해 추정된다.

ω_RP(S) = {[D](S[I]-[E])-1[F]}Td(s)

여기서, [I] : 단위행렬.

s : 라플라스 연산자.

ω_RP(S) : 추정된 각속도 ω_RP로부터 라플라스 변환에 의해 얻어지는 값.

T_d(s) : 외란 토오크 T_d로부터 라플라스 변환에 의해 얻어지는 값.

벡터 [D], [E], [F] 는 다음 매트릭스로 표현된다.

추정된 각속도 ω_RP는 차륜(14)의 속도 변화를 일으키는 성분들 중의 하나인데, 이 성분은 도로 표면의 불균일성으로부터 차륜(14)에 주어지는 외란에 기인한다. 이 추정된 각속도 ω_RP는 휠의 대응하는 원주 속도로 변환되고, 림 속도 계산기/보상기(45)로부터 얻어진 휠 속도 v 는 계산된 원주 속도에 대응하는 량에 의해 보상되므로써, 도로 표면으로부터 주어지는 외란에 기인하는 노이즈가 휠 속도 v 로부터 제거된다.

로터(10), 자기 퍽업(12), 파형 성형기(18), 및 림 속도 계산기/보상기의 계산기가 차륜(14)의 회전 속도(각속도)를 검출하기 위한 장치를 제공하도록 사용된다는 것은 본 실시예의 설명으로부터 명백히 알 수 있다.

또한, 림(28)과 벨트(30)의 관성 모멘트(J_R, J_B)의 변화량을 얻도록 설치된 상관 계산기(56)와 노멀라이저(58) 부분은 이들 변화량 검출 수단을 구성한다. 더우기, 상수 보상기(60) 부분은 관성 모멘트(J_R, J_B) 보상 수단을 구성한다.

자동차 속도 센서(70)는 자동차의 주행 속도 V 를 검출하는 기능을 가지고 림 속도 계산기/보상기(45) 부분은 자동차 속도 V 와 휠 속도 v 의 차이(V-v)를 계산하는 수단을 구성하는데, 이 차이는 타이어 부착 휠의 고유적 또는 특징적인 속도 변화 특성으로 고려된다. 게다가, 로터(10)의 각 톱니(16)에 대해 특정한 휠 속도편차(V-v)를 얻도록 설치된 계산기/보상기(45) 부분은 휠 속도 v 의 주기적 변화량을 추정하는 수단을 구성한다. 림 속도 계산기/보상기(45)의 보상기는 자기 픽업(12)의 출력에 의해 휠 속도 v 를 결정할때에 이를 보상하는, 즉, 차륜(14)의 각속도를 보상하는 역할을 한다.

상기 실시예에서, 제 10 도 내지 제 12 도의 루틴은 미리 정해진 시간 간격에서 상호 상관관계 및 자기 상관관계를 얻기 위해 수행되는데(정수 i가 M, P 또는 Q 와 같아지는 것이 필요), 이 얻어진 상호 상관 및 자기 상관 관계는 노멀라이저(58)에 의해 처리된다. 그러나, 이들 루틴은 필요시 수정될 수도 있다.

예를들어, 비틀림 스프링(32)의 스프링 상수 K 의 변화량을 얻기 위해 상관관계를 계산하는 제 10 도의 루틴은 제 13 도의 흐름도에 도시된 루틴에 의해 대체될 수도 있는데, 이로써 값 L_K(i)가 단계 S54 에서 얻어진다. 위에서 설명한 표준화된 값 L_K와 같이, 값 L_K(i)는 상수 K 를 보상하고 타이어(26)의 공기압을 결정하기 위해 상수 보상기(60)와 판단 프로세서(62)에 의해 사용된다.

값 L_K(i)는 다음 식으로 표현된다.

상기 식은 다음 식으로 변환될 수도 있다.

상기 식은 L_K(i-1)를 포함하는 다음 식(35)으로 표현될 수도 있다.

여기에서

값 F_(i-1)은 다음 식으로 표현될 수도 있다.

상기 식은 F_(i-2)를 포함하는 다음 식(37)으로 표현될 수도 있다.

제 2 실시예에 따른 스프링 상수 K 의 변화량을 얻기 위한 제 13 도의 루틴은 상기 식으로 표현된 이론에 근거한다. 이 루틴은 단계 S51 에서 개시하여 정수 i를 1로, 값 L_K(o)은 0으로, 값 F(o) 은 최대값 MAX 로 설정된다. 이후에 단계 S52 가 실행되어, RAM(50)으로부터 최근에 얻어진 추정된 외란값 W_2P및 추정된 비틀림 각 θ_RBP을 판독한다. 그 다음, 제어흐름은 단계 S53 으로 진행하여 값 F_(i-1)을 계산하고, 단계 S54 로 진행하여 값 L_K(i)를 계산한다. 이후, 단계 S55 가 실행되어져 정수 i를 증가시킨다. 결국, 루틴의 한 주기 실행이 종료된다.

제 1 실시예에서 외란을 추정하는 외란 관찰기(52)의 정확도는, 차륜(14) 및 로터(10)의 제조 및 통합의 에러로 인한 차륜(14)의 주기적인 속도 변화를 제거하기 위해 림 속도 계산기/보상기(45)로 휠 속도 v 를 보상함으로써 개선된다. 그러나, 이런 보상이 본 발명의 원리에 따라 필수적인 것은 아니다. 하지만, 외란 관찰기의 외란 추정 정확도가 휠 속도 v 의 변화 주파수, 즉, 휠 속도 v 의 주기적 변화를 나타내는 파의 주파수의 전 범위에 걸쳐 충분히 높도록 외란 관찰기(52)를 설계하는 것은 어렵다. 달리 말하면, 휠 속도 v 중 외란 관찰기(52)의 추정 정확도가 상당히 높은 변화 주파수 f_d의 특정범위가 존재한다. 그러므로 주기적인 휠 속도 변화의 영향을 피하는 적정 측정을 취하는 것이 필수적이다. 한편, 속도 변화 주파수 f_d, 즉, 차륜(14)상에 작용하는 주기적 외란에 의해 차륜(14)의 속도가 주기적으로 변하는 주파수 f_d를 계산함으로써 추정하는 것이 가능하다. 따라서, 외란 관찰기 (52)의 정확도가 바람직하지 않게 낮은 휠 속도 v 의 바람직하지 못한 범위를 추정하는 것이 가능하다. 이 범위는 실제 검출된 휠 속도 v 로부터 휠 속도 변화 주파수 f_d를 추정하고, 관찰기(52)의 정확도가 가장 높은 공지된 최적 변화 주파수 f_opt, 와 이 변화 주파수 f_d를 비교함으로써 추정되어질 수 있다. 만약, 실제 변화 주파수 f_d와 최적 변화 주파수 f_opt, 간의 차이가 미리 정해진 하한치보다 더 낮으면, 휠 속도 v 는 바람직하지 않은 범위내에 있는 것으로 간주된다. 결국, 휠 속도 v 가 이 추정된 바람직하지 않은 범위내에 있는 동안은 외란 관찰기(52)의 동작을 금지시키는 것이 가능하고 또한 바람직한 것이다. 이로써, 관찰기(52)의 동작 신뢰성이 확장된다.

본 발명의 제 3 실시예에 따라 상기 개념에 근거한 장치의 실시예가 제 14 도의 블럭도에 도시되며 , 이 장치는 주파수 메모리(80), 휠 속도 계산기(82), 휠 속도 변화 주파수 계산기(84), 주파수 비교기(86) 및 외란 관찰기(88)를 포함한다.

주파수 메모리(80)는, 외란 관찰기(88)가 충분히 높은 정확도를 가지고 스프링 상수 K 의 변화량, 관성 모멘트 J_R, J_B를 추정할 수 있는 최적 변화 주파수 f_opt를 나타내는 데이타를 기억한다. 이때, 공통의 최적 변화 주파수 f_opt, 는 관찰기(88)에 의해 추정된 모든 변수들(K, J_R및 J_B포함)에 대해 사용되거나 또는 각 최적 변화 주파수 값 f_opt이 상이한 변수들에 대해 제공되어지는 것에 유의하라.

휠 속도 변화 주파수 계산기(84)는 다음 방식으로 휠 속도의 변화 주파수 f_d를 계산한다.

먼저, 차륜(14)의 회전수 n 이 다음 식에 따라 계산된다.

n = TV/(2πR)

여기에서, T : 상수

V : 자동차의 현재 속도

R : 타이어(26)의 공기압이 정상일때 차륜(14)의 반경

그러면, 현재 자동차 속도 V 에 대한 휠 속도의 기본 주파수 fo 가 다음 식에 따라 계산된다.

fo = 1/n

기본 주파수 fo 는 휠 속도의 주기적 변화를 나타내는 복합 정현파를 형성하도록 고려된 다수의 정현파의 상이한 주파수중 가장 낮은 것이다.

차륜(14)상에 작용하는 주기적인 외란으로 인한 휠 속도의 또다른 변화 주파수들 f_d, 예컨대 기본 주파수 fo 의 고차 고조파들이 존재한다. 고차의 고조파 주파수는 fo 의 배수이므로, 변화 주파수 f_d가 다음 방정식에 따라 계산되어질 수 있다.

f_d= ifo(여기에서, i ≥ 2 인 자연수)

휠 속도 계산기(82), 휠 속도 변화 주파수 계산기(84), 주파수 비교기(86) 및 외란 관찰기(88)은 컴퓨터(47)의 ROM(49)에 기억된 제어 프로그램에 따라 제 15 도의 흐름도에 도시된 외란 관찰기 제어 루틴을 수행하도록 동작된다.

제 15 도의 루틴은 단계 S1 에서 개시하여 자기 픽업(12)의 출력 신호에 근거한 차륜(14)의 휠 속도 v 를 계산한다. 단계 S61 에서 휠 속도의 계산 방식은 제 6 도의 루틴중 단계 S 12에서 림 속도 계산기/보상기(45)에 의해 평균 휠 속 v 를 계산하던 방식과 동일하다.

단계 S1 이후의 단계 S2 에서는 휠 속도 v 의 둘 이상의 변화 주파수 f_d가 단계 S61 에서 계산된 휠 속도 v 를 이용하여 상기와 같이 계산된다. 그후, 단계 S63 가 실행되어, 각각의 계산된 변화 주파수 f_d와 주파수 메모리(80)에 기억된 대응하는 최적 주파수 f_opt, 사이의 차이 Δf 의 절대값을 계산한다. 이후에 제어 흐름은 단계 S64 로 진행하여, 차이 Δf(절대값)가 미리 예정된 기준 α 와 동일한지 또는 더 작은지 혹은 그렇지 않은지를 결정한다. 만약, 변화 주파수들 f_d중 어떤 것에 대해 긍정적인 결정(예)이 단계 S64 에서 얻어지면, 단계 S65 가 실행되어 져 외란 관찰기(88)의 동작을 저지시켜 관찰기(88)을 디스에이블(disable)한다.

그렇지 않은 경우에는, 단계 S66 이 실행되어져 관찰기(88)의 동작을 허용, 즉, 관찰기(88)를 인에이블한다. 상기 외란 관찰기(88)는 그 구조에 있어서 제 1 실시예에서 사용된 외란 관찰기(52)와 동일하다.

본 발명의 제 3 실시예에 있어서는, 로터(10), 자기 픽업(12), 파형 성형기/ (18), 및 휠 속도 계산기(82)가 협력하여 차륜(14)의 각속도를 검출하는 장치를 구성한다. 반면에, 주파수 메모리(80), 휠 속도 변화 주파수 계산기(84), 및 주파수 비교기(86)가 협력해서 외란 관찰기(88)의 동작을 저지하는 수단을 구성한다.

만약, 휠 속도에 영향을 미치는 주기적 외란이 단지 차륜(14)과 로터(10)에 관련된 에러들로부터 발생한다고 가정하면, 주기적 외란의 주파수는 휠 속도 v, 즉, 자동차 속도 V 에 전적으로 의존한다고 생각될 수 있다. 그러므로, 외란 관찰기가 높은 정확도로 외란를 추정할 수 있느냐 없느냐에 대한 결정은, 최적 변화 주파수 f_opt와 비교되는 현재 검출된 변화 주파수 f_d에 근거하기 보다는 현재 검출된 휠 속도 v 또는 자동차 속도 V 에 근거하여 내려질 수 있다.

외란 관찰기를 설계하기 위한 차륜(14)의 역학적 모델이 예로서 제 4 도에 도시되어 있지만, 상기 외란 관찰기는 다른 모델로 설계될 수 있다.

예를들어, 자동차 서스펜션 시스템에 연결된 차륜(14)은 제 16 도에 나타난 바와 같은 모델일 수 있다.

제 16 도에서 사용된 참조 문자는 다음과 같은 의미를 나타낸다.

Mv : 스프링 장착 자동차 본체의 질량

m_R: 림(28)의 질량

m_B: 벨트(30)의 질량

Ks : 자동차 서스펜션의 스프링 상수

Ds : 자동차 서스펜션의 댐핑 계수

Xv : 스프링 장착 자동차 본체의 변위

X_R: 림(28)의 변위

X_B: 벨트(30)의 변위

X_VR: Xv 와 X_R의 차이

상기 문자 J_R, J_B, 및 θ_RB는 제 1 도에서와 같이 각각 림(28)과 벨트(30)의 관성 모멘트들 및 림(28)과 벨트 (30)간의 비틀림 각을 나타낸다. K_T는 비틀림 스프링(32)의 스프링 상수(K)를 나타내는 반면, 첨자 T 는 문자 K 와 함께 사용되어 스프링 상수 KT 와 자동차 서스펜션 시스템의 스프링 상수 Ks 를 구별하는데 사용된다.

제 16 도의 모델에 따른 외란 관찰기를 사용하는 본 발명의 다양한 실시예가 기술될 것이다. 본 실시예들에서는, 제 1 도에서 사용된 도면 부호와 동일한 부호가 동일 요소에 사용될 것이고, 간략화와 단순화를 위해 상기 구성 요소에 대한 중복된 설명을 하지 않을 것이다.

제 16 도의 모델은 다음의 상태 방정식(41)으로 나타내어진다.

여기에서 J_R= γm_R이고, J_B= βm_B이며, aij 와 bij는 차륜 모델과 자동차 서스펜션 시스템 모델간의 간섭을 나타내는 상수이다. 상기 상수는 자동차 서스펜션 시스템의 구조에 달려 있다.

림(28)의 질량 m_R(관성 모멘트 J_R)과 비틀림 스프링 상수 K_T가 모두 m_R+ Δm_R(J_R+ ΔJ_R)과 K_T+ ΔK_T로 각각 바귄다고 가정하면, 상기 상태 방정식(41)은 다음의 식(42)으로 변환될 수 있으며, 이 식(42)는 상태의 모델과 등가 상태의 모델을 나타낸다.

여기에서,

Δ(K_T/J_R) = (K_T+ ΔK_T)/(J_R+ ΔJ_R) - K_T/J_R

Δ(Ds/m_R) = Ds/(m_R+ Δm_R) - Ds/m_R

Δ(Ks/m_R) = Ks/(m_R+ Δm_R) - K_S/m_R

만일, 상기 방정식(42)의 우변의 제 3 항이 외란으로서 간주된다면, 또, 상기 제 3 항의 제 5 요소로 나타낸 외란이 추정된다면, 외란 W₅는 다음 식(43)로 나타내어지고 다음의 상태 방정식(43)은 그 모델을 나타낸다.

Ws = Δ(Ds/m_R)X_VR' + Δ(Ks/m_R)X_VR+ n

여기에서, n 은 방정식(42)의 우변 제 3 항의 제 5 요소만이 외란을 추정하는데 사용되기 때문에 발생하는 에러를 나타내는 항을 의미한다.

식(43)에 의해 표현된 외란 W₅로부터의 림(28)의 질량 m_R의 변화량(결국, 관성 모멘트 J_R의 변화량)을 얻기 위한 상호 상관 함수 C(W₅, X_VR)는 다음의 식(45)으로 표시된다.

C(W₅, X_VR) = Δ(Ds/m_R) C(X_VR', X_VR)+Δ(Ks/m_R) C(X_VR, X_VR)+C(n, X_VR)

C(X_VR', X_VR)=0 이므로, 다음 식(46)은 소위 상호 상관 함수 C(W₅, X_VR를 자

기 상관 함수 C(X_VR, X_VR)로 나누는 표준화에 의해 얻어질 수 있다.

C(W₅, X_VR/C(X_VR, X_VR) = C(n, X_VR)/C(X_VR, X_VR) + Δ(Ks/m_R)

상기 식(46)의 우변 제 1 항은 질량 m_R(관성 모멘트 J_R의 변화에 독립적이며 적절히 결정될 수 있다.

관성 모멘트 J_R의 변화량 ΔJ_R은 상기한 바와 같이 얻어진 질량 m_R의 변화량으로부터 얻어질 수 있다. 따라서, 얻어진 변화량 ΔJ_R은 외란 관찰기(52)에서 사용되는 관성 모멘트 J_R을 보상 또는 조정하는데 이용된다.

외란 관찰기(52)는 다음을 제외하고는 제 1 실시예에 대해 상술한 구조와 동일하다.

만일, 추정될 외란이 대략 W₅' = 0 이면 확장 시스템은 다음 식(47)으로 표시된다.

상기 식(47)의 물리값중에서 림(28)의 각속도 ω_R만이 검출될 수 있다.

상기 외란 관찰기는 다음과같이 상기 식(47)의 행렬들을 재배열함으로써, 상기와 같은 방법으로 공지화될 수 있다.

림(28)의 각속도 ω_R만이 본 실시예에서 검출될 경우, 외란 관찰기(52)의 외란 추정 정확도는, 만약 다른 물리적 값(들)이 적절한 검출 수단에 의해 검출되고 관찰기에 의해 사용된다면, 개선될 수 있다.

사실상, 본 실시예는 다음과 같이 적용된다. 상기 외란 관찰기(52)는 림(28)의 관성 모멘트(J_R), 벨트(30)의 관성 모멘트(J_B), 림(28)의 질량(m_R), 벨트(30)의 질량(m_B), 림(28)의 각속도(ω_R), 자동차의 서스펜션 시스템의 스프링 상수(Ks)와 댐핑 계수(Ds), 및 자동차 본체의 질량(Mv)을 근거로 하여 외란(W₅)을 추정함으로써, 상관 함수 및 표준화에 의해 추정된 외란(W₅)으로부터 림(28)의 질량(m_R)의 변화량(Δm_R)이 계산되며, 림(28)의 관성 모멘트(J_R)의 변화량(ΔJ_R)은, 그 계산된 변화량(Δm_R) 및 Δm_R과 ΔJ_R사이의 소정의 관계식에 따라 결정된다. 본 실시예는, 비록 타이어(26)의 공기압의 변화에 기인된 스프링 상수(K_T)의 변화량(ΔK_T에 독립적으로 림(28)의 질량(m_R)의 변화량(Δm_R)의 정확한 추정을 허용한다.

상기 외란 관찰기를 설계하기 위해 사용되는 동적 모데은 제 17 도에 도시된 바와 같이 간략화될 수 있다. 제 3 도 및 16 도에 도시된 차륜(14)의 동적 모델이 림(28) 및, 그 관성 모멘트와 각속도가 상기 차륜(14)에 작용하는 외란을 추정하는데 이용되는 벨트(30)를 포함하는 경우, 제 17 도에 도시된 동적 모델은 관성 모멘트(J)를 가지는 간단한 회전체(rotary body)이다. 이러한 모델에 따라, 외란 토오크(74)는 회전체의 관성 모멘트(J)와 각속도에 기초해서 추정된다. 예를 들어, 제 17 도에 도시된 모델은 제 3 도의 모델의 스프링 상수(K)가 가능한 매우 큰 비틀림 스프링(32)을 사용하므로써 구체화될 수 있다. 본 실시예는 외란 관찰기가 제 3 도 또는 제 16 도의 모델에 따라 설계되는 선행 실시예의 형태와 차이가 있는 본 발명의 다른 형태이다.

선행 실시예에서, 상기 표시 장치(66)는 타이어(26)의 과도한 마모량 또는 공기압의 비정상적으로 낮은 수준을 자동차 운전자에 알리는 표시를 제공하도록 적응된다. 그러나, 상기 판단 프로세서(62) 및 표시 장치(66)는 타이어(26)를 교체하거나 타이어의 공기압을 증가시키지 않고도 자동차의 주행가능한 예상 시간이나 거리(마일)를 표시 장치(66)가 지시할 수 있도록 변형될 수 있다. 상기 예상된 주행 시간 또는 거리는 사이어(26)의 공기압 감소율이나 타이어 마모의 증가률에 의해 결정될 수 있다.

가령, 타이어(26) 공기압의 감순율은 스프링 상수(K)의 변화율로부터 얻어질 수 있고, 상기 스프링 상수의 변화율은 변화량(ΔK)을 그 변화량(ΔK)이 발생하는 동안의 시간 주기(t)로 나누어주므로써 얻어진다. 상기 예상된 자동차 주행 시간은 얻어진 변화율 ΔK/t 로부터 추정되고 상기 표시 장치 (66)에 표시된다.

상기 타이어(26) 마모량의 증가율은 상기 벨트(30)의 관성 모멘트(J_B)의 변화율로부터 얻어지고, 상기 관성 모멘트의 변화율은 관성 모멘트(J_B)의 변화량(ΔJ_B)을 상기 변화량(ΔJ_B)을 야기시킨 주행 거리(d)로 나누어주므로써 구해질 수 있다. 상기 예상된 자동차 주행 거리는 변화율 ΔJ_B/d 로부터 구해질 수 있고, 상기 표시 장치(66)에 표시된다.

비록, 자동차 속도 센서(70)가 상기 실시예의 자동차 속도(V)를 검출하는데 배타적으로 사용된다할지라도, 상기 휠 속도 검출 장치(10, 12, 18, 45)는 상기 자동차 속도(V)를 결정하는데 이용될 수 있다. 즉, 상기 자동차 속도(V)는 휠 속도(v)를 근거로 하여 결정되거나 구해진다. 이때, 휠 속도(v) 변화율의 절대값은 자동차 속도(V) 변화율의 절대값보다 크다. 왜냐하면, 상기 차륜(14)은 비교적 작은 관성 모멘트를 가지며 반면에 자동차 본체는 비교적 큰 관성 질량을 가지기 때문이다. 따라서, 자동차 속도(V)가 휠 속도(v)로부터 추정될 때, 만일, 상기 휠 속도 (v)가 상기 자동차 속도(V)의 예상 최대 변화율보다 더 높게 변한다면, 그 추정된 자동차 속도(V)를 소정의 상한 제한 속도로 제한할 필요가 있다. 다음에, 상기 자동차 속도(V)가 충분히 긴 시간동안 상기 휠 속도(v)의 평균값으로부터 추정되어야 한다. 상기 자동차 속도(V)가 둘 이상의 차륜(14)의 속도값(v)으로부터 추정되는 것이 바람직하다.

상술된 실시예에 있어서, 상기 표시 장치(66)는, 그 예정값으로부터 관성 모멘트(J_B)의 변화량(ΔJ_B)이 양의 기준값(ΔJ_BO)을 초과하는 경우에, 상기 타이어(26)에 외부 물체가 부착되어 있다는 것을 표시한다. 그러나, 또한 도로 표면상에서 타이어(26)의 미끄럼을 방지하기 위해 상기 타이어에 체인이 장착되어 있을 때, 관성 모멘트(ΔJ_B)는 증가한다. 이것은 상기 타이어(26)에 체인이 장착되어 있는지 아닌지를 결정하는데 그 변화량(ΔJ_B)이 이용될 수 있다는 것을 의미한다.

상기 타이어(26)에 장착된 체인을 검출하기 위한 루틴 (routine)의 예는 제 18 도에 도시된 흐름도에서 설명된다. 이 루틴은 각각의 차륜(14)에 대해 실행된다.

상기 루틴은 RAM(50)으로부터 관성 모멘트(J_B)의 마지막 값을 판독하기 위해 단계(S71)에서 시작된다. 단계 (S71)에 이어 단계(S72)가 실행되어 상기 관성 모멘트(J_B)가 소정의 임계값(J_Bth)보다 큰지를 결정한다. 이 임계값(J_Bth)은 상기 차륜(14)에 체인이 장착될 때 일반적으로 발생하는 관성 모멘트(J_B)의 증가량에 의거해서 결정된다. 만약, 현재 검출된 관성 모멘트(J_B)가 상기 임계값(J_Bth)보다 크지 않다면, 단계(S72)에서 부정 판단(NO)이 얻어지고, 제어 흐름은 CHAIN-ON 플래그를 0으로 리셋시키기 위해 단계(S74)으로 간다. 상기 CHAIN-ON 플래그의 1 값은 타이어(26)에 체인의 장착을 나타내고, 반면에 0 값은 상기 체인이 타이어(26)에 장착되지 않은 것을 나타낸다. 만약, 관성 모멘트(J_B)가 임계값(J_Bth)보다 크다면, 단계(S72)에서 긍정 판단(YES)이 얻어지고, CHAIN-ON 플래그를 1로 세트시키기 위해 단계(S73)이 실행된다. 따라서, 상기 플래그를 세트 또는 리셋시키기 위해 단계(S73) 또는 (S74)에서 상기 루틴은 종료된다.

상기 CHAIN-ON 플래그는 컴퓨터(47)의 RAM(50)에 공급되고, 상기 플래그의 상태는 상기 컴퓨터(47)에 접속된 적정 자동차 케어 장치에 의해 모니터된다. 이 자동차 제어 장치는 체인이 차륜(14)의 타이어(26)상에 장착된 것인지에 따라 다르게 자동차를 제어하도록 적응된다.

상기 자동차 제어 장치의 일예로서, 자동차의 후방 휠의 조향각(steering angle)을 전기적으로 제어하도록 설계된 후방 조향각 제어 장치가 있다. 이 후방 조향각 제어 장치에 대해 제 18 도의 체인 검출 루틴의 응용이 기재될 것이다.

체인이 후방 휠 타이어(26)에 장착될 때, 타이어(26)와 타이어를 덮는 자동차 본체의 휠 하우징 사이의 간격은 상기 체인이 타이어(26)에 장착되지 않았을 때의 간격보다 작다. 만일, 후방 차륜(14)의 조향각이 후방 휠 타이어(26)에 체인이 장착되거나 그렇지 않은가에 무관하게 일정하게 조정되어졌다면, 상기 타이어(26)에 장착된 체인은 상기 차륜 하우징에 과도하게 근접되고 간섭을 일으키도록 되어 있을 것이다. 따라서, 상기 후방 조향각 제어 장치는 상기 체인이 타이어(26)에 장착될 때 후방 차륜의 조향각을 제어하지 못하도록 설계된다. 반대로, 상기 조향 각은 체인이 장착되지 않을 때 보다도 체인이 장착될 때 더 작아지도록 해서, 상기 후방 휠 조향각을 제어하도록 상기 장치가 설계된다. 그러므로, 상기 차륜에 체인이 장착되는지 또는 아닌지에 따라 다른 방법으로 그 후방 휠 조향각을 제어하기 위해 상기 CHAIN-ON 플래그 상태가 상기 후방 휠 조향각 제어 장치에 의해 이용된다.

제 19 도에 대해, 차륜(14)의 또다른 동적 모델이 도시되며, 상호 회전가능한 링(28)과 벨트(30)가 병렬로 위치된 비틀림 스프링(32) 및 댐퍼(100)에 의해 서로 연결된다.

제 19 도의 모델은 제 20 도에 도시된 바와 같이 소위 두가지 관성 모델로 간략화된다.

제 20 도에 사용된 문자는 다음과 같다.

m_R: 림(28)의 등가 관성 질량(무게)

m_B: 벨트(30)의 등가 관성 질량(무게)

Kw : 비틀림 스프링(32)의 스프링 상수

Dw : 댐퍼(100)의 댐핑 계수

X_R: 림(28)의 등가 선형 변위

X_B: 벨트(30)의 등가 선형 변위

X_RB: 림(28)과 벨트(30)의 상대적인 등가 선형 변위

F_d: 도로 표면으로부터 타이어(26)에 의해 수신된 등가 외란.

제 20 도의 모델에서 림(28)과 벨트(30)의 등가 관성 질량(무게) m_R, m_B는 제 19 도의 모델에서 각각 관성 모멘트 J_R, J_B에 대응하는 반면에, 제 20 도의 모델에서 림(28)과 벨트(30)의 등가 선형 변위 X_R, X_B는 제 19 도의 모델에서 각각 각속도 ω_R, ω_B의 적분에 해당한다. 제 20 도의 모델에서 등가 선형 변위 X_RB는 제 19 도의 모델에서 비틀림 각 θ_RB에 동일하게 대응한다. 더우기, 제 20 도의 모델에서 등가 외란 F_d은 제 19 도의 모델에서 외란 토오크(T_d)에 해당한다. 제 20 도의 모델에 따라 본 발명의 실시예가 기술된다.

제 20 도의 동작 모델은 다음 상태 방정식(48)으로 나타낸다.

상기 상태 방정식(48)은 엔진 출력 또는 제공력에 근거하여 림(28)에 작용하는 구동 또는 제동 토오크(71)에 해당하는 변수를 포함하지 않는데, 이 식(48)은 제 20 도의 모델의 진동 운동에 기인된 특별한 이유로 오직 가변 변수만을 포함하도록 공식화되기 때문이다. 이러한 점에서, 구동 또는 제동 토오크(71)는 등가 선형 변위(X_R, X_B), 그 1 차 도함수 (X_R', X_B'), 그 2 차 도함수(X_R, X_B), 스프링 상수 K_W, 및 댐핑(damping) 계수 Dw 와 같은 가변 변수와 구별되는 고정된 값으로 고려될 수 있다.

스프링 상수(Kw)와 댐핑 계수(Dw)가 타이어(26) 공기압의 변화에 따라 각각 (Kw + ΔKw)와 (Dw + ΔDw)로 변한다면, 상태 방정식(48)은 다음 식(49)으로 변환될 수 있고 이것은 외란이 정상 상태의 모델에 작용하는 것과 등가인 상태 모델을 나타낸다:

등가 외란 F_d이 추정될 수 없는 미지의 외란값으로 취급된다면, 추정될 외란은 다음식 (50)으로 나타난다.

상기 식(50)의 우변 제 2 항에 나타낸 외란을 추정된다면, 그 외란(W₂)은 다음식(51)으로 나타난다.

W₂= (ΔD_W/m_B)(X_R'- X_B') + (ΔK_W/m_B)X_RB+ F_d/m_B+ n

여기서, 제 2 항만이 외란(W₂)을 추정하는데 이용되므로, n은 발생 에러를 나타낸다.

그러므로, 다음 상태 방정식(52)은 타이어(26)의 공기압이 변할 때의 모델을 나타낸다.

본 실시예에 따른 외란 검출 장치는 상기 분석에 근거하고, 타이어(26) 공기압의 변화량을 얻기 위해 외란 W₂을 추정하는 외란 관찰기를 사용한다. 본 외란 검출 장치는 아래와 같이 이루어진다.

그 장치는 제 21 도의 기능 블럭도에 나타나 있듯이, 변위 속도 검출 장치(110)를 포함한다. 장치(110)는 림(28)의 등가 선형 편위 속도 X_R' 를 검출하고 컴퓨터(120)에 연결된다. 장치(110)는 선행 실시예에서 처럼, 로터(10)의 외부 바깥 둘레를 따라 형성된 톱니(16)의 통과를 기계적으로 검출하므로서 림(28)의 각속도(ω_R)를 결정한다. 등가 선형 변위 속도 X_R' 는 결정된 각속도(ω_R)에 근거하여 계산된다. 제 22 도에 도시되어 있듯이, 컴퓨터(120)는 중앙 연산 처리 장치로서 CPU(122), 제 1 메모리로서 ROM(124), 제 2 메모리로서 RAM(126)을 갖는다. 컴퓨터(120)는 제 21 도에 도시된 바와 같이 외란 관찰기(130), 상수 변화 계산기(132), 상수 보상기(134) 및 판단 프로세서(136)를 제공한다.

외란 관찰기(130)는 다음을 제외하고는 제 1 실시예에서 사용된 외란 관찰기(52)의 구조와 동일하다. 즉,

추정될 외란이 W₂' = 0 으로 근접한다면, 상기 식 (52)으로 나타낸 확장된 선형 시스템은 다음의 식(53)으로 나타난다.

상기 식(52)의 물리적 값에 대해서, 림(28)의 등가 선형 변위 속도 X_R' 만이 검출될 수 있다.

외란 관찰기(130)는 다음과 같이 상기 식(55)에서 매트릭스를 재정의함으로써 상기와 동일한 방식으로 공식화될 수 있다 :

본질적으로, 외란 관찰기(130)는 변위 속도 검출기(110)에 의해 검출된 적어도 등가 선형 변위 속포 X_R' 를 근거로 하여 차륜의 회전에 관련한 선형 시스템의 등가 선형 변위 X_RB와 등가 선형 변위 속도 X_B' 를 추정하도록 적응된다. 외란 관찰기(130)는 또한 선형 시스템에서의 외란 W₂을 추정한다. 검출기(110)는 림(28)의 각속도를 추정하는 장치로서 동작한다는 것을 이해할 것이다.

이와 같이, 외란 관찰기(130)에 의해 추정된 외란은 상수 변화 계산기(132)에 인가되며, 상기 계산기(132)는 외란 W₂에 근거하여 댐핑 계수 Dw 의 변화량 ΔDw 과, 스프링 상수 Kw 의 변화량 ΔKw 을 계산하도록 적응된다.

상기와 같이, W₂= (ΔD_W/m_B)(X_R'- X_B') + (ΔK_W/m_B)X_RB+F_d/m_B+n 이다. 이 식은 최소 제곱(square) 방법에 의해, 변화량 ΔDw 및 변화량 ΔKw을 계산한다. 더욱 상세히 설명하면, 다음 식(54)으로 표현된 제곱의 합이 최소로 되고 즉, 각각의 변화량 ΔKw와 ΔDw에 의한 합 S의 부분 미분으로 얻어진 값이 양쪽 모두 0 이 되도록 변화량 ΔKw, ΔDw 가 결정된다.

변화량 ΔKw 와 ΔDw 는 다음 식(55)을 이용하여 계산된다:

여기서,

R_1(i)= X_RB(i)

R_2(i)= X_R'_(i)- X_B'_(i)

이론적인 근사값과 추정된 외란(W₂)의 차이의 연속적으로 얻어진 제곱의 합이 최소가 되도록 변화량 ΔKw 와 ΔDw 이 결정됨을 알 수 있다. 상기 식(55)에서, Σ 뒤의 괄호안의 값은 상기 차이고, 괄호안의 마지막 항 W_2(i)에 앞선 3 개 항의 합은 외란(W₂)의 상기 이론적인 근사값이다.

상수 변화 계산기(132)에 의해 얻어진 변화량 ΔKw 와 ΔDw 가 상수 보상기(134)에 인가되어, 스프링 상수 Kw 와 댐핑 계수 Dw 는 그 얻어진 변화량 ΔKw 와 ΔDw 에 따라 보상되거나 조정된다.

상수 보상기(134)에 의해 얻어진 댐핑 계수(Dw)와 조정된 스프링 상수(Kw)가 판단 프로세서(136)에 인가되고, 이 프로세서(136)는 조정된 스프링 상수 Kw 와 댐핑 계수 Dw 를 그 각각의 표준값과의 차를 계산한다. 이 차는 변화량 ΔKw 와 ΔDw 의 절대값으로서 사용된다. 그후, 판단 프로세서(136)는 변화량 ΔKw 및 ΔDw 의 절대값에 근거하여, ΔKw, ΔDw, P의 소정의 관계식에 따라 타이어의 공기압 P 의 변화량 ΔP 을 추정한다. 이러한 관계식은 컴퓨터(120)의 ROM(124)에 저장된 데이타 테이블에 의해 표현된다. 최종적으로, 프로세서(136)는 공기압의 그 추정된 변화량(ΔP)이 허용 범위내에 포함되는지의 여부를 결정하고, 추정된 변화량(ΔP)이 허용범위내에 속하지 않을 경우, 타이어의 공기압(P)이 비정상임을 표시하도록 표시 장치(138)를 능동화시킨다.

상기 처리는 컴퓨터(120)의 ROM(124)에 저장된 타이어 공기압 검출 루틴에 따라 수행된다. 이 루틴은 제 23 도의 흐름도를 참조하여 상세하게 논의될 것이다.

루틴은 정수 i를 1로 세트하고 변화량 ΔKw(i) 및 ΔDw(i) 를 0로 리셋하도록 단계(S81)에서 초기화된다. 그리고나서, 단계(S82)는 변위 속도 검출기(110)의 출력에 근거하여 림(28)의 등가 선형 변위 속도 X'_R(i)를 계산하고 또한 RAM(126)에 그 계산된 속도 X'_R(i)를 저장하도록 실행된다. 단계(S82)는 등가 선형 변위 가속도 X_R(i)를 계산하기 위해 단계(S83)로 이어지는데, 여기에서 가속도는 현재 속도값 X'_R(i)과 RAM(126)에 미리 저장된 최종 속도값 X'_R(i-1)간의 차이다. 계산된 등가 선형 변위 가속도 X_R(i)또한 RAM(126)에 저장된다.

그후, 제어 흐름은 외란 관찰기(130)가 등가 선형 변위 속도 X'_R(i)및 등가 선형 변위 가속도 X_R(i)를 기초로 하여, 외란 W_2(i)및 벨트(30)의 등가 상대 선형 변위 X_RB(i)와 등가 선형 변위 속도 X'_B(i)를 추정하는 단계(S84)로 계속된다. 추정된 값 W_2(i), X'_B(i)및 X_RB(i)은 RAM(126)에 저장된다.

등가 선형 변위 속도 X'_R(i)뿐만 아니라, 등가 선형 변위 가속도 X_R(i)가 외란 W_2(i)및 등가 선형 변위 속도 X'_B(i)와 등가 상대 선형 변위 X_RB(i)를 추정하는데 사용되므로, 등가 선형 변위 속도 X'_R(i)가 외란 관찰기(130)에 의해 사용될 수 있다.

입력 X'_R(i), X_R(i)이 고역 필터에 의해 필터링된 후에만 외란 관찰기(130)가 등가 선형 변위 속도 및 가속도 X'_R(i), X_R(i)를 수신함으로써, 속도 및 가속도 X'_R(i), X_R(i)의 가변 성분이 관찰기(130)에 의해 사용된다. 그리고나서, 단계(S85)는 정수 i가 소정의 N 보다 크거나 작은지의 여부를 결정하도록 실행된다. 만약 그렇지 않다면, 부정 판정(NO)이 단계(S85)에 취해지며, 단계(S86)은 상기 단계(S82) 내지 (S85)를 반복하기 위해 정수 i의 증가분 만큼 실행된다. 소정의 N 번 반복된 이 단계들 (S82) 내지 (S85)에 있어서, 총 N 세트의 X'_R(i), X'_B(i), W_2(i)및 X_RB(i)가 RAM(126)에 저장되고 긍정 판정(YES)이 단계(S85)에 취해진다. 이 경우, 단계(S87)는 변화량 ΔKw(i) 및 ΔDw(i)를 계산하도록 실행된다. 특히, 이 변화량 ΔKw(i) 및 ΔDw(i)은 상기 지시된 N 세트의 데이타를 기초로 하여 최소 제곱법으로 계산된다. 단계(S87)는 계산된 변화량 ΔKw(i) 및 ΔDw(i) 을 기초로 하여, 외란 관찰기(130)에 의해 사용된 스프링 상수(Kw) 및 댐핑 계수(Dw)를 보상하도록 단계(S88)로 계속된다.

그리고나서, 단계(S89) 및 (S90)는 타이어(26)의 공기압(P)이 비정상인지 아닌지를 결정하도록 실행된다. 상세히 기재된 바와 같이, 계산된 변화량(ΔKw)을 기초로 하여, 단계(S89)는 우선 공칭값으로부터 스프링 상수(Kw)의 변화량(ΔKw)을 계산하고, 공칭값으로 부터 공기압(P)의 변화량(ΔP)를 추정한다. 예컨대, 변화량(ΔP)의 추정은 다음식에 따라 이루어질 수 있다.

ΔP = A(ΔK_W/K_W), A는 상수

대안적으로, 변화량(ΔP)의 추정은 ROM(124)에 기억된 데이타 테이블에 의해 나타나는 ΔP 및 ΔKw 의 소정의 관계식에 따라 가능해진다.

단계(S89)는 공기압(P)의 변화량(ΔP)이 소정의 임계값(ΔPth)을 초과하는지의 여부 즉, 공기압(P)이 비정상인지의 여부를 결정하기 위해 다음 단계(S90)로 이어진다.

변화량(ΔP)이 소정의 임계값(ΔPth) 보다 크지 않을 경우 즉, 공기압(P)이 정상일 경우, 비정상 공기압(P)을 자동차 운전자에게 알리기 위한 단계(592)가 실행되지 않는다. 이 경우, 부정 판정(NO)이 단계(S90)에 취해지고, 이에 따라 단계(S91)는 정수 i'를 1로 리셋하도록 실행되고 제어 흐름은 루틴을 다시 실행하기 위해 단계(S82)로 되돌아간다 변화량(ΔP)이 임계값(ΔP_th)을 초과할 경우, 긍정 판정(YES)이 단계(S90)에 취해지고, 단계(S92)는 공기압(P)이 비정상임을 표시하도록 표시 장치(138)를 능동화시키는 동작을 수행한다. 이때, 루틴 실행은 단계(S92)에서 종료된다.

제 23 도의 타이어 공기압 검출 루틴은 데이타 X'_R(i), X'_B(i), W_2(i)및 X_RB(i)가 RAM(126)에 저장될 때마다 변화량 ΔKw 및 ΔDw 를 계산하도록 형성됨을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, N 세트의 데이타가 저장된 후 새로운 데이타 세트가 RAM(126)에 저장될 때, 변화량 ΔKw 및 ΔDw 가 계산되도록 수정될 수 있다. 이 경우, 상기 식(44)은 최초로 저장된 데이타 세트(가장 오래된 데이타 세트)가 최후에 저장된 데이타 세트(최근 저장된 데이타 세트)로 교체되도록 N 세트의 데이타를 갱신하여 수정될 수 있다. 이런 수정된 루틴의 일예가 제 24 도의 흐름도에 설명되어 있다. 이런 수정된 루틴은 제 23 도의 루틴의 단셰와 유사한 단계의 간략한 설명으로 기술된다.

제 24 도의 루틴은 ΔK_W(i)및 ΔD_W(i)의 변화량 뿐만 아니라 매트릭스 L_D및 L_N도 정수 i 를 1 또는 0으로 설정하는 단계(S101)로써 개시된다. 매트릭스 L_D는 상기 식 (44)의 우변의 좌측항에 의해 표시되는 한편, 매트릭스 L_N은 식(44)의 우변의 우측항에 의해 표시된다.

단계(S101)은 변위 속도 검출기(110)의 출력을 기초로 해서 등가 변형 변위 속도 X'_R(i)를 계산하기 위해 단계(S101)로 진행한다. 따라서, 단계(S103)은 등가 선형 변위 가속도 X_R(i)를 계산하기 위해 실행된다. 단계(S103)은 외란 관찰기(130)가 속도 및 가속도(X'_R(i), X_R(i))의 가변 성분을 기초로 외란 W_2(i), 등가 선형 변위 속도 X'_B(i)및 등가 상대 선형 변위 X_RB(i)를 추정하는 단계(S104)로 진행한다.

그리고나서, 현재의 등가 선형 변위 속도 X'_R(i), X'_B(i)및 등가 상대 선형 변위 X_RB(i)값을 기초로 하여 그 증가분을 매트릭스 L_D의 현재 값에 가산하기 위해 단계(S105)로 제어 흐름이 진행된다. 그후, 단계(S106)은 현재의 X'_R(i), X'_B(i), X_RB(i)값에 기초하여 증가분 및 외란 W_2(i)의 현재값을 매트릭스 L_N의 현재 값에 가산하기 위해 실행된다. 그러므로, 단계(S105) 및 단계(S106)은 매트릭스 L_D및 L_N을 갱신하는데 제공된다. 따라서, 식(44)에 L_D및 L_N을 대입해서 변화량 ΔKw(i) 및 ΔDw(i)을 계산하고, 또한 그 계산된 변화량 ΔKw_6(i)및 ΔDw(i)를 기초로 하여, 관찰기(130)에 의해 이용되는 스프링 상수(Kw) 및 댐핑 계수(Dw)를 보상하거나 조정하기 위해서 단계(S107)로 제어 흐름이 진행된다.

그후, 정수 i'를 증가시키는 단계(S108)과, 정수 i가 소정의 값 N인지의 여부를 결정하기 위한 단계(S108')로 제어 흐름이 진행된다. 그렇지 않으면 부정 결정(NO)이 단계(S108')에서 얻어지고 제어 흐름은 단계(S102) 이후로 진행한다. 정수 i 가 N 보다 크면, 긍정 결정(YES)은 단계(S108')에서 얻고, 표준값과 비교될 때의 조정된 스프링 상수 Kw 에 따라, 공기압 P 가 정상인지의 여부를 결정하기 위해 제어 흐름이 단계(S109)로 진행한다. 공기압 P 가 정상이면, 단계(S110)은 비정상 공기압 P 의 자동차 운전자에 알리는 표시 장치(138)를 동작시키기 위해 실행된다.

본 발명은 현재의 양호한 실시예로서 상술하고 있으나, 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 기술에 숙련된 사람에 의해 여러가지 변경 , 수정 및 개선이 다음의 청구항에서 청구된 본 발명의 범위내에서 가능하다.

Claims (27)

1. 자동차의 차륜에 작용하는 외란(disturbance)을 검출하는 외란 검출 장치에 있어서, 상기 차륜(14)의 각속도를 검출하는 각속도 검출 장치(10, 12, 18, 45, 82, 110); 및 상기' 각속도 검출 장치에 의해 검출된 최소한 상기 차륜의 각속도에 근거하여 상기 차륜(14)에 작용하는 상기 외란를 추정하며, 상기 외란을 상기 차륜의 회전 운동을 나타내는 상태 방정식내의 다수의 변수중의 한 변수로서 추정하는 외란 관찰기(52, 88, 130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
2. 자동차 차륜의 각속도를 보상하는 방법에 있어서, 청구항 제 1 항에서 기재된 상기 외란 검출 장치에 의해 검출되고 상기 각속도의 상기 변화량을 야기하며 상기 휠에 작용하는 외란에 근거하여, 그 차륜의 각속도의 변화량을 얻는 단계: 및 상기 각속도의 변화량에 근거하여, 상기 외란 검출 장치의 각속도 검출 장치에 의해 검출된 차륜의 각속도를 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차륜의 각속도 보상 방법.
3. 자동차 차륜의 관성 모멘트 변화량을 구하는 방법에 있어서, 상기 차륜에 작용하는 외란 뿐만 아니라 상기 차륜의 각속도를 추정하기 위해, 청구항 제 1 항에 기재된 상기 외란 검출 장치를 동작시키는 단계 ; 및 상기 외란 및 상기 차륜의 각속도간의 관계식에 따라 그 차륜의 관성 모멘트의 변화량을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차륜의 관성 모멘트 변화량을 구하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 차륜(14)에 인가된 구동 토오크와 제동 토오크중 최소한 한 토오크를 검출하는 토오크 검출기(68)를 더 구비하며, 상기 외란 관찰기(52, 88, 130)가 상기 차륜(14)의 최소한 상기 각속도 및, 상기 구동 토오크와 상기 제동 토오크중의 최소한 한 토오크에 근거하여 상기 외란을 추정하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 각속도 검출 장치(10, 12, 18, 110)에 의해 검출된 상기 차륜의 각속도 가변 성분을 얻는 수단(110)을 더 구비하며, 상기 외란 관찰기(130)는 최소한 상기 차륜의 각속도 가변 성분에 근거하여 상기 외란을 추정하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 외란 관찰기(52, 88, 130)는 비틀림 스프링(32)에 의해 상호 연관하여 회전하도록 접속된 림(28) 및 벨트(30)가 있는 상기 차륜(14)의 동적 모델에 따라 설계되며, 상기 각속도 검출 장치(10, 12, 18, 45, 82, 110)은 상기 림의 각속도를 검출하며, 상기 외란 관찰기는 상기 림의 최소한 상기 각속도에 근거하여 상기 외란을 추정하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
7. 자동차의 차륜(14)의 공기압의 변화를 검출하는 방법에 있어서, 청구항 제 6 항에 기재된 외란 관찰기를 동작시켜, 상기 차륜에 작용하는 외란 뿐만 아니라 상기 림과 상기 벨트간의 비틀림 각을 추정하는 단계 ; 및 상기 외란과 상기 비틀림 각간의 관계식에 따라 상기 차륜의 공기압 변화량을 얻는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 차륜의 공기압 변화량 검출 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 차륜의 공기압 변화량을 얻는 단계는, 상기 외란 관찰기에 의해 연속적으로 얻어진 그 외란과 그 비틀림각 사이의 상호 상관 함수를, 상기 외란 관찰기에 의해 연속적으로 얻어진 비틀림각의 자기 상관 함수로 나눔으로써, 상기 외란과 상기 비틀림각 사이의 관계식으로 표현된 변수로서, 연속적인 상관 표준값을 얻으며, 상기 연속적인 상관 표준값들의 선행하는 표준값과, 현재의 상기 비틀림각 값과 현재의 상기 외란값의 곱 및, 상기 현재의 비틀림각 값의 제곱에 기초하여, 상기 연속적인 상관 표준값중의 현재 표준값을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차륜의 공기압 변화량 검출 방법.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 차륜(14)의 관성 모멘트 변화량을 검출하는 수단 (56, 58) ; 및 상기 차륜의 관성 모멘트의 검출된 변화량에 근거하여 상기 외란 관찰기(52)에 의해 변수로서 사용된 상기 차륜의 관성 모멘트를 보상하는 수단(60, 134)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
10. 제 6 항 또는 9 항에 있어서, 상기 비틀림 스프링(32)의 스프링 상수 변화량을 검출하는 수단(56, 58, 132): 및 상기 비틀림 스프링의 상기 검출된 스프링 상수 변화량에 근거하여, 상기 외란 관찰기(52, 130)에 의해 변수로서 이용된 상기 스프링 상수를 보상하는 수단(60, 134)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
11. 제 6 항 또는 9 항에 있어서, 상기 외란 관찰기(52, 88, 130)는 상기 림(28)의 최소한 상기 각속도(ω_R)에 근거하여, 상기 림과 상기 벨트 (30)간의 외란 W₂및 비틀림각 θ_RB을 추정하는 수단을 구비 하며, 상기 장치는 상기 외란 관찰기에 의해 추정된 상기 외란 W₂과 상기 비틀림각 θ_RB사이의 관계식에 따라 상기 비틀림 스프링(32)의 스프링 상수 K 의 변화량 ΔK 를 검출하는 상수 변화 검출 장치(56, 58, 132)를 더 구비하며, 상기 외란 W₂는 다음 방정식

    W₂= (-1/J_B)T_d+ (ΔK/J_B)θ_RB

    (여기서, J_B는 상기 벨트(30)의 관성 모멘트이고, T_d는 자동차가 달리고 있는 도로 표면으로부터 상기 벨트 (30)에 인가된 외란 토오크)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 상수 변화 검출 장치에 의해 검출된 상기 비틀림 스프링(32)의 스프링 상수 K 의 변화량 ΔK 에 해당하는 상기 차륜의 공기압의 변화량 ΔP 를 검출하는 공기압 검출 수단(62, 136)을 더 구비하며, 상기 변화량 ΔK 과 상기 변화량 ΔP 사이의 소정의 관계식에 따르는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 상수 변화 검출 장치에 의해 검출된 상기 비틀림 스프링(32)의 스프링 상수 K 의 상기 변화량 ΔK 에 근거하여 상기 외란 관찰기(52, 88, 130)에 변수로 서 사용된 상기 스프링 상수 K 를 보상하는 수단(60, 134)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
14. 제 6 항에 있어서, 상기 외란 관찰기(52, 88)는 적어도 상기 림(28)의 상기 각속도 ω_R에 근거하여 상기 벨트(30)의 각속도 ω_B및 외란 W₂를 추정하는 수단을 구비하며, 상기 장치는 또한 상기 외란 관찰기에 의해 추정된 상기 벨트의 상기 각속도 ω_B에 근거하여 상기 벨트의 각가속도 ω_B' 를 얻는 관성 모멘트 검출 장치(56, 58)를 더 구비하여, 상기 외란 관찰기에 의해 검출된 상기 외란 W₂과 상기 벨트의 상기 각가속도 ω_B' 사이의 관계식에 따라 상기 벨트의 관성 모멘트 J_B의 변화량 ΔJ_B을 검출하며, 상기 외란 W₂은 다음 방정식

    W₂= (-1/J_B)T_d-(ΔJ_B/J_B)ω_B'

    (여기서, T_d는 자동차가 달리는 노면으로부터 상기 벨트(30)에 가해지는 외란 토오크)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 관성 모멘트 변화 검출 장치(56, 58)에 의해 검출된 상기 벨트(30)의 상기 관성 모멘트 J_B의 상기 변화량 ΔJ_B에 근거하여, 상기 차륜(14)의 타이어 (26)에 부착되는 외부 물체를 검출하는 수단(62)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
16. 제 14 항 또는 15 항에 있어서, 상기 관성 모멘트 변화 검출 장치(56, 58)에 의해 검출된 상기 벨트의 상기 관성 모멘트 J_B의 상기 변화량 ΔJ_B에 근거하여, 상기 차륜(14)의 타이어(26)에 설치한 체인을 검출하는 수단(62)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
17. 제 14 항 또는 15 항에 있어서, 상기 관성 모멘트 변화 검출 장치(56, 58)에 의해 검출된 상기 벨트(30)의 상기 관성 모멘트 J_B의 상기 변화량 ΔJ_B에 근거하여, 상기 차륜(14)의 타이어 마모량을 검출하는 수단(62)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
18. 제 14 항 또는 15 항에 있어서, 상기 관성 모멘트 변화 검출 장치(56, 58)에 의해 검출된 상기 관성 모멘트 J_B의 상기 변화량 ΔJ_B에 근거하여, 상기 외란 관찰기(52, 88)에 의해 변수로서 사용되는 상기 벨트(30)의 상기 관성 모멘트 J_B를 보상하는 수단(60)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
19. 제 6 항에 있어서, 상기 외란 관찰기(52, 88)는 최소한 상기 림(28)의 상기 각속도 ω_R에 근거하여 외란 W₁을 추정하는 수단을 구비하며, 상기 장치는 또한 상기 림의 상기 각속도 ω_R에 근거하여 상기 림의 각가속도 ω_R' 을 얻기 위한 관성 모멘트 변화 검출 장치(56, 58)을 더 구비하여 상기 외란 관찰기에 의해 검출된 상기 외란 W₁과 상기 림의 상기 각가속도 ω_R' 사이의 관계식에 따라 상기 림의 관성 모멘트 J_R의 변화량 ΔJ_n을 검출하며, 상기 외란 W₁은 다음 방정식 W₁= -(ΔJ_R/J_R)ω_R' 에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 차륜은 휠 부재(24)와 상기 휠 부재에 부착된 타이어(26)로 구성되며, 상기 장치는 또한 상기 관성 모멘트 변화 검출 장치(56, 58)에 의해 검출된 상기 림(28)의 상기 관성 모멘트 J_R의 상기 변화량 ΔJ_R에 근거하여 상기 휠 부재(24)의 교체를 검출하는 수단(62)를 구비하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
21. 제 1 항에 있어서, 상기 외란 관찰기(130)는 평행하게 배치된 비틀림 스프링(32) 및 댐퍼(100)에 의해 상호 회전가능하게 연결된 림(28) 및 벨트(30)가 있는 상기 차륜(14)의 동적 모델에 따라 설계되며, 상기 각속도 검출 장치(10, 12, 18, 110)는 상기 림의 각속도를 검출하며, 상기 외란 관찰기는 최소한 상기 림의 상기 각속도에 근거하여 상기 외란을 추정하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 외란 검출기(130)는 상기 림(28)의 상기 각속도를 상기 림의 등가 선형 변위 속도(X_R')로서 사용하고 최소한 상기 림의 등가 선형 변위 속도(X_R')를 근거로 하여, 상기 외란(W₂)과, 상기 벨트(30)의 상기 등가 선형 변위 속도, 및 상기 림(28)과 상기 벨트(30)간의 등가 상대 선형 변위(X_RB)를 추정하며, 상기 장치는 또한 상기 외란 관찰기(130)에 의해 추정된 상기 외란(W₂)과, 상기 등가 선형 변위 속도(X_B')와, 상기 등가 상대 선형 변위(X_RB) 및, 상기 각속도 검출 장치 (10, 12, 18, 110)에 의해 검출된 등가 선형 변위 속도(X_R')를 근거로 하여 , 상기 댐퍼(100)의 댐핑 계수(Dw)의 변화량 ΔDw 및 상기 비틀림 스프링(32)의 스프링 상수의 변화량 ΔKw 을 검출하는 상수 변화 검출 장치(13)를 더 구비하며, 상기 외란(W₂)은 다음식

    W₂= (ΔDw/m_B)(X_R'-X_B')+(ΔK_W/m_B)X_RB+F_d/m_B

    (여기서, m_B는 상기 벨트(30)의 등가 관성 질량이며, F_d는 상기 자동차가 달리고 있는 도로 표면으로부터 상기 벨트에 인가되는 외란 토오크와 등가인 외란력)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 상수 변화 검출 장치(132)는 (ΔDw/m_B)(X_R'-X_B')+(ΔK_W/m_B)X_RB의 이론적 근사값과 그 추정된 외란(W₂)과의 차의 제곱(시간 간격마다 얻어짐)의 합이 최소화 되도록 하는 방식으로 상기 댐핑 계수(Dw)의 상기 변화량(ΔDw) 및 상기 스프링 상수(Kw)의 변화량(ΔKw)을 검출하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
24. 제 1 항에 있어서, 상기 외란 관찰기(52, 88)는 상기 자동차의 서스펜션 시스템에 접속되는 상기 차륜(14)의 동적 모델에 따라서 설계되며, 최소한 상기 차륜의 각속도를 근거로 하여, 상기 외란을 추정하며, 상기 자동차 및 상기 차륜(14)의 스프렁(sprung) 질량체 및 언스프렁(unsprung) 질량체는 상기 서스펜션 시스템을 통해서 서로 상대적으로 움직일 수 있게 접속되고, 상기 림(28) 및 상기 벨트(30)는 비틀림 스프링(32)에 의해 서로 상대적으로 회전할 수 있게 접속되는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
25. 제 1 항에 있어서, 상기 차륜(10)의 상기 각속도의 주기적 변화 주파수와, 상기 외란 관찰기가 고 정확도로 상기 외란을 추정하는 최적 주파수간의 차가 소정값보다 크지 않을 때, 상기 외란 관찰기(88) 동작을 저지시키는 저지 장치(80, 82, 84, 86)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.
26. 제 1 항, 제 4 항 내지 제 6 항, 제 9 항, 제 14 항, 제 15 항, 제 19 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 따른 외란 관찰기에 있어서, 상기 자동차의 주행 속도를 검출하는 자동차 속도 센서(70)와 ; 상기 자동차 속도 센서에 의해 검출되는 상기 자동차의 상기 주행 속도와, 상기 각속도 검출 장치(10, 12, 18, 45, 82, 110)에 의해 검출된 상기 차륜의 상기 각속도의 차를 계산하는 속도차 계산 수단(45)과 ; 상기 속도차 계산 수단에 의해 계산된 상기 차를 근거로 하여 상기 차륜의 상기 각속도의 주기적 변화량을 추정하는 주기적 변화량 추정 수단(45) ; 및 상기 주기적 변화량 추정 수단에 의해 추정된 상기 주기적인 변화량에 근거하여, 상기 각속도 검출 수단에 의해 검출된 상기 차륜의 상기 각속도를 보상하는 각속도 보상 수단(45)을 더 구비하며, 상기 외란 관찰기(52)는 상기 각속도 보상 수단에 의해 보상되는 차륜의 각속도를 수신하는 것을 특징으로 하는 외란 관찰기.
27. 제 26 항에 있어서, 상기 외란 관찰기(52, 88, 130)는 비틀림 스프링(32)에 의해 상호 연관하여 회전하도록 접속된 림(28) 및 벨트(30)가 있는 상기 차륜(14)의 동적 모델에 따라 설계되며, 상기 각속도 검출 장치(10, 12, 18, 45, 82, 110)는 상기 림의 각속도를 검출하며, 상기 외란 관찰기는 상기 림의 최소한 상기 각속도에 근거하여 상기 외란을 추정하며, 상기 외란 관찰기(52, 88, 130)는 상기 림(28)의 최소한 상기 각속도(ω_R)에 근거하여, 상기 림과 상기 벨트 (30)간의 외란 W₂및 비틀림각 θ_RB을 추정하는 수단을 구비하며, 상기 장치는 상기 외란 관찰기에 의해 추정된 상기 외란 W₂과 상기 비틀림각 θ_RB사이의 관계식에 따라 상기 비틀림 스프링(32)의 스프링 상수 K 의 변화량 ΔK 를 검출하는 상수 변화 검출 장치(56, 58, 132)를 더 구비하며, 상기 외란 W₂는 다음 방정식

    W₂= (-1/J_B)T_d+ (ΔK/J_B) θ_RB

    (여기서, J_B는 상기 벨트(30)의 관성 모멘트이고, T_d는 자동차가 달리고 있는 도로 표면으로부터 상기 벨트 (30)에 인가된 외란 토오크)에 의해 정의되며, 상기 상수 변화 검출 장치에 의해 검출된 상기 비틀림 스프링(32)의 스프링 상수 K 의 변화량 ΔK 에 해당하는 상기 차륜의 공기압의 변화량 ΔP 를 검출하는 공기압 검출 수단(62, 136)을 더 구비하며, 상기 변화량 ΔK 과 상기 변화량 ΔP 사이의 소정의 관계식에 따르는 것을 특징으로 하는 외란 검출 장치.