KR100295033B1 - 차량의 타이어 공기압 추정장치 - Google Patents

차량의 타이어 공기압 추정장치 Download PDF

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Abstract

타이어부착휠의 운동과 타이어의 운동에 기초해서 차량의 타이어부착휠의 타이어의 공기압을 추정하는 장치로서, 바람직하기로는 타이어의 온도와 관련된 온도 관련변수를 검출하는 온도관련변수 센서와, 타이어부착휠의 운동과 온도관련변수에 기초해서 타이어의 공기압을 추정하는 추정장치를 포함한다.

Description

차량의 타이어 공기압 추정장치
[기술분야]
본 발명은 일반적으로 차륜의 운동에 기초해서, 차륜의 타이어의 공기압 상태를 추정 또는 간접적으로 검출하는 긱술에 관한 것으로서, 특히 차량 타이어의 공기압 상태의 검출 또는 추정 정밀도를 개선시키기 위한 기술에 관한 것이다.
[종래기술]
차량 주행중 차량의 조작자 또는 운전자에게 타이어의 공기압을 알리기 위해, 차량 타이어 내 공간의 공기압을 직접 검출하는 기술이 공지되어 있다. 타이어는 차량 주행중 회전하고 있기 때문에, 타이어의 공기압을 직접 검출하기는 비교적 곤란하다. 이러한 곤란함 때문에, 차륜의 운동에 기초해서 타이어의 공기압을 추정하는 기술이 일본 특개평 5-133831호 및 미국 특허 제5,531,110호에 개시되어 었다.
타이어의 공기압을 추정하는 기술은, 타이어의 공기압과 타이어의 강성(rigidity) 사이에 일정관계가 성립한다는 것에 착안하고 있다. 타이어의 강성에는 타이어 내 공간의 공기압에 의존하는 부분과, 타이어의 고무 재료의 경도에 의존하는 부분을 갖는다. 타이어 강도의 이 두가지 부분은 서로 분리하여 추정하는 것은 곤란하다. 타이어의 고무 경도는 고무 재료의 온도에 따라 변화한다.
그러나, 타이어의 공기압을 추정하거나 간접적으로 검출하는 공지 기술은 타이어의 공기압을 추정할 때 타이어 온도의 변화를 고려하도록 되어 있지 않다. 이러한 경우, 타이어의 주어진 온도에서 추정된 타이어 공기압이 정확하게 실제값을 나타내더라도, 타이어의 추정된 공기압은 타이어 온도의 변화에 의해 생긴 고무 경도의 변화에 의해 실제 압력치와 다르다.
공기압이 비정상적으로 낮다는 것을 차량 조작자에게 알리기 위해 타이어 공기압을 추정하는 상기 기술이 사용될 수 있다. 이 경우에, 타이어의 실제 공기압이 정상임에도 불구하고, 즉 차량 조작자에게 타이어 공기압이 비정상 또는 이상(異常)이라는 경고가 내려지지 않았더라도, 타이어 온도가 상승하여 타이어의 고무경도가 과도하게 저하하였기 때문에 타이어 공기압의 이상 저하가 추정될 수 있다. 반대로, 실제 공기압이 비정상적으로 낮음에도 불구하고, 즉 차량 조작자에게 타이어 공기압이 비정상이라는 경고가 내려졌어도 타이어 온도가 저하하여 고무 경도가 과도하게 증가하였기 때문에, 타이어공기압 이상저하가 추정되지 않을 수도 있다.
[발명의 요약]
따라서, 본 발명의 목적은 공기압 추정시 타이어 온도를 고려해서, 위에 설명한 선행기술의 문제점을 적어도 실질적으로 개선하는, 차량용 타이어 공기압 추정 장치를 제공하는 것이다.
제1도는 타이어 공기압의 이상(abnormality)을 검출하는 장치의 형태로, 본 발명의 차량 타이어 공기압 추정 장치의 일 실시예를 설명하는 개략도.
제2도는 타이어 공기압이 제1도의 장치에 의해 검출되는 차량의 타이어부착휠의 부분 단면도.
제3도는 제2도의 타이어부착휠의 역학 모델(dynamic model)을 나타내는 도면.
제4도는 제1도의 장치의 기능별 요소들을 설명하는 블록도.
제5도는 타이어 공기압의 이상을 검출하기 위해, 제1도의 장치의 컴퓨터에 의해 수행되는 루틴을 설명하는 흐름도.
제6도는 장치에 내장된 외란 오브저버를 설명하는 블록도.
제7도는 타이어부착휠의 스프링 상수 변화를 얻기 위해 상관 함수를 연산하기 위한, 제1도의 장치의 컴퓨터에 의해 실행되는 루틴을 설명하는 흐름도.
제8도는 제1도의 장치에 의해 타이어 공기압 보정 원리를 개략적으로 나타내는 블록도.
제9도는 타이어 공기압 보정의 상세를 설명하는 그래프.
제10도는 제1도의 장치와 함께, 차량에 설치된 공조 장치 및 안티-록 브레이크제어 장치와 제1도의 장치와의 관계를 설명하는 블록도.
제11도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 차량 타이어 공기압 이상 검출 장치의 기능별 요소들을 설명하는 블록도.
제12도는 타이어 공기압의 이상을 검출하기 위해 제11도의 장치의 컴퓨터에 의해 실행되는 흐름도.
제13도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 차량 타이어 공기압 이상 검출 장치의 기능별 요소들을 설명하는 블록도.
제14도는 제13도의 실시예에서 추정된 타이어 공기압 보정의 상세를 설명하는 그래프.
제15도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 차량 타이어 공기압 이상 검출 장치의 기능별 요소들을 설명하는 블록도.
제16도는 제15도의 장치의 공기압 값의 보정의 상세를 설명하는 그래프.
제17도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 차량 타이어 공기압 이상 검출 장치의 기능별 요소들을 설명하는 블록도.
제18도는 제17도의 장치의 공기압 값 보정의 상세를 설명하는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 차륜속센서 18 : 파형 정형기
20 : 컴퓨터 22 : 입출력 포트
45 : 림 속도 연산기 47 : 컴퓨터
51 : 입출력 포트 52 : 외란 오브저버
58 : 정규화기 60 : 공기압 변화량 연산기
62 : 공기압 연산기 64 : 공기압 보정기
65 : 이상 판정 프로세서 66 : 표시장치
68 : 토크 검출장치 70 : 온도 센서
74 : 타이어 공기압 이상 검출 장치
76 : 자동 공조장치 82 : 주파수 분석기
80 : 컴퓨터 86 : 공기압 연산기
84 : 공진점 검출기
상기 목적은, 타이어 부착휠의 운동뿐만 아니라 타이어의 온도에 기초해서 타이어 공기압을 추정하고, 타이어 부착휠의 운동에 기초해서 차량의 타이어 부착휠의 타이어의 공기압을 추정하는 장치를 제공하는, 본 발명의 원리에 따라서 달성될 수 있다.
상기 설명한 본 발명의 타이어 공기압 추정 장치에서는, 타이어 부착휠의 운동뿐만 아니라 타이어의 온도에 기초해서 타이어의 공기압이 추정되므로, 타이어의 공기압이 타이어 온도의 변화에 대해 보정된다. 따라서, 본 발명의 장치에 의한 타이어 공기압의 추정 정밀도가 선행 기술의 장치의 정밀도보다 개선된다.
“타이어 부착휠의 운동”은, 각속도나 각가속도, 또는 원주속도나 원주 가속도와 같은 타이어 부착휠의 회전운동을 나타내는 물리적 값, 또는 그러한 회전운동 값의 주파수, 또는 대안으로 수직 가속도나 수직 가속도의 주파수와 같은, 타이어부착휠의 수직 선형 운동을 나타내는 물리적인 값으로 나타낼 수 있다.
“타이어의 공기압”의 추정은 공기압 값의 절대 추정, 공기압이 임계치보다 낮은지 높은지, 또는 임계치보다 작은지 큰지에 대한 정적 추정을 포함하고 공기압의 변화량이 임계치보다 낮은지 높은지 또는 임계치보다 작은지 큰지에 대한 동적추정을 포함한다. 따라서, 본 발명의 장치의 출력은 공기압의 추정치를 나타내기도 하고, 공기압이 비정상적으로 낮거나 높다고 하는 표시, 공기압의 감소 속도가 비정상적으로 높다고 하는 표시, 공기압의 증가속도가 비정상적으로 높다고 하는 표시, 또는 공기압의 변화량이 비정상적으로 크다고 하는 표시 형태를 취할 수 있다.
본 발명의 제1 바람직한 형태에 있어서, 본 발명의 장치는 타이어 부착휠의 운동을 검출하는 차륜 운동 센서와; 타이어의 온도와 관련된 온도관련변수를 검출하는 온도관련변수 센서; 및 타이어 부착휠의 운동 및 온도관련변수에 기초해서 타이어의 공기압을 추정하는 추정 수단을 포함한다.
본 발명의 상기 제1 바람직한 형태에 있어서, 타이어의 공기압의 추정 정밀도는 타이어의 온도와 관련된 온도관련변수와 타이어부착휠의 운동에 기초한 추정에 의해서 개선된다.
온도관련변수는 타이어 자체의 온도, 또는 타이어의 고무 재료의 경도나 강도에 영향을 주는 주위 온도와 같은 온도, 또는 온도 이외의 양으로 타이어의 고무재료의 강성 또는 강성에 영향을 주는 물리적 값일 수 있다. 온도 이외의 물리적 값은 점화 키 스위치를 켠 후의 차량의 주행 거리일 수 있다. 일반적으로, 타이어의 온도는 차량의 주행 거리가 증가함에 따라 증가한다. 다시말하면, 차량의 주행거리와 타이어의 온도 사이에는 일정 관계가 성립한다.
위에 설명한 바와 같이, 본 발명의 장치의 바람직한 형태의 출력은 공기압 자체의 추정치의 표시 또는 공기압의 정적 또는 동적 상태의 표시 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 제1 바람직한 형태의 한가지 유리한 구성에 있어서, 추정 수단은, 온도관련변수 센서에 의해 검출된 온도관련변수가 기준치와 같을 때, 잠정치가 공기압의 실제값을 나타내도록, 차륜 운동 센서에 의해 검출된 타이어부착휠의 운동에 기초해서, 타이어의 공기압의 잠정치를 연산하는 잠정치 연산 수단; 및 온도관련변수에 기초해서, 그리고 잠정치 보정 수단에 의해 보정된 잠정치인 공기압의 최종 값과 온도관련변수 사이의 미리 정해진 관계에 따라, 잠정치 연산 수단에 의해 연산된 잠정치를 보정하는 잠정치 보정 수단을 포함한다.
타이어의 공기압은 타이어부착휠의 검출된 운동과 검출된 온도 관련 변수에 기초해서 추정될 수도 있다. 타이어의 온도를 고려하지 않고 타이어부착휠의 검출된 운동에 기초해서 타이어의 공기압을 추정하는 기존장치를 변경함으로써 이러한 구성이 얻어지면, 기존 장치의 추정수단은 전체적으로 재설계되어야 한다. 한편, 잠정치 보정 수단을 구비하는 상기 유리한 구성은 기존장치의 추정 수단에 상응하는 잠정치 연산 수단에 잠정치 보정 수단을 단지 부가함으로써 쉽게 얻어질 수 있다. 따라서, 이 구성은 비교적 낮은 비용으로 이용할 수 있다.
잠정치 연산 수단과 잠정치 보정 수단을 포함하는 상기 유리한 구성의 하나의 바람직한 특징에 따르면, 차륜 운동 센서는 타이어부착휠의 운동과 타이어부착휠의 회전 속도를 검출하는 차륜속센서를 포함하고, 잠정치 연산 수단은, 림(rim)과 벨트가 토션 스프링에 의해서 서로에 대해 서로 회전하도록 서로 연결된 타이어부착휠의 역학 모델에 따라 설계된 외란 오브저버를 포함한다. 이 경우에, 외란 오브저버는, 림의 회전속도로서 차륜속센서에 의해 검출되는 타이어부착휠의 회전 속도에 기초해서, 타이어에 작용하는 외란으로서, 그리고 역학 모델의 상태를 나타내는 변수로서, 공칭값(nominal value)으로부터 토션 스프링의 스프링 상수의 편차량을 추정하고, 잠정치 연산 수단은 외란 오브저버에 의해 추정된 외란에 기초해서 타이어의 공기압의 잠정치를 연산한다.
최근, 안티-록 제어 장치 또는 트랙션 제어 장치등의 차륜 제어 장치는 모든 차량에 대해 널리 사용되며, 그러한 차륜 제어 장치가 장착된 대부분의 차량은 각 차륜의 회전 속도를 검출하는 차륜속센서를 갖는다. 따라서, 나타낸 바람직한 특징은 차륜 속도를 검출하기 위해 전용으로 사용되는 하드웨어 없이 비교적 저렴한 가격으로 이용할 수 있다.
차륜속센서에 의해 검출된 림 또는 타이어부착휠의 회전속도는 차륜 또는 림의 각속도, 또는 차륜이나 림의 반경과 각속도의 곱인 차륜이나 림의 원주속도일 수 있다.
외란 오브저버에 의해 추정된 외란에 기초한 공기압의 잠정치의 연산은 공칭 값으로부터 스프링 상수의 추정 편차량과 스프링 상수의 공칭값의 합을 얻고 토션스프링의 실제 스프링 상수를 연산함으로써 이루어질 수 있다. 스프링 상수의 공칭값은 고정치거나, 최종 제어 사이클에서 사용된 공칭값에 최종 제어 사이클에서 추정된 스프링 상수의 편차량을 더함으로써 얻어지거나 갱신되는 변수일 수 있다. 후자의 경우에, 갱신된 변수는 다음 제어 사이클의 공칭값으로서 사용된다. 공칭값은 스프링 상수의 변화량의 추정된 양이 실질적으로 0으로 될 때까지 반복해서 변경 또는 갱신될 수도 있다. 이때, 변화량의 추정된 양이 실질적으로 0으로 될 때의 공칭값은 토션 스프링의 스프링 상수의 실제값으로서 사용된다.
잠정치 연산 수단과 잠정치 보정 수단을 포함하는 상기 유리한 구성의 또다른 바람직한 특징에 따르면, 잠정치 연산 수단은 미리 정해진 주파수 범위 내에서 타이어부착휠의 운동의 다수의 주파수 성분 중 적어도 하나의 주파수에 기초해서 타이어의 공기압의 잠정치를 연산하고, 다수의 주파수 성분 중 상기 적어도 하나는 실질적으로 가장 큰 강도를 갖는다.
또한 본 발명의 장치에서, “타이어부착휠의 운동”은 각속도나 각가속도, 원주속도나 원주가속도와 같은 타이어부착휠의 회전운동을 나타내는 물리적인 값이나 그러한 회전 운동값의 주파수로 나타내거나, 또는 대안으로 수직 가속도나 수직 가속도의 주파수로 나타내는 물리적인 값으로 나타낼 수 있다. 본 발명의 장치에서, 차륜 운동 센서는 타이어부착휠의 속도를 검출하는 센서, 차량의 탄성부재의 가속도를 검출하는 센서, 차량의 높이를 검출하는 센서이거나, 또는 차량에 작용하는 하중을 검출하는 센서일 수 있다.
잠정치 연산 수단과 잠정치 보정 수단을 포함하는 상기 유리한 구성의 또 다른 바람직한 특징에 따르면, 잠정치 보정 수단은 온도관련변수 센서에 의해 검출된 온도관련변수에 기초해서 그리고 보정 계수와 온도관련변수 사이의 미리 정해진 관계에 따라, 보정 계수를 결정하고, 잠정치 보정 수단은 잠정치를 보정 계수에 곱함으로써 타이어의 공기압의 최종 값을 연산한다.
보정 계수와 온도관련변수 사이의 미리 정해진 관계는, 온도관련변수가 타이어의 온도가 비교적 낮은 것으로 나타날 때보다, 온도관련변수가 타이어 온도가 비교적 높은 것으로 나타날 때에 보정 계수가 더 크도록 되어 있다. 이 경우에, 공기압은 타이어 온도의 증가로 인해 발생되는 타이어의 고무 재료의 경도의 감소를 보정한다.
다른 방법으로는, 잠정치 보정 수단은, 온도관련변수 센서에 의해 검출된 온도관련변수에 기초해서, 또 보정량과 온도관련변수 사이의 미리 정해진 관계에 따라서, 보정량을 결정하도록 되어 있다. 이 경우에, 잠정치 보정 수단은 잠정치에 보정값을 더함으로써 타이어의 공기압의 최종값을 연산하도록 되어 있다. 이 경우에, 보정량과 온도관련변수 사이의 미리 정해진 관계는, 온도관련변수가 타이어의 온도가 비교적 낮은 것으로 나타날 때보다, 온도관련변수가 타이어 온도가 비교적 높은 것으로 나타날 때에, 보정량이 더 크도록 형성되어 있다. 이 경우에도, 공기압은 타이어 온도의 증가로 인한 타이어의 고무 재료의 경도의 감소를 보정한다.
본 발명의 제2 바람직한 형태에서, 본 발명의 장치는, 타이어부착휠의 운동을 검출하는 차륜 운동 센서와; 타이어의 온도에 관련된 온도관련변수를 검출하는 온도관련변수 센서와; 차륜 운동 센서에 의해 검출된 타이어부착휠의 운동에 기초해서 타이어의 공기압을 추정하는 추정수단과; 미리 정해진 임계치와 비교된 추정된 공기압에 기초해서 추정수단에 의해 추정된 공기압이 비정상인지를 결정하는 결정 수단; 및 온도관련변수 센서에 의해 검출된 온도관련변수에 기초해서 미리 정해진 임계치를 보정하는 보정 수단을 포함한다.
본 발명의 제2 바람직한 형태에서, 온도관련변수에 기초한 보정은 타이어의 추정된 공기압에 대해서는 이루어지지 않지만, 공기압이 비정상인지 아닌지에 대해 결정하기 위한 결정수단에 의해 추정된 공기압과 비교한 임계치에 대해서 이루어진다. 따라서, 타이어의 온도 변화에 대한 보정은 공기압이 비정상인지에 대해 결정할 때 이루어진다.
공기압이 비정상인지에 대한 결정은 공기압이 임계치보다 낮은지 높은지에 대한 결정일 수도 있다.
본 발명의 제3 바람직한 형태에서, 온도관련변수 센서에 의해 검출된 온도관련변수는 차량의 주위온도이다.
타이어 자체의 온도는 타이어의 고무 재료의 경도에 영향을 미치는 온도로서 검출되는 것이 바람직하지만, 타이어 온도의 검출은 비교적 어렵다. 한편, 차륜의 주위 온도의 검출은 비교적 쉽고, 주위 온도와 타이어의 온도 사이에는 미리 정해진 관계가 존재한다. 즉, 차륜의 주위 온도가 증가하면 타이어의 온도는 증가한다. 이러한 사실에 비추어볼 때, 본 발명의 상기 제3 바람직한 형태에서는 타이어의 온도 대신에 주위 온도가 사용된다. 이에 대해, 최근 차량의 몇몇은 차량의 운전석과 승객석에서 자동 공조를 위한 공조기를 제어하기 위해 주위 온도를 검출하고, 예를 들면 노면의 결빙상태를 차량 운전자 또는 조작자에게 알리기 위해 주위온도 센서가 장착되어있다. 자동 공조를 하기 위한 주위 온도 센서를 가지며 전체 노면 정보를 제공하고 그밖의 목적을 위해 차량에 본 발명의 타이어 공기압 추정 장치가 사용되면, 이 타이어 공기압 추정 장치는 온도관련변수로서 주위 온도를 검출하기 위해 주위 온도 센서를 이용할 수 있으며, 그에 따라 비교적 낮은 비용으로 이용할 수 있다.
본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 중요성은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명을 통해 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
[최선의 실시예의 상세한 설명]
제1도 및 제2도를 참조하여, 본 실시예의 제1 실시예에 따라 구성된 차량 타이어 공기압 이상 검출장치에 대해 설명한다. 이 장치는 제2도에 부호 (14)로 표시한 타이어부착휠과 함께 회전하는 회전자(10)에 인접하여 배치된 마그네틱 픽업(12)을 포함한다. 마그네틱 픽업(12)은 차륜(14)의 회전 속도를 검출하는 차륜속센서로서 작용한다. 회전자(10)는 톱니(16)가 원주 방향으로, 즉 회전자(10)의 회전 방향으로, 서로 등간격으로 그 외주(outer periphery)를 따라 형성된 다수의 톱니(16)를 갖는다.
마그네틱 픽업 또는 차륜속센서(12)는 톱니(16)가 차륜속센서(12)의 감지 헤드를 통과함에 따라 진폭이 주기적으로 변화는 전압 신호의 형태로 외부 신호를 발생하도록 구성되어있다. 차륜속센서(12)에 의해 발생된 전압 신호의 파형은 파형 정형기(18)에 의해 직사각형 펄스형태로 정형되고, 정형된 펄스 신호는 컴퓨터(20)의 입출력 포트(22)에 인가된다. 회전자(10), 차륜속센서(12), 및 파형 정형기(18) 중의 한 세트만을 예시적으로 제1도에 도시하였지만, 차량은 네 개의 타이어부착휠(14)을 가지며, 이들 네 개의 타이어부착휠(14)의 각각에는 회전자(10), 차륜속센서(12) 및 파형 정형기(18)가 구비되어 있다. 각 차륜속센서(12)는 적절한 파형 정형기(18)를 통해서 컴퓨터(20)에 연결되어있다.
타이어부착휠(14)은 각각 금속 차륜 부재(24) 및 그 차륜 부재(24)의 림에 부착된 타이어(26)로 구성되어있다. 타이어부착휠(14)은 제3도에 도시되어있는 것과 같이 시스템 또는 모델처럼 역학적으로 시뮬레이션되고, 여기서 내부 림(28)과 외부 벨트(30)는 중간 토션 스프링(32)에 의해 서로 연결되어, 림(28)과 벨트(30)가 서로에 대해 회전할 수 있다. 벨트(30)는 타이어부착휠(14)이 노면에 접하는 타이어(26)의 외부 표면으로 간주된다. 회전자(10)는 금속 차륜 부재(24)와 함께 회전하도록 배치되어 있기 때문에, 마그네틱 픽업 형태의 차륜속센서(12)는, 엄격한 의미에서, 림(28)의 각속도를 검출하기 위해 사용된 속도 센서로 간주된다.
컴퓨터(20)는 제1도에 도시된 바와 같이, 중앙 처리 장치로서 CPU(40)와, 판독 전용 메모리(ROM)(42)와 랜덤 액세스 메모리(RAM)(44) 형태의 두 개의 메모리를 포함하고 있다. ROM(42)은 림(28)의 각속도를 연산하기 위한 제어 프로그램을 저장하고, 제4도의 블록도에 표시된 림 속도 연산기(45)를 구성하도록 CPU(40)와 RAM(44)과 협력한다.
컴퓨터(20)는 제1도에 도시된 또 다른 컴퓨터(47)에 연결되고, 이것은 중앙 처리장치로서 CPU(49)를, 판독 전용 메모리(ROM)(49)와 랜덤 액세스 메모리(RAM)(50)의 형태로서 메모리를, 입출력 장치로서 입출력 포트(51)를 포함한다. ROM(49)은 제5도의 흐름도에 도시된 타이어 공기압 이상 검출 루틴을 실행하기 위한 프로그램과 같은 다양한 제어 프로그램을 저장하고, 제4도의 블록도에 도시된 바와 같이, CPU(48) 및 RAM(50)과 협력하여, 외란 오브저버(52), 파라미터 연산기(53) 및 이상 판정 프로세서(65)를 구성한다. 파라미터 연산기(53)는 상관 연산기(56), 정규화기(58), 공기압 변화량 연산기(60), 공기압 연산기(62), 및 공기압 보정기(64)를 포함한다.
컴퓨터(47)의 입출력 포트(51)에는, 이상 판정 프로세서(65)의 출력의 내용을 나타내는, 즉 이상 판정 프로세서(65)에 의한 결정의 결과를 나타내는 표시장치(66)가 연결되어있다. 표시장치(66) 상에 제공된 표시는 각 타이어부착휠(14)의 상태를 인식하여 차량 운전자를 돕는다. 표시장치(66)는 본 실시예에서는 액정 디스플레이이지만, 액정 표시장치(66)는 적절한 방법으로, 예컨대 점멸식으로 동작되는 지시등 장치, 또는 차량 운전자에게 말하는 음성 지시기와 같은 임의의 기타 적합한 지시기 또는 디스플레이로 대체될 수 있다.
또한 입출력 포트(51)에는 차륜 부재(24)(림 28)의 구동 토크 또는 제동 토크를 검출하는 토크 검출장치(68)가 연결되어있다. 예를들어, 토크 검출장치(68)는 차륜 부재(24)의 축에 고정된 스트레인 게이지를 포함할 수도 있다.
입출력 포트(51)에는 온도 센서(70)도 연결되어있다. 온도 센서(70)는 차량의 앞쪽에 위치하고(예를들어, 앞 범퍼에 인접하여), 차량의 주위 온도(t)와 함께 그 저항이 변화는 서미스터(thermister)를 포함한다.
다음에 외란 오브저버(52)에 대해서 설명한다.
외란 오브저버(52)는 제3도에 도시된 것과 같이 타이어부착휠(14)의 역학 모델에 따라서 배치된다. 타이어부착휠(14)이, 각각 관성 모멘트(JR및 JB)를 갖는 림(28)과 벨트(30)가 스프링 상수(K)를 갖는 토션 스프링(32)에 의해 연결되어있는 제3도의 역학 모델로서 시뮬레이션되면, 하기 수학식 1, 2 및 3이 성립되어, 선형 동력 시스템을 정의한다.
[수학식 1]
Figure kpo00001
[수학식 2]
Figure kpo00002
[수학식 3]
Figure kpo00003
상기 식에서,
ωR는 림(28)의 각속도이고,
ωR′는 림(28)의 각가속도이고,
ωB는 벨트(30)의 각속도이고,
ωB′는 벨트(30)의 각가속도이고,
θRB는 림(28)과 벨트(30) 사이의 토션각이고,
T1은 토크 검출장치(68)에 검출된 구동 토크 또는 제동 토크이고,
Td는 노면 상태의 불규칙으로부터 구해지는 외란 토크이다.
실제로, 림(28)과 벨트(30) 사이에는 댐퍼가 존재한다. 댐퍼의 영향은 비교적 적기 때문에, 본 실시예의 상기 수학식들에서 댐퍼의 존재는 무시된다.
상기 상태 수학식 1, 2 및 3은 벡터와 행렬을 사용한 아래 수학식 4로 변환시킬 수 있다.
[수학식 4]
Figure kpo00004
타이어(26) 공기압의 변화 때문에 토션 스프링(32)의 스프링 상수(K)가 K에서 K+ΔK로 변할때의 타이어부착휠(14)의 운동은 하기 수학식 5로 나타내어진다.
[수학식 5]
Figure kpo00005
스프링 상수 K의 변화량(ΔK)은 정상 상태에서 타이어(26)에 작용하는 외란의 양과 같으면, 외란은 상기 수학식 5의 오른쪽 항들 중의 마지막 항으로 나타낸 것이다. 수학식 5의 우측 항들 중의 마지막 항은 변화량(ΔK)을 포함하고, 이것은 타이어(26)의 공기압이 변화함에 따라 변화하는 것임은 이해할 수 있는 것이다. 다시말하면, 타이어(26)의 공기압의 변화량은 수학식 5의 우측 항들 중의 마지막 항으로 표현된 외란을 추정함으로써 추정될 수 있다. 외란 오브저버(52)는 타이어(26)의 공기압의 변화 때문에 생기는 외란뿐만 아니라, 차륜(14)의 (노면 상태의 변화로 인한) 외란 토크(Td)를 포함한다. 전체 외란(w)는 아래 수학식 6으로 표현된다.
[수학식 6]
Figure kpo00006
그러나, 이론상, 외란(w)의 세가지 요소 중 하나만이 오브저버(52)에 의해 추정될 수 있다. 따라서, 하기 수학식 7에 따라서 두 번째 요소(w2)만이 추정되고, 타이어부착휠(14)의 운동 상태는 하기 수학식 8로 표현된다.
[수학식 7]
Figure kpo00007
[수학식 8]
Figure kpo00008
따라서, 외란 오브저버(52)는 상기 수학식 8에 따라서 작동하여, 시스템의 상태를 반영하는 변수들 중의 하나로서 외란을 추정한다. 변수들 중의 하나로서 수학식 7의 외란(w2)를 사용하기 위해서, 수학식 9를 사용하여 추정될 외란을 근사한다.
[수학식 9]
Figure kpo00009
상기 수학식 9에 따른 근사는 단계적으로 변하는 연속 값에 의한 연속적으로 변화하는 외란을 근사(영차 근사)하는 것을 의미한다. 이 근사는 실질적으로, 외란 오브저버(52)의 외란 추정 속도가 추정될 외란의 변화율 또는 변화속도를 따를 만큼 충분히 높은 경우에 허용가능하다. 하기 수학식 10은 수학식 9에 따른 시스템 변수 중의 하나로서 외란(w2)을 포함하는 확장계를 나타낸다.
[수학식 10]
Figure kpo00010
상기 수학식 10에서, (ωBθRBω2)T는 검출될 수 없다. 외란 오브저버(52)를 사용한 시스템에서, 외란(W2) 및 측정될 수 없는 변수(ωB및 θRB)가 추정될 수 있다.
설명을 간단히 하기 위해서, 상기 수학식 10은 하기 벡터와 행렬로 분해된다.
Figure kpo00011
상태 [z] = [ωBθRBω2]T를 추정하기 위한 최소 차원 오브저버는 아래 수학식 11로 표현된다.
[수학식 11]
Figure kpo00012
상기 식에서,
[zp]는 [z]의 추정치이고,
[zp′]는 추정치 (zp)의 변화율이고,
[G]는 외란 오브저버(52)의 추정 속도를 결정하는 게인이다.
상기 수학식 11은 제6도의 블록도로 나타내어지며, 여기서 [I]는 단위 행렬 또는 항등 행렬을 나타내고 한편 “s”는 라플라스 연산자(Laplace operator)를 나타낸다.
실제값[z]과 추정치[zp] 사이의 오차를 [e]=[z]-[zp]로 나타내고, 오차[e]의 변화율을 [e′]으로 나타내면, 아래 수학식 12가 얻어진다.
[수학식 12]
Figure kpo00013
상기 수학식 12은 외란 오브저버(52)의 추정 특성을 나타내고, 행렬([A22]-[G][A12])의 고유치는 외란 오브저버(52)의 극을 나타낸다. 따라서, 외란 오브저버(52)의 추정 속도는 S-평면의 좌반면의 원점으로부터 고유치가 벗어날수록 증가한다. 오브저버 게인[G]은 외란 오브저버(52)의 추정 속도의 원하는 값에 따라서 적절하게 결정된다.
상기 설명된 바와 같이 구성된 외란 오브저버(52)는 림 속도 연산기(45)에 의해 연산된 림(28)의 각속도(ωR)가 입력된다. 각속도(ωR)에 기초해서, 오브저버(52)는 토션 스프링(32)의 스프링 상수(K)의 변화량(ΔK)을 포함하는 상기 수학식 7으로 표현된 외란(w2)를 추정한다. 외란(w2)은 추정치(ω2P)로서 얻어진다. 이 추정치(w2p) 외에도, 오브저버(52)는 벨트(30)의 각속도(ωB)의 추정치(ωBP)와, 림(28)과 벨트(30) 사이의 토션각(θRP)의 추정치(θRBP)를 얻도록 되어 있고, 여기서, (ωB)와 (θRP)는 검출되거나 측정될 수 없다.
다음에 상관 연산기(56)와 정규화기(58)에 대해서 설명한다.
외란 오브저버(52)에 의해 추정된 외란(W2P)과 토션 각(θRBP)은 파라미터 연산기(53)에 인가되고, 여기서, 추정치(W2P)와 (θRBP)는 보정 연산기(56)와 정규화기(58)에 의해 처리되어, 토션 스프링(32)의 스프링 상수(K)의 변화를 얻는다.
상관 연산기(56)는, 스프링 상수(K)의 변화량을 얻을 수 있는 상관 함수를 연산하기 위해, 제7도의 흐름도에 도시된 루틴을 실행하도록 되어 있다.
제7도의 루틴은 단계 S21에서 초기화되어, 정수 “i”가 “1”로 리셋하고, 상관함수 C(w2p, θRBP)와 C(θRBP, θRBP)를 “0”으로 리셋한다. 상관 함수 C(w2p, θRBP)는 상기 수학식 7로 표현된 외란(w2)의 추정치(w2p)와 토션각(θRB)의 추정치(θRBP) 사이의 상호 상관 함수인 반면, 함수 C(θRBP, θRBP)는 토션각 추정치(θRBP)의 자기 상관의 함수이다. 다시말하면, RAM(50)의 “상호상관”과 “자기상관” 메모리의 내용은 단계 S21에서 클리어된다.
다음에 추정된 외란 값(w2p(i))과 토션각 추정치(θRBP(i))를 판독하기 위해 단계 S22가 실행된다. 단계 S22 이후에는 단계 S23이 실행되어 추정된 외란 값(w2P(i))과 토션각 추정치(θRBP(i))의 곱을 연산하고, 상관 함수 C(W2p, θRBP)의 마지막 값에 상기 결과를 더한다. 제7도의 루틴을 실행하는 첫 번째 사이클에서, 상관 함수 C(w2p, θRBP)의 마지막 값은 0이고, 상기 결과 (W2p(i)×θRBP(i))는 RAM(50)의 “상호상관” 메모리에 저장된다.
이후 토션각 추정치(θRBP(i))의 이승을 얻기 위해서 단계 S23에서 S24로 가고, 자기 상관 함수 C(θRBP, θRBP)의 마지막 값에 얻어진 이승값을 더하여, 자기 상관 함수 C(θRBP, θRBP)를 업데이트한다. 업데이트된 값은 “자기 상판” 메모리에 저장된다.
다음에, 정수 “i”가 임계치 “M”와 같은지 큰지를 결정하기 위해 단계 S25가 실행된다. 먼저, 단계 S25에서 부정적 결정(NO)이 얻어지면, 제어 흐름은 정수 “i”를 증가시키기 위해 단계 S26로 간 다음, 이후 단계 S22로 되돌아온다. 단계 S22 내지 S26은 단계 S25에서 긍정 결정(YES)이 얻어질 때까지 반복적으로 실행된다.
긍정 결정(YES)은 단계 S22, S23 및 S24가 미리 정해진 회수 “M”를 반복할 때 단계 S25에서 얻어진다. 따라서, 상호 상관 함수 C(W2p, θRBP)와 자기 상관 함수 C(θRBP, θRBP)는 상관 연산기(56)에 의해 얻어진다.
보정 연산기(56)에 의해서 상호 상관 함수 C(W2p, θRBP)와 자기 상관 함수 C(θRBP, θRBP)가 얻어진 후, 정규화기(58)는 하기 수학식 13에 따라 정규화된 값(Lk)을 얻고, 얻어진 정규화된 값(Lk)은 RAM(50)의 Lk메모리에 저장된다.
[수학식 13]
Figure kpo00014
상기 수학식 13에 따라 얻어진 값(Lk)은 하기 수학식 7에 기초해서, 하기 수학식 14로 표현될 수 있다.
[수학식 14]
Figure kpo00015
값 C0는 C(Tdp, θRBP)/C(θRBP, θRBP)로 표현되고 스프링 상수 K의 변화에 무관하기 때문에, 값 C0는 타이어(26)의 공기압이 정상일 때 얻어질 수 있다. 값 C(Tdp, θRBP)는 외란 토크(Td)의 추정치(TdP)와 토션각 θRB의 추정치(θRBP) 사이의 상호 상관 함수이다.
다음에 공기압 변화량 연산기(60), 공기압 연산기(62) 및 공기압 보정기(64)에 대해서 설명한다.
공기압 변화량 연산기(60)는 정규화된 값 Lk= C(w2p, θRBP)/C(θRBP, θRBP)에 기초해서, 토션 스프링(32)의 스프링 상수(K)의 변화량(ΔK)을 얻도록 되어 있고, 그렇게 얻어진 변화량(ΔK)에 기초해서, 공칭값(PN)에 대해 타이어(26)의 공기압(P)의 변화량(ΔP)을 결정한다. 이러한 목적을 위해서, 컴퓨터(47)의 ROM(49)는 정규화된 값(Lk), 변화량(ΔK) 및 공기압 변화량(ΔP) 사이의 미리 정해진 관계를 나타내는 데이터를 저장한다. 공기압 변화량 연산기(60)는 저장된 관계에 따라, 정규화된 값(Lk)에 상응하는 공기압 변화량(ΔP)을 결정한다. 이에 대해, 공기압 변화량(ΔP)에 영향을 주지 않고, 스프링 상수(K)의 변화량(ΔK)은 정규화된 값(Lk)에 선형으로 비례하고, 정규화된 값에 영향을 주지 않고, 공기압 변화량(ΔP)은 변화량(ΔK)에 선형으로 비례하는 것을 알 수 있다. 따라서, 공기압 변화량(ΔP)은 두 단계에 걸친 결정없이, 즉, 정규화된 값(LK)으로부터 변화량(ΔK)의 첫 번째 결정과, 변화량(ΔK)으로부터 공기압 변화량(ΔP)의 두 번째 결정없이, 이들 파라미터(ΔP, LK)사이의 미리 정해진 관계에 따라 정규화된 값(LK)으로부터 직접 결정될 수 있다.
공기압 연산기(62)는 공칭값(PN)에 결정된 공기압 변화량(ΔP)을 가산함으로써 타이어 압력(P)의 실제값을 연산하도록 되어 있다. 따라서, 실제 타이어 압력(P)은 외란 오브저버(52)에 의해서 일차적으로 추정된다.
공기압 보정기(64)는 온도 센서(70)에 의해 검출된 주위 온도(t)에 기초해서 그렇게 추정된 실제 타이어 압력(P)을 보정하도록 되어 있다.
공기압 보정기(64)에 의한 공기압(P)의 보정 방법이 제8도의 블록도에 개략적으로 도시되어있다. 공기압(P)의 보정은 추정치(P)를 함수 f(t, t0)에 따라 얻어진 보정 계수(α)에 곱함으로써 실행되며, 여기서 “t”와 “t0”는 각각 주위 온도(t)와 그의 기준치를 나타낸다. 함수 f(t, t0)는, 보정 계수(α)가 주위 온도(t)가 증가함에 따라 증가하고, 주위 온도(t)가 기준치(t0)와 같을 때 “1”과 같도록 되어 있다. 바람직한 실시예에서, 함수 f(t, t0)는 주위 온도(t)가 증가할 때 단계적으로 보정 계수(α)를 증가시키도록 되어 있다. 이 함수 f(t, t0)는 ROM(49)의. 함수 메모리에 저장된다.
주위 온도(t)의 기준치(t0)는, 타이어 공기압 이상 검출 장치를 장착한 차량이 사용될 것으로 예상되는 지역(예컨대 일본)의 년간 평균 온도(예컨대 15℃)일 수 있다. 대안으로, 기준치(t0)는 관련 지역(예컨대 일본)에서 초과할 수 없는 상한온도(예컨대 50℃)일 수 있다. 후자의 경우, 함수 f(t, t0)는 보정 계수(α)가 “1”보다 크지 않도록 되어 있다.
이상 판정 프로세서(65)는 타이어(26)의 보정된 공기압값(P)을 임계치(P0)와 비교하도록 되어 있다. 값(P)이 임계치(P0)보다 낮다는 이상 판정 프로세서(65)에 의한 결정이 미리 정해진 회수 “N”보다 많이 연속해서 얻어질 경우, 이상 판정 프로세서(65)는 타이어(26)의 공기압(P)이 비정상적으로 낮다고 결정하고, 표시장치(66)에 의해 이 사실을 차량 운전자에게 알리도록 명령한다.
외란 오브저버(52), 상관 연산기(56), 정규화기(58), 공기압 변화량 연산기(60), 공기압 연산기(62), 공기압 보정기(64) 및 이상 판정 프로세서(65)의 기능에 대해 위에 설명하였으나, 이들 각 기능별 요소들(52, 56, 60, 62, 64, 65)을 포함하는 컴퓨터(47)의 동작에 대해서 제5도의 흐름도를 참조해서 설명하며, 여기서 이 도면은 타이어(26)의 공기압(P)의 이상을 검출하기 위한 루틴을 도시한 것이다.
제5도의 타이어 공기압 비정상 검출 루틴은 정수 “n”를 “0”으로 리셋하도록 단계 S101부터 초기화된다. 다음에, 제어 흐름은 단계 S102로 가서, 컴퓨터(20)로부터 림(28)의 각속도(ωR)를 받는다. 단계 S102 다음에, 각속도(ωR)에 기초해서, 외란 오브저버(52)에 의해서 외란(w2)과 토션각(θRB)이 추정되는 단계 S103으로 간다. 제어 흐름은 다음에 단계 S104로 가고, 이 단계에서, 보정 연산기(56)와 정규화기(58)는 정규화된 값(Lk)을 얻고, 공기압 변화량 연산기(60)는 얻어진 정규화값(Lk)에 기초해서 스프링 상수(K)의 변화량(ΔK)을 연산하고, 변화량(ΔK)에 기초해서 공기압(P)의 변화량(ΔP)을 얻는다.
단계 S104 다음에는 단계 S105로 가고, 이 단계에서, 공기압 연산기(62)는 공기압 변화량(ΔP)과 공칭값(PN)에 기초해서 타이어(26)의 실제 공기압 값(P)을 연산한다. 다음에, 제어 흐름은 단계 S106으로 가서, 온도 센서(70)로부터 주위 온도(t)를 받고, 단계 S107로 가며 그 단계에서, 공기압 보정기(64)는 주위 온도(t)와 기준 온도(t0)에 기초해서, 그리고 함수 f(t, t0)에 따라서, 보정 계수(α)를 연산하고, 보정은 연산된 보정 계수(α)를 공기압(P)의 연산치에 곱함으로써 행해진다.
다음에, 단계 S108이 실행되어, 보정된 공기압(P)이 임계치(P0)보다 낮은지, 즉 타이어(26)의 공기압(P)이 비정상적으로 낮은지 아닌지를 결정한다. 단계 S108에서 부정적 결정(NO)이 얻어지면, 제어 흐름은 단계 S109로 가서, 정수 “n”을 “0”으로 리셋시킨다. 단계 S108에서 긍적적인 결정(YES)이 얻어지면, 제어 흐름은 단계 S110으로 가서 정수 “n”을 증가시킨다. 단계 S109와 S110 이후에는 단계 S111가 이어져서, 정수 “n”이 임계치 “N”보다 큰지의 여부를 결정한다. 단계 S111에서 부정적 결정(NO)이 얻어지면, 공기압(P)은 비정상적으로 낮지 않음을 의미한다. 이 경우, 제어는 단계 S102로 되돌아간다. 단계 S111에서 긍정적인 결정(YES)이 얻어지면, 공기압(P)은 비정상적으로 낮음을 의미한다. 이 경우에, 제어 흐름은 단계 S112로 가고, 이 단계에서는, 표시장치(66)가 작동하여, 타이어(26)의 공기압(P)이 비정상적으로 낮다는 것을 차량 운전자에게 알린다. 단계 S112 이후에는 단계 S101이 이어진다.
단계 S103을 실행하기 위해 할당된 컴퓨터(47)의 일부는 외란 오브저버(52)를 구성하고, 한편 단계 S104를 실행하기 위해 할당된 컴퓨터(47)의 일부는 상관 연산기(56), 정규화기(58) 및 공기압 변화량 연산기(60)를 구성하는 것을 알 수 있다. 단계 S105를 실행하기 위해 할당된 컴퓨터(47)의 일부는 공기압 연산기(62)를 구성하고, 단계 S106 및 단계 S107을 실행하기 위해 할당된 컴퓨터(47) 일부는 공기압 보정기(64)를 구성하고, 한편 단계 S101 및 단계 S108 내지 S112를 실행하기 위해 할당된 컴퓨터(47)의 일부는 이상 판정 프로세서(65)를 구성하는 것을 알 수 있다.
이 실시예에서, 차륜속센서(마그네틱 픽업)(12)는 타이어부착휠(14)의 운동을 검출하는 차륜 운동 센서의 일례이고, 온도 센서(70)는 타이어(26)의 온도에 관련된 온도관련변수를 검출하는 온도관련변수 센서의 일례이다. 외란 오브저버(52), 상관 연산기(56), 정규화기(58), 공기압 변화량 연산기(60) 및 공기압 연산기(62)는 서로 협력하여, 타이어(26)의 공기압(P)의 잠정치를 연산하는 점정치 연산 수단을 구성하고, 한편 공기압 보정기(64)는 타이어 온도(t)와 기준치(t0)에 관련된 변수에 기초해서 공기압(P)의 잠정치를 보정하기 위한 잠정치 보정 수단을 구성하는 것을 알 수 있다. 잠정치 연산수단과 잠정치 보정 수단은 협력하여, 타이어부착휠(14)의 운동 뿐만 아니라 타이어(26)의 온도에 기초해서 공기압(P)을 추정하는 추정 수단을 구성한다.
또한, 제10도의 74로 나타낸 바와 같이 타이어 공기압 이상 검출 장치가 구비된 차량에는 안티-록 브레이크 제어 장치(72) 형태의 차륜 제어 장치가 제공된다. 이상 검출 장치(74)와 마찬가지로, 안티-록 브레이크 제어 장차(72)는 제10도에 도시된 바와 같이 차륜속센서(12)의 출력을 사용한다. 또한 차량에는 자동 공조장치(76)도 제공된다. 이상 검출 장치(74)와 마찬가지로, 차량 공조 장치(76)는 제10도에 도시된 바와 같이, 온도 센서(70)의 출력을 사용한다. 다시 말하면, 타이어 공기압 이상 검출 장치(74)는 차륜속센서(12)와 온도 센서(70)를 이용하고, 이들 센서는 안티-록 브레이크 제어 장치(72)와 자동 공조장치(76)에 대해 제공된다. 따라서, 본 실시예에서, 이상 검출 장치(74)는 타이어(26)의 공기압(P) 이상을 검출하기 위해 전용으로 사용되는 하드웨어를 필요로 하지 않고, 적합한 소프트웨어를 간단히 추가하거나, 기존 소프트웨어를 변경함으로써 상당히 낮은 비용으로 이용할 수 있다.
제11도 및 제12도를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대해서 설명한다. 제11도 및 제12도에서, 제 1 실시예에서 사용된 같은 숫자와 문자는 상응하는 요소를 식별하기 위해서 사용되며, 이들 부품에 대한 중복 설명은 설명을 간단히 하기 위해 생략한다.
본 제2 실시예에 따른 타이어 공기압 이상 검출장치는, 타이어 공기압(P)을 추정하는 데에 외란 오브저버(52)가 사용되지 않는 점을 외에는 제1 실시예의 것과 같다. 더욱 상세히 설명하면, 제2 실시예의 공기압 이상 검출 장치는, 타이어부착휠(14)의 각속도(ω)의 다수의 주파수 성분 중의 선택된 하나의 주파수가 감소함에 따라 타이어(26)의 공기압(P)이 감소한다는 사실에 기초해서, 공기압(P)을 추정하도록 되어 있고, 여기서 각속도(ω)는 차륜(14)의 운동을 나타내는 변수의 일례이다. 각속도(ω)의 상기 선택된 주파수 성분은 미리 정해진 범위내의 주파수를 가지며, 미리 정해진 범위내에서 모든 주파수 성분중 가장 큰 강도를 가진다. 이 제2 실시예의 이상 판정 장치는, 제11도의 블록도에 도시된 바와 같이, 주파수 분석기(82), 공진점 검출기(84), 공기압 연산기(86), 공기압 보정기(88) 및 이상 판정 프로세서 (65)를 포함하는 컴퓨터 (80)를 사용한다.
주파수 분석기(82)는, 쿨리-터키 알고리즘(Cooley-Tukey algorithm)을 사용하여 동작수를 감소시키는, 소위 “고속 푸리에 변환(FFT)” 방식을 실행함으로써, 컴퓨터(30)로부터 받은 타이어부착휠(14)의 각속도(ω)의 주파수 특성을 얻도록 되어 있다.
공진점 검출기(84)는 주파수 분석기(82)에 의해 얻어진 차륜(14)의 각속도(ω)의 주파수 특성에 기초해서 공진 주파수(f0)(공진점)를 얻도록 되어 있다. 공진주파수(f0)는 각속도 신호의 강도가 미리 정해진 주파수 범위 내에서 가장 큰 강도의 주파수로서 사용된다.
공기압 연산기(86)는 공진점 검출기(84)에 의해 얻어진 공진 주파수(f0)에 기초해서, 또 공기압(P)과 공진 주파수(f0) 사이의 미리 정해진 관계에 따라서, 공기압(P)을 연산하도록 되어 있고, 여기서 그 관계는 공진 주파수(f0)가 감소함에 따라서 공기압(P)이 감소되도록 되어 있다.
제1 실시예의 공기압 보정기(64)와 마찬가지로, 본 제2 실시예의 공기압 보정기(88)는 온도 센서(70)에 의해 검출된 주위 온도(t)와 기준치(t0)에 기초해서, 그리고 함수 f(t, t0)에 따라서, 보정 계수(α)를 결정하고, 보정 계수(α)를 공기압(P)에 곱하여, 공기압(P)을 보정하도록 되어 있다.
위에 설명되어 있는 주파수 분석기(82), 공진점 검출기(84), 공기압 연산기(86), 공기압 보정기(88) 및 이상 판정 프로세서(65)는 타이어(26)의 공기압(P)의 이상을 검출하기 위해서, 제12도의 흐름도에 설명된 루틴을 실행하기 위해 할당된 컴퓨터(80)의 일부로 구성되어 있다. 제12도의 루틴에 대해서 설명하지만, 제5도의 것과 유사한 루틴의 단계에 대해서는 간단히 설명한다.
제12도의 루틴은 단계 S201에서부터 시작하여, 컴퓨터(20)로부터 타이어부착휠(14)의 각속도(ω)를 나타내는 각속도 신호를 수신하고, RAM(50)의 각속도 메모리에 각속도 신호를 저장한다. 단계 S201 다음에는 단계 S202로 가며 이 단계에서 주파수 분석기는 각속도 메모리에 저장된 각속도 신호의 주파수 특성(주파수와 게인사이의 관계)을 얻는다. 다음에, 제어는 단계 S203으로 가서, 단계 S202의 실행회수를 나타내는 정수 “m”을 증가시킨다. 정수 “m”은 이 루틴의 개시시 “0”으로 리셋된다. 단계 S203 다음에는 단계 S204로 가서, 정수 “m”가 미리 정해진 임계치 “M”보다 큰지를 결정한다. 단계 S204에서 부정적인 결정(NO)이 얻어지면, 제어는 단계 S201로 되돌아 간다.
단계 S201 내지 S204의 반복 실행의 결과로서 임계치 “M” 보다 더 커지는 정수 “m”를 갖도록 단계 S204에서 긍정적인 결정(YES)이 얻어지면, 제어 흐름은 단계 S205로 가서, 정수 “m”를 “0”으로 리셋하고, 단계 S206으로 가서는 단계 S202에서의 분석에 의해 얻어진 주파수 특성의 동일한 주파수에서의 게인의 평균치를 구한다. 단계 S206 다음에는 단계 S207로 가서, 단계 S206에서 얻은 게인의 평균치를 예를 들면 아래 식에 따라서 평활화한다.
Yi= (yi-1+ yi+ yi+1)/3
상기 식에서,
Yi는 강도가 가장 큰 값으로부터 계수된 “i”로 나타낸 차원을 갖는 게인이고,
yi-1은 평활화하기 전의 강도가 “i-1”로 나타낸 차원을 갖는 게인이고,
yi는 평활화하기 전의 강도가 “i”로 나타낸 차원을 갖는 게인이고,
yi+1은 평활화하기 전의 강도가 “i+1”로 나타낸 차원을 갖는 게인이다.
상기 식에서는 세 개의 게인이 사용되었지만, 단계 S207의 평활화 공정에 사용된 게인의 수는 임의의 수로 선택될 수 있다.
다음에, 제어 흐름은 단계 S208로 가고, 이 단계에서는 공진점 검출기(84)는 공진 주파수(f0)로서, 각속도 신호의 강도(평활화된 게인의 형태로)가 미리 정해진 주파수 범위 내에서 가장 큰 주파수를 결정한다. 단계 S208 다음에는 단계 S209로 가서, 결정된 공진 주파수(f0)에 기초해서, 그리고 공진 주파수(f0)와 공기압(P) 사이의 미리 정해진 관계에 따라서, 타이어(26)의 공기압(P)을 연산하며, 여기서 관계는 컴퓨터(80)의 ROM에 저장되어 있다.
다음에, 제어 흐름은 단계 S210으로 가서, 온도 센서(70)로부터 주위 온도(t)를 받고, 단계 S211로 가서는 검출된 주위 온도(t)와 기준치(t0)에 기초해서, 그리고 미리 정해진 함수 f 에 따라서 보정 계수(α)를 연산하고, 연산된 보정 계수(α)를 단계 S209에서 연산된 값에 곱함으로써 공기압(P)을 보정한다. 다음에, 단계 S210 내지 S216은 제5도의 제1 실시예의 단계 S108 내지 S112와 같은 방법으로 실행된다.
제2 실시예의 상기 설명으로부터, 단계 S202 내지 S205를 실행하기 위해 할당된 컴퓨터(80)의 일부는 주파수 분석기(82)를 구성하고, 단계 S206 내지 S208을 실행하기 위해 할당된 컴퓨터(80)의 일부는 공진점 검출기(84)를 구성하고, 한편 단계 S209를 실행하기 위해 할당된 컴퓨터(80)의 일부는 공기압 연산기(86)를 구성한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 단계 S210 및 S211을 실행하기 위해 할당된 컴퓨터(80)의 일부는 공기압 보정기(88)를 구성하고, 단계 S212 내지 S216을 실행하기 위해 할당된 컴퓨터(80)의 일부는 이상 판정 프로세서(65)를 구성한다는 것도 이해할 수 있을 것이다.
또, 본 제2 실시예에서, 차륜속센서(12)는 차륜 운동 센서로서 작용하고, 한편 온도 센서(70)는 온도관련변수 센서로서 작용한다. 주파수 분석기(82), 공진점 검출기(84) 및 공기압 연산기(86)는 서로 협력하여 잠정치 연산 수단을 구성하고, 한편 공기압 보정기(88)는 잠정치 보정 수단을 구성하는 것을 알 수 있다. 잠정치 연산수단과 잠정치 보정 수단은 협력하여 공기압(P)을 추정하기 위한 추정 수단을 구성한다.
제13도 및 제14도를 참조하면, 공기압 추정 장치(90), 온도 검출 장치(92), 판정 장치(94) 및 보정 장치(96)를 포함하는 본 발명의 제3 실시예에 따라 구성된 타이어 공기압 이상 검출 장치에 대해서 설명한다.
공기압 추정 장치(90)는 차륜속센서(12)를 포함하고, 타이어의 공기압(P)과 타이어부착휠(14)의 운동의 공진 주파수(f0) 사이의 관계 또는 외란 오브저버를 이용함으로써, 차륜속센서(12)의 출력에 기초해서 타이어 공기압(P)을 간접적으로 추정하도록 되어 있다.
온도 검출 장치(92)는 온도 센서(70)의 출력에 기초해서 주위 온도(t)를 검출하도록 되어 있다.
판정 장치(94)는 공기압(P)이 비정상적으로 낮은 것을 결정하고, 추정된 공기압(P)이 임계치(P0)보다 낮으면 이 사실을 차량 조작자에게 알리기 위해 표시장치(66)를 작동시킨다.
보정 장치(96)는 공기압 추정 및 온도 검출 장치(90,92)와 판정 장치(94) 사이에 연결되고, 주위 온도(t)에 기초해서 추정된 공기압(P)을 보정하도록 되어 있다. 보정 장치(96)에 의한 공기압(P)의 보정은, 추정된 공기압(P)의 형태로 잠정치에 보정량(ΔP)을 더함으로써 수행된다. 보정량(ΔP)은 검출된 온도(t)와 기준치(t0)에 기초해서, 그리고 보정량(ΔP)과 온도(t) 사이의 관계를 나타내는 미리 정해진 함수 f′에 따라서 얻어진다. 함수 f′(t, t0)는, 온도(t)가 기준치(t0)보다 높을 때, 보정량(ΔP)은 양의 값이고, 온도(t)가 기준치(t0)보다 낮을 때, 보정량(ΔP)은 음의 값이 되도록 되어 있고, 온도(t)가 기준치(t0)보다 높을 때, 온도(t)가 증가함에 따라 보정량(ΔP)의 절대치는 증가하고, 온도(t)가 기준치(t0)보다 낮을 때, 온도(t)가 감소함에 따라 보정량(ΔP)의 절대치는 감소하도록 되어 있다. 본 실시예에서, 함수 f′는 제14도의 그래프에 표시한 바와 같이, 온도(t)가 증가함에 따라 단계적으로 보정량(ΔP)이 증가하도록 되어 있다.
본 제3 실시예에서도, 차륜속센서(12)는 차륜 운동 센서로서 작용하고, 한편 온도 센서(70)를 포함하는 온도 검출 장치(92)는 온도관련변수 센서로서 작용한다. 또, 공기압 추정장치(90)는 잠정치 보정 수단으로서 작용하고, 공기압 보정 장치(96)는 잠정치 보정 수단으로서 작용하는 것을 알 수 있다. 잠정치 연산 수단은 잠정치 보정 수단과 협력하여 공기압(P)을 추정하기 위한 추정 수단을 구성한다. 또한, 추정 장치(94)는 공기압(P)이 비정상인가 아닌가를 결정하기 위한 결정 수단으로서 작용한다.
제3 실시예는 추정된 공기압(P)에 보정량(ΔP)을 더함으로써 추정된 공기압(P)을 보정하도록 구성되었지만, 공기압(P)은 제1 실시예의 단계 S105에 대해 상기 설명된 공기압 변화량(ΔP)에 보정량(ΔP)을 더함으로써 보정될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 실시예는 주위 온도(t)가 증가함에 따라 보정 계수(α) 또는 보정량(ΔP)을 증가시키도록 되어 있지만, 상기 보정 계수(α) 또는 보정량(ΔP)은 주위 온도(t)와 선형 비례관계로 연속해서 증가될 수 있다.
제15도 및 제16도를 참조하여, 공기압 추정 장치(100), 온도 검출 장치(102), 판정 장치(104) 및 보정 장치(106)를 포함하는 본 발명의 제4 실시예에 따라 구성된 타이어 공기압 이상 검출 장치에 대해서 설명한다. 공기압 추정 장치(100), 온도 검출 장치(102) 및 판정 장치(104)는 제13도의 제3 실시예의 장치(90,92,94)와 동일하기 때문에, 보정 장치(106)에 대해서만 설명한다.
보정 장치(106)는 온도 검출 장치(102)와 판정 장치(104) 사이에 연결되어 있고, 판정 장치(104)에 의해 사용된 임계치(P0)를 보정하도록 되어 있다. 상세히 설명하면, 그 보정은 임계치(P0)에는 보정 계수(β)를 곱함으로써 행해진다. 보정 계수(β)는, 주위 온도(t)와 온도기준치(t0)에 기초해서, 그리고 온도(t)의 증가에 따라 보정 계수(β)가 증가하도록 되어 있고, 검출된 온도(t)가 기준치(to)와 같을 때 보정 계수(β)가 “1”이 되도록 되어 있는 함수 g(t, t0)에 따라서 결정된다. 본 제4 실시예에서, 함수 g(t, t0)는, 주위 온도(t)가 증가함에 따라 단계적으로 보정 계수(β)가 감소하도록 되어 있다.
본 제4 실시예에서도, 차륜속센서(12)는 차륜 운동 센서로서 작용하고, 한편 온도 센서(70)를 구비하는 온도 검출 장치(102)는 온도관련변수 센서로서 작용한다. 공기압 추정장치(100)는 잠정치 연산 수단으로서 작용하고, 보정 장치(106)는 잠정치 보정 수단으로서 작용하는 것을 알 수 있다. 또한 보정장치(106)는 검출된 온도 t에 기초하여 임계치 P0를 보정하는 보정 수단으로서 작용한다. 잠정치 연산 수단은 잠정치 보정 수단과 협력하여 공기압(P)을 추정하기 위한 추정 수단을 구성한다. 또한, 판정 장치(104)는 공기압(P)이 비정상인지 아닌지를 결정하기 위한 결정 수단으로서 작용한다.
제17도 및 제18도를 참조하여, 공기압 추정 장치(120), 온도 검출 장치(122), 판정 장치(124) 및 보정 장치(126)를 포함하는 본 발명의 제5 실시예에 따라 구성된 타이어 공기압 이상 검출 장치에 대해서 설명한다. 공기압 추정 장치(120), 온도 검출 장치(122) 및 판정 장치(124)는 제13도의 제3 실시예의 장치(90,92,94)와 동일하기 때문에, 보정 장치(126)에 대해서만 설명은 생략한다.
보정 장치(126)는 온도 검출 장치(122)와 판정 장치(124) 사이에 연결되어 있고, 판정 장치(124)에 의해 사용되는 임계치(P0)를 보정하도록 되어 있다. 상세히 설명하면, 그 보정은 임계치(P0)에 보정량(ΔP0)을 곱함으로써 행해진다. 보정량(ΔP0)은, 주위 온도(t)와 온도 기준치(t0)에 기초해서, 온도(t)가 기준치(t0)보다 높을 때 보정량(ΔP0)은 양의 값이고, 온도(t)가 기준치(t0)보다 낮을 때 보정량(ΔP0)은 음의 값이 되도록 되어 있고, 온도(t)가 기준치(to)보다 높을 때 온도(t)가 증가함에 따라 보정량(ΔP0)의 절대치는 증가하고, 온도(t)가 기준치(t0)보다 낮을 때, 온도(t)가 감소함에 따라 증가하도록 되어 있는 함수 g′(t, t0)에 따라서 결정된다. 본 실시예에서, 함수 g′는 제18도의 그래프로 나타낸 것과 같이, 주위 온도(t)가 증가함에 따라 단계적으로 보정량(ΔP0)이 감소하도록 되어 있다.
이 제5 실시예에서, 보정 장치(126)는 검출된 온도(t)에 기초해서 임계치(P0)를 보정하는 보정수단으로서 작용한다.
제15도 내지 제18도의 제4 및 제5 실시예는 온도(t)가 증가함에 따라 단계적으로 보정 계수(β) 또는 보정량(ΔP0)이 변하도록 구성되어 있지만, 보정 계수(β) 또는 보정량(ΔP0)은 온도(t)와의 선형 비례 관계로 연속적으로 변화되어도 된다.
이상 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였지만, 다음의 특허청구범위에 정의된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명에 대하여 다양한 변경, 변형 및 개선을 행할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
상기 설명한 본 발명의 타이어 공기압 추정 장치에서, 타이어 부착휠의 운동뿐만 아니라 타이어의 온도에 기초해서 타이어의 공기압을 추정함으로써, 타이어의 공기압이 타이어 온도의 변화에 대해 보정된다. 따라서, 본 발명의 장치에 의한 타이어 공기압의 추정 정밀도가 선행 기술의 장치의 정밀도보다 개선되는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 타이어부착휠의 운동에 기초하여, 차량의 상기 타이어부착휠의 타이어의 공기압을 추정하는 장치에 있어서, 상기 타일어부착휠의 운동을 검출하는 차륜 운동 센서와, 상기 타이어의 온도에 관련한 온도관련변수를 검출하는 온도관련변수센서와, 상기 타이어온도관련변수뿐만아니라 상기 타이어부착휠의 운동에 기초하여 상기 타이어의 공기압을 추정하는 추정수단을 포함하고, 상기 추정수단은, 상기 온도관련변수센서에 의해 검출된 온도관련변수가 기준치와 같을 때, 잠정치가 상기 공기압의 실제값을 나타내도록, 상기 차륜 운동 센서에 의해 검출된 상기 타이어부착휠의 운동에 기초해서, 상기 타이어의 공기압의 잠정치를 연산하는 잠정치 연산 수단, 및 잠정치 보정 수단으로서, 온도관련변수에 기초하고, 이 잠정치 보정 수단에 의해 보정된 잠정치인 상기 공기압의 최종 값과 상기 온도관련변수 사이의 미리 정해진 관계에 따라, 상기 잠정치 연산 수단에 의해 연산된 상기 잠정치를 보정하는 잠정치 보정 수단을 포함하고, 상기 타이어의 공기압은 상기 타이어의 온도뿐만 아니라 상기 타이어부착휠의 운동에 기초하여 추정되는 차량의 타이어 공기압 추정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차륜 운동 센서는 상기 타이어부착휠의 운동으로서 상기 타이어부착휠의 회전속도를 검출하는 차륜속센서를 포함하고, 상기 잠정치 연산 수단은, 림과 벨트가 토션 스프링에 의해서 서로 회전하도록 서로 연결된 타이어부착휠의 역학 모델에 따라 설계된 외란 오브저버를 포함하고, 상기 외란 오브저버는, 림의 회전속도로서 차륜속센서에 의해 검출되는 타이어부착휠의 회전 속도에 기초해서, 타이어에 작용하는 외란으로서 그리고 상기 역학 모델의 상태를 나타내는 변수로서, 공칭값으로부터 상기 토션 스프링의 스프링 상수의 편차량을 추정하고, 상기 잠정치 연산 수단은 상기 외란 오브저버에 의해 추정된 상기 외란에 기초해서 상기 타이어의 공기압의 잠정치를 연산하는 차량의 타이어 공기압 추정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 잠정치 연산 수단은 미리 정해진 주파수 범위 내에서 상기 타이어부착휠의 운동의 복수의 주파수 성분 중 적어도 하나의 주파수에 기초해서 상기 타이어의 공기압의 잠정치를 연산하고, 상기 복수의 주파수 성분중 상기 적어도 하나의 주파수는 실질적으로 최대 강도를 갖는 차량의 타이어 공기압 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 잠정치 보정 수단은 온도관련변수 센서에 의해 검출된 온도관련변수에 기초해서, 또 상기 보정 계수와 상기 온도관련변수 사이의 미리 정해진 관계에 따라서 보정 계수를 결정하고, 상기 잠정치 보정 수단은 상기 잠정치를 상기 보정 계수에 곱함으로써 상기 타이어의 공기압의 상기 최종 값을 연산하는 차량의 타이어 공기압 추정장치.
  5. 제1항에 있어서, 미리 정해진 임계치와 추정된 상기 공기압과의 비교에 기초하여, 상기 추정 수단에 의해 추정된 상기 공기압이 비정상인가의 여부를 판정하는 판정수단을 더 포함하는 차량의 타이어 공기압 추정장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 온도관련변수 센서에 의해 검출된 상기 온도관련변수는 상기 차량의 주위 온도인 차량의 타이어 공기압 추정장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 차량은 차량 안에서 공조(air conditioning)를 수행하기 위해 상기 주위 온도를 검출하는 주위 온도 센서를 포함하는 공조 장치를 가지며, 상기 주위 온도 센서는 상기 온도관련 변수 센서로서 이용되는 차량의 타이어 공기압 추정장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 잠정치 보정 수단은 상기 미리 정해진 관계가 저장되어 있는 메모리를 구비하고, 상기 미리 정해진 관계는 상기 온도 관련 변수와 함께 상기 보상 계수를 단계적으로 변경하도록 되어 있는 차량의 타이어 공기압 추정장치.
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