KR100300671B1 - 초기보정계수 연산방법,미끄럼계수 계산방법 및 이를 이용한 공기압 저하 검출방법 - Google Patents

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Abstract

차량에 설치된 타이어의 회전주파수를 검출하기 위한 회전주파수 메카니즘의 출력을 보정하기 위한 보정계수를 작동하기 위한 장치, 및 미끄럼계수 연산장치 및 작동장치를 이용하는 타이어 공기압 저하 검출장치. 타이어의 회전주파수는 시작스위치가 시범 타주시에 작동된다는 사실에 반응하여 검출된다. 초기보정계수는 회전주파수의 기초에서 구해진다. 초기보정계수는 E2PROM에 저장된다. 보통 주행시에, 회전주파수는 초기보정계수(S2)의 기초에서 처음으로 보정된다. 더욱이, 미끄럼계수가 초기보정(S3) 후에 회전주파수의 기초에서 연산된다. 타이어의 공기압 저하를 검출하기 위해 필요한 판정치는 미끄럼계수 등의 기초에서 보정된다. 타이어 사이의 효과적인 회전반경의 실질적인 차이로만 나타나는 초기보정계수가 얻어짐으로써, 초기 차이가 높은 정확성으로 회전주파수로부터 제거될 수 있다.

Description

초기보정계수 연산방법, 미끄럼계수 계산방법 및 이를 이용한 공기압 저하 검출방법
최근, 자동차나 트럭 등의 사륜차량의 안전장치로는 타이어의 공기압 저하를 검출하는 장치가 개발되었는바, 그중 몇 개는 실용화되었다.
타이어의 공기압 저하를 검출하는 방법으로는 차량에 설치된 네 개의 타이어(W1, W2, W3, W4) 각각의 회전주파수(F1, F2, F3, F4) 사이의 차이를 이용하는 방법이 있다. 타이어(W1, W2)는 우측 및 좌측 앞 타이어고, 타이어(W3, W4)는 우측 및 좌측 뒷타이어다.
이러한 검출 방법에서, 각각의 타이어 Wi(i=1, 2, 3, 4)의 회전주파수 Fi는 타이어(Wi)와 연관된 바퀴속도센서로부터 출력된 신호를 기초로 소정의 샘플링 주기 동안 검출된다.
검출된 회전주파수(Fi)는 각각의 타이어(Wi)의 모든 유효 회전반경이 동일하고 차량이 직선 주행하면 동일하다. 유효 회전반경은 적재된 상태에서 자유 회전하는(미끄럼각 및 미끄럼 계수가 0인 상태의 회전) 타이어(Wi)가 1회전동안 이동한 거리를 2n 로 나눈 값이다.
한편, 각각의 타이어(Wi)의 유효 회전반경은 타이어(Wi)의 공기압에 따라 변한다. 즉, 타이어의 공기압이 떨어지면, 유효 회전반경도 정상 내부압력일 때보다 작아진다. 결자적으로, 공기압이 떨어진 타이어(Wi)의 회전주파수(Fi)는 정상적인 내부압력일 때의 회전주파수보다 높다. 그러므로, 타이어(Wi)의 감소된 압력은 회전 주파수(Fi) 차이를 기준으로 판단할 수 있다.
회전주파수(Fi) 차이를 기초로 타이어(Wi)의 공기압 저하를 검출하는 데 이용되는 판단식은 아래 식(1)이고, 이 식은 일본특개평 305011/1988, 일본특개평 212609/1992 등에서 볼 수 있다.
Figure kpo00001
타이어(Wi)의 유효 회전반경이 같으면, 각각의 회전주파수(Fi)도 동일하다. 따라서, 판정치(D)가 0이다. 그러므로, 임계값 DTH1, DTH2(DTH1, DTH2>0)이 설정된다. 다음 식(2)이 만족되면, 공기압이 떨어진 타이어(Wi)가 있다고 판단된다. 식(2)이 만족되지 못하면, 모든 타이어(Wi)가 정상적인 내부압력을 가진다고 판단된다:
D<-DTH1또는 D>DTH2‥‥‥‥(2)
활동타이어(Wi)의 유효 회전반경은 타이어(Wi) 제작시의 생산 표준 범위내의 변화(이하, "초기차이"라고 함)를 포함한다. 즉, 네 개의 타이어(Wi)의 내부압력이 정상일 경우라도, 초기차이 때문에 각 타이어(Wi)의 유효 회전반경이 다르다. 따라서, 타이어의 회전주파수는 다양하다. 결자적으로, 판정치(D)가 0이 아닐 수도 있다. 그러므고, 공기압이 떨어지지 않더라도 공기압이 떨어졌다고 잘못 검출된다. 공기압 저하를 아주 정확하게 검출하려면, 검출된 회전주파수(Fi)에서 초기차이의 영향을 없애야만 한다.
예컨대, 일본특개평 제271907/1992에 명시한 바와 같이, 회전주파수(Fi)의 시작차이의 영향을 제거하는 기술이 이용된다. 이 공개공보에 기재된 기술에서는, 차량이 소정의 속도로 직선주행하고 이때 검출된 타이어(Wi)의 회전주파수(Fi)를 기준으로 보정계수(Ki)를 구한다. 타이어(Wi)의 회전주파수(Fi)를 기준으로 하면, 보정계수(Ki)를 식 (3) 내지 (6)에서 구한다.
K1=F1/F1‥‥‥(3)
K2=F1/F2‥‥‥(4)
K3=F1/F3‥‥‥(5)
K4=F1/F4‥‥‥(6)
정상 주행 중에 검출된 회전주파수(Fi)는 보정계수(Ki)의 곱이다. 따라서, 회전주파수(Fi)의 초기차이의 영향이 어느 정도 배제된다.
차량이 전륜구동차(FF차량)이거나 후륜구동차(FR)이면, 식(5) 및 (6)에 의해 나타낸 각각의 보정계수(K3, K4)는 구동타이어 및 종동타이어의 회전주파수의 비율이다.
한편, 주행 중에는 구동토크 또는 제동토크(이하, 구동/제동토크라 한다)가 구동타이어에 걸린다. 이 토크로 인해 구동타이어가 미끄러진다. 그러므로, 구동타이어의 회전주파수(Fi)는 일반퍽으로 식 (7)로 표현된다. 식(7)에서, Rs는 미끄럼계수이고, V는 차량의 속도이고, ri는 타이어(Wi)의 유효 회전반경이다:
Fi=V(1+Rs)/2rπi‥‥‥(7)
FF차량의 경우에 타이어(W1, W2)는 구동타이어이고 타이어(W3, W4)는 종동타이어이므로, 보정계수(K3)는 식 (5, 7)로부터 아래 식(8)으로 나타낼 수 있다:
Figure kpo00002
미끄럼계수(Rs)는 구동타이어 및 종동타이어의 회전주파수의 비율로 나타낸 보정계수(K3)에 영향을 준다. 보정계수(K4)도 마찬가지다.
더욱 구체적으로, 미끄럼계수(Rs)는 타이어(Wi)가 그립한계에 도달할 때까지는 식 (9)로 표현된다.
Figure kpo00003
식(9)에서, μ는 노면 마찰계수, Cx는 타이어(Wi)의 전단탄성계수, WD는 접촉면의 폭, L은 접촉면의 길이, T는 구동/제동력이다. 구동/제동력(T)은 대략 등속주행일 때의 차량 속도(V)의 제곱에 비례한다.
따라서, 보정계부(K3, K4)는 노면 마찰계수(μ) 및 실험 주행시의 차량속도(V)의 영향을 받는다. 그러나, 실제 주행시 차량은 다양한 속도(V)로 다양한 마찰계수(μ)의 노면을 주행한다. 따라서, 시험주행시 구한 보정계수(K3, K4)를 이용해 아무리 회전주파수(Fi)를 보정해도, 회전주파수를 정확히 보정할 수는 없다. 그러므로, 회전주파수(Fi)로부터의 초기차이의 영향클 아주 정밀하게 배제하기는 곤란하다.
차량이 코너 및 커브(이후 "코너"라 함)를 회전할 때는, 차량에 횡방향 가속도가 가해진다. 그 결과, 차량의 화물이 코너의 바깥쪽으로 이동한다. 따라서, 코너 안쪽에서 타이어(Wi)의 유효반경이 증가하고, 타이어의 접촉면적이 비교적 감소된다. 반대로, 코너 바깥쪽에서는 타이어(Wi)의 유뵤 회전반경이 감소되고 접촉면적이 증가한다.
한편, 엔진에 의한 구동력은 차동기어에 의해 코너 안팔의 타이어(Wi)에 거의 동일하게 적용된다. 그 결과, 코너 안팎의 타이어(Wi) 사이의 미끄럼계수(Rs)에 차이가 생겨, 코너 안팎의 타이어(Wi) 사이의 회전주파수(Fi)가 달라진다.
모든 타이어(Wi)의 내부압력이 정상일 경우에도, 코너링시의 미끄럼계수(Rs)의 변화로 회전주파수(Fi)가 변한다. 그 결과, 판정치(D)는 미끄럼계수(Rs)의 변화에 의한 오차를 가져, 감소된 압력을 정확히 판단할 수 없다. 감소된 압력을 아주 정확하게 판단하려면, 미끄럼계수(Rs)의 영향을 배제해야만 한다.
미끄럼계수(Rs)의 영향을 배제하는데는, 본 출원의 선행출원인 일본 특허출원 제6-312123에 제안된 기불을 적용할만하다. 제안된 기술에서, 판정치(D)는 아래 다음과 같이 보정된다.
미끄럼계수(Rs)의 변화에 기인한 판정치(D)의 변동성분(△ D)은 미끄럼계수(Rs)의 변동성분(△ Rs)에 비례한다. 한편, 미끄럼계수(Rs)의 변동성분(△ Rs)은 차량에 가해진 횡방향 가속도(LA)에 비례하고 선회반경(R)에 반비례한다.
타이어(Wi)가 그립한계에 도달할 때까지는, 미끄럼계수(Rs)를 아래 식(10)으로 정의해야만 한다.
Figure kpo00004
또, 구동/제동력(T)은 차량 속도(V)의 제곱 및 차량에 가해진 전방/후방 가속도(FRA)에 비례한다.
판정치(D)의 변동성분(△ D)은 비례상수 α1, α2, α3의 관계를 기준으로 다음 식(11)으로 나타낼 수 있다:
Figure kpo00005
식(11)으로 표현된 변동성분(△ D)을 보정계수로 하고, 이 보정계수는 식(1)에서 구한 판정치(D)에서 감산된다. 따라서, 판정치(D)에 미치는 미끄럼계수(Rs)의 영향이 배제된다.
제안된 기술에서, 미끄럼계수(Rs)는 식(10)에서 정의된 대로 이용된다. 그러나, 식 (9)에서와 같이, 미끄럼계수(Rs)는 실제로는 노면 마찰계수(μ)에 반비례한다. 따라서, 제안된 기술에서는 노면상태에 따라 보정후의 판정치(D)에 큰 오차가 있을 수 있고, 미끄럼계수(Rs)의 영향을 이 판정치에서 반드시 겅밀하게 제거할 필요는 없다.
전술한 기술에서는, 코너링시의 화물 이동으로 인한 유효 회전반경의 변동으로 생기는 앞타이어(W1, W2) 각각의 유효 회전반경의 변동량과 뒤타이어(W3, W4) 각각의 유효 회전반경의 변동량 사이의 관계를 고려하지 않았다. 즉, 앞타이어(W1, W2)각각의 유효 회전반경량과 뒤타이어(W3, W4) 각각의 유효 회전반경량이 같다는 가정을 기초로 한다.
그러나, 실제로는 앞차축과 뒤차축의 무게가 서로 다르다. 앞차축무게는 앞타이어가 장착된 앞차축에 가해지는 하중이다. 뒤차축무게는 뒤타이어가 장착된 뒤차축에 가해지는 하중이다. 예컨대, 엔진이 차량의 앞쪽에 설치되면, 앞차축이 뒤차축보다 무겁다.
그러므로, 코너링시의 앞마이어쪽 및 뒤타이어쪽으로 하중 이동량이 서로 다르다. 이는 FF차량의 경우 특히 심하다. 그 결과, 앞타이어의 유효 회전반경의 변동량과 뒤타이어의 유효 회전반경의 변동량이 서로 다르다.
판정치(D)를 아주 정밀하게 보정하려면, 코너링시의 앞타이어와 뒤타이어 사이의 하중 이동량을 고려해야만 한다.
본 발명은 타이어의 회전주파수 사이의 초기 편차에 따라 유효 회전반경의 상대적인 편차의 영향을 제거하기 위한 초기보정계수를 구하기 위해 타이어의 공기압 저하를 검출하는데 이용되는 초기보정계수 연산방법에 관한 것이다. 또, 본 발명은 구동타이어의 미끄럼계수를 계산하기 위해 타이어의 공기압 저하를 검출하는데 이용되는 미끄럼계수 계산방법에 관한 것이다. 또, 본 발명은 초기보정계수 연산방법에 의해 구해진 초기보정계수를 이용해 보정된 회전주파수를 사용하여 타이어 공기압 저하를 검출하는 타이어 공기압 저하 검출방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 공기압 저하 검출장치의 구성을 나타내는 개략적인 블록도;
도 2는 타이어 공기압 저하 검출장치의 전기적 구성를 나타낸 블록도;
도 3은 타이어 공기압 저하를 검출하기 위한 모든 과정을 설명하는 순서도;
도 4는 차량에 가해지는 횡방향 가속도를 설명하는 도면;
도 5는 계수 A1을 구하는 방법을 설명하는 도면;
도 6은 계수 A2를 구하는 방법을 설명하는 도면;
도 7은 초기보정계수를 연산하는 과정을 설명하는 순서도;
도 8은 초기보정계수(K3)를 구차기 위해 직선주행시의 앞타이어와 뒤타이어의 회전주파수 비율과 차량 속도 사이의 관계를 보여주는 그래프,
도 9는 초기보정계수(K3)를 구하는 다른 방법을 설명하는 순서도 이다.
본 발명의 목적은 상기 기술적 문제를 해결하고 노면 조건에 무관하게 타이어 사이의 상대적 유효 회전반경의 차이만을 표현하는 초기보정계수를 구할 수 있는 초기보정계수 연산방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 판정치에서 미끄럼계수의 영향을 아주 정밀하게 배제하는 보정을 실현하여, 타이어의 공기압 저하를 아주 정밀하게 검출할 수 있는 타이어 공기압 저하 검출방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 코너링시의 앞타이어측의 하중 이동량 및 뒤타이어측의 하중 이동량 차이를 고려한 보정을 실현하여, 타이어의 공기압 저하를 아주 정밀하게 검출할 수 있는 타이어 공기압 저하 검출방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 초기보정계수 연산방법은, 차량이 직선을 타주하는 경우 상기 회전주파수 검출수단의 출력을 입력받는 단계; 상기 입력된 회전주파수 검출수단(1)의 출력에 기초하여 타이어의 초기차이에 의한 유효 회전반경의 상대적인 차이가 회전주파수에 미치는 영향을 배제하기 위한 초기보정계수를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량에 장치된 타이어의 회전주파수를 검출하는 회전주파수 검출수단의 출력을 보정하기 위한 보정계수를 연산하는 방법이다.
상기 초기보정계수는 차량이 직선 주행할 때 검출된 타이어의 회전주파수를 기초로 구해진다. 직선 주행시에는 구동타이어에 구동/제동토크가 작용하지 않는다. 즉, 구동타이어의 미끄럼계수는 0이라고 할 수 있다. 따라서, 구해진 초기보정계수에는 미끄럼계수가 영향을 미치지 않으므로, 타이어 사이의 유효 회전반경의 상대차를 나타내는 값으로 초기보정계수를 구할 수 있다. 이렇게 구해진 초기보정계수를 회전주파수 보정에 이용하면, 차량이 주행하고 있는 노면의 마찰계수와 무관하게 회전주파수로에서 초기차이의 영향을 아주 정밀하게 배제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 초기보정계수는 미끄럼계수의 영향이 거의 미치지 않는 직선 타주 주행시에 검출된 회전주파수를 기초로 구해진다. 따라서, 타이어 사이의 유효 회전반경의 상대차를 표현하는 초기보정계수를 구할 수 있다. 그러므로, 초기보정계수를 기초에서 검출된 회전주파수에서 초기차이를 아주 정밀하게 배제할 수 있다. 본 발명을 타이어 공기압 저하 검출장치에 이용하면, 초기차이가 타이어 공기압 저하 검출에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 타이어의 공기압 저하를 아주 정확하게 검출할 수 있다.
본 발명에 따른 미끄럼계수 계산방법은 구동타이어와 종동타이어가 장착된 차량에서 구동타이어의 미끄럼계수를 계산하는 방법인바, 전술한 초기보정계수 연산방법에 의해 초기보정계수를 구하는 단계; 구해진 초기보정계수를 이용해 회전주파수 검출수단(1)의 출력을 보정하는 단계; 및 상기 보정된 구동타이어 및 종동타이어의 회전주파수에 기초하여 구동타이어의 미끄럼계수를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
미끄럼계수는 본래 차량속도와 구동타이어의 원주속도의 차이로 표현된다. 한편, 종동타이어는 거의 미끄러지지 않는다. 따라서, 종동타이어의 원주속도는 차량속도와 같다고 할 수 있다. 그러므로, 구동타이어의 회전주파수와 종동타이어의 회전주파수를 기초로 미끄럼계수를 계산할 수 있다. 또, 구동타이어의 회전주파수와 종동타이어의 회전주파수 차이는 노면의 마찰계수에 따라서 바뀐다. 그러므로, 차량이 마찰계수를 갖는 노면을 주행할 경우에도, 보정 후의 구동타이어의 회전주파수 및 종동타이어의 회전주파수를 기초로 미끄럼계수를 정확히 계산할 수 있다.
전술한 바와 같이, 미끄럼계수의 고유 정의에 따라 미끄럼계수를 구한다. 따라서, 미끄럼계수는 노면의 마찰계수의 영향을 포함한다. 그러므로, 차량이 주행하고 있는 노면의 마찰계수와 무관하게 미끄럼계수를 정확히 계산할 수 있다. 후술하는 타이어 공기압 저하 검출방법에 본 발명을 적용하면, 타이어의 공기압 저하 검출에 미치는 미끄럼계수의 영향을 아주 정밀하게 배제할 수 있다.
본 발명에 따른 타이어 공기압 저하 검출방법은 차량에 장착된 타이어의 공기압 저하를 검출하기 위한 방법인바, 전술한 미끄럼계수 계산방법에 의캐 구동타이어의 미끄럼계수를 계산하는 단계, 상기 보정된 타이어의 회전주파수에 기초하여 차량에 작용하는 횡방향 가속도를 구하는 단계, 상기 보정된 타이어의 회전주파수를 소정의 연산식에 대입하여 판정치를 구하는 단계, 상기 미끄럼계수 계산방법에 의해 계산된 미끄럼계수 및 상기 구해진 횡방향 가속도에 기초하여 상기 판정치를 보정하는 단계, 및 상기 보정된 판정치에 기초하여 타이어의 공기압저하 검출처리를 실행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 판정치는 횡방향 가속도 연산방법으로 구해진 횡방향 가속도 및 미끄럼계수 계산방법으로 계산된 미끄럼계수를 기초로 보정된다. 따라서, 코너링시의 하중이동의 영향과 미끄럼계수의 영향을 아주 정밀하게 판정치에서 배제할 수 있다. 그 결과, 타이어의 공기압 저하 여부를 아주 정밀하게 검출할 수 있다.
상기 판정치 보정단계는 앞차축과 뒤차축의 무게차를 고려하여 정해진 소정의 연산식에 기초하여 구해진 판정치 변동량을 상기 구해진 판정치에서 감산하여 판정치를 보정하는 것을 특징으로 한다.
판정치 변동량은 앞차축과 뒤차축의 무게차를 고려하여 결정된 소정의 연산식을 기초로 구해진다. 판정치 변동량을 이용해 판정치를 보정하면, 코너링시의 앞 타이어측의 하중 이동량과 뒤타이어측의 하중 이동량 차이를 고려한 보정을 행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 앞차축과 뒤차축의 무게차를 고려해 결정된 소정의 연산식을 기초로 구해진 판정치의 변동량에 의해 판정치가 보정된다. 따라서, 앞차축과 뒤차축의 무게차에 기인한 앞타이어 및 뒤타이어의 유효 회전반경 차이를 고려한 보정이 가능하다. 그러므로, 타이어의 공기압 저하를 더 정밀하게 검출할 수 있다.
판정치 젼동량을 구하는 연산식의 예로는, 제1 계수 A1과 횡방향 가속도의 곱, 및 제2 계수 A2와 횡방향 가속도와 미끄럼계수의 곱의 합으로 판정치 변동량을 나타내는 것이 있다.
이 경우에, 상기 제1 계수 A1은 타이어의 내부압력이 정상이라고 판명된 상태에서 차량을 타성으로 코너링 주행시킬 경우의 상기 판정치 및 횡방향 가속도를 샘플링하고, 샘플링된 판정치와 횡방향 가속도의 관계를 직선에 가깝게 하였을 때의 기울기를 구함으로써 설정된다.
차량이 타주 주행할 때는 미끄럼계수가 0이라고 할 수 있다. 이 경우, 판정치는 횡방향 가속도와 제1 계수의 곱으로 표현된다. 따라서, 차량을 코너링 주행시킬 때 구해진 횡방향 가속도와 판정치 사이의 관계식의 기울기가 제 1 계수이다.
제 1 계수는 차량을 실제 주행시켜 구하므로, 타이어의 실제 상태를 제 1 계수에 반영할 수 있다. 따라서, 타이어의 실제 상태를 판정치 보정에 충실히 반영할 수 있어, 타이어의 공기압 저하를 아주 정밀하게 검출할 수 있다.
제 2 계수는 (a) 타이어의 내부압력이 정상이라고 판명된 상태에서 타이어에 구동토크를 가하면서 차량을 코너링 주행시킬 경우의 상기 판정치, 횡방향 가속도 및 미끄럼계수를 샘플링하고, (b) 샘플링된 판정치에서 상니 제 1 계수 A1과 횡방향 가속도의 곱을 감산한 값과, 횡방항 가속도와 미끄럼계수의 곱의 관계를 직선에 가깝게 했을 때의 기울기를 구하여 설정된다.
제 2 계수는 차량을 실제 주행시켜 구한다. 따라서, 타이어의 실제 상태를 제 2 계수에 반영할 수 있어, 타이어의 실제 상태를 판정치 보정에 정확하게 반영할 수 있다. 그러므로, 타이어의 공기압 저하를 더 정밀하게 검출할 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 계수는 여러 종류의 타이어에 대응하는 여러 개의 제 1 계수를 구한 뒤 그 평균값을 구함으로써 설정되는 계수이고, 상기 제 2 계수는 여러 종류의 타이어에 대응하는 여러 개의 제 2 계수를 구한 뒤 그 평균값을 구함으로써 설정되는 계수이다.
판정치 변동량은 타이어 종류에 따라 다르다. 예를 들면, 스터드리스 타이어와 하절기용 타이어(보통 타이어) 사이에는 차이가 있다. 제 1 계수를 구했는데 차량에 장착된 타이어와 종류가 다른 타이어를 새로 장착하면, 판정치를 아주 정밀하게 보정하기가 곤란하다고 예상된다.
그러므로, 타이어 종류마다 제1 계수와 제2 계수를 구한다. 여러 종류의 타이어에 대응하는 다수의 제1 및 제2 계수의 평균값 각각을 최종적인 제1 및 제2 계수로 해야만 한다. 차량에 장착된 타이어 종류와 무관하게, 아주 정밀하게 보정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 여러 종류의 타이어를 장착할 수 있다는 사실을 고려해 결정된 계수들을 각각 최종적인 제 1 및 제 2 계수로 취한다. 따라서, 차량에 장착된 타이어 종류와 무관하게, 타이어의 공기압 저하를 아주 정밀하게 검출할 수 있다.
또, 여러 종류의 노면조건을 고려한 다수의 제 1 계수를 구한 뒤 그 평균값을 취하여 제 1 계수로 결정할 수도 있다. 또, 여러 종류의 노면조건을 고려한 다수의 제 2 계수의 평균값을 제 2 계수로 정할 수도 있다.
판정치는 차량의 하중 이동량에 따라서 변하고, 하중 이동량은 다양하고, 적하물 이동량은 차량의 총 무게에 따라서 변한다. 즉, 판정치는 차량 안의 사람의 총 체중 및 살아있는 적하물 등의 적재조건에 따라 다르다. 따라서, 제1 계수 등을 구한 적재조건과 다른 적재조건으로 주행하면, 판정치 보정을 아주 정밀하게 하기가 곤란할 수도 있다.
그러므로, 각각의 적재조건에 대한 제1 및 제2 계수를 구하고, 구해진 조건들에 대응하는 다수의 제1, 제2 계수들 평균값을 최종적인 제1 및 제2 계수로 취해야만 한다. 그러므로, 어떤 적재조건에서도 아주 정밀하게 보정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 차량내 총 체중 등의 적재조건이 바뀔 수 있다는 사실을 고려해 정해진 계수들을 각각 최종적인 제1 및 제2 계수로 취한다. 따라서, 어떤 적재조건에서토, 타이어의 공기압 저하를 아주 정밀하게 검출할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
도1은 본 발명의 일실시예가 적용된 타이어 공기압 저하 검출장치의 구성을 보여주는 개략도 이다. 타이어 공기압 저하 검출장치는 사륜 차량에 설치된 네 개의 타이어(W1, W2, W3, W4)의 공기압이 떨어졌는지 아닌지를 검출한다. 타이어(W1, W2)는 각각 오른쪽 및 왼쪽 앞타이어고, 타이어(W3, W4)는 각각 오른쪽 및 왼쪽 뒷타이어다.
차륜속도센서(1)가 각각의 타이어(W1, W2, W3, W4)에 제공된다. 차륜속도센서(1)의 출력은 제어유니크(2)에 제공된다.
디스플레이(3)가 제어유니트(2)에 연결된다. 디스플레이(3)는 공기압 저하가 있는 타이어(W1, W2, W3, W4)를 보고하기 위한 것이고, LCD, 플라스마 표시장치, CRT 등으로 구성될 수 있다.
초기화스위치(4) 역시 제어유니트(2)에 연결된다. 초기화스위치(4)는 타이어(Wi) 사이의 초기차이 영향을 제거하기 위한 초기보정계수 Kj(j=1,2,3)를 계산할 때 사용자에 의해 작동된다. 초기차이는 타이어(Wi) 사이에 일어나는 생산 표준내의 유효 회전반경 변동을 의미한다.
도 2는 타이어 공기압 저하 검출장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도 이다. 제어유니트(2)는 I/O 인터페이스(2a), CPU(2b), ROM(2c), RAM(26), EEPROM(2e)를 포함하는 마이크로컴퓨터로 구성된다.
I/O 인터페이스(2a)는 차륜속도센서(1) 및 초기화스위치(4)와 같은 외부장치에 번호를 전달하는데 필요하다. CPU(2b)는 ROM(2c)에 저장된 제어연산프로그램에 따라 다양한 연산처리를 수행하기 위한 것이다. RAM(26)은 CPU(2b)가 제어연산을 수행할 때 데이터 등이 임시로 기록되고 기록된 데이터 등이 판독되는 것이다. EEPROM(2e)는 초기보정계수 Kj(j=1,2,3)를 저장하기 위한 것이다.
차륜속도센서(1)는 타이어(Ki)의 회전속도에 대응하는 펄스신호(이후 "차륜속도펄스"라 함)를 출력한다. CPU(2b)에서, 차륜속도센서(1)로부터 출력된 차륜속도펄스를 기초로 각각의 소정의 샘플링 주기 △ T(초)동안 각각의 타이어(Wi)의 회전주파수(Fi)가 계산된다.
도 3은 타이어 공기압 저하 검출장치에서 타이어의 공기압을 검출하기 위한 과정을 설명한 순서도이다. 제어유니트(2)는 ROM(2c)에 저장된 소정의 프로그램에 따라 작동하든 CPU(2b)에 의해 공기압 검출과정을 수행한다. 이하, FF 차량을 대상으로 한다고 가정한다.
이런 공기압저하 검출과정에서, 각각의 타이어(Wi)의 회전주파수(Fi)는 차륜속도센서(1)로부터 출력된 차륜속도펄스에 기초하여 먼저 연산된다(단계S1).
상술한 바와 같이, 타이어(Wi)는 초기차이를 가진 채 제작된다. 따라서, 모든 타이어(Wi)의 내부압력이 정상일 경우에도 각각의 타이어(Wi)의 유효 회전반경이 반드시 같을 필요는 없다. 그러므로, 계산된 타이어(Wi) 회전주파수(Fi)는 다양하다. 한편, 모든 타이어(Wi)의 내부압력이 정상일 경우 각각의 타이어(Wi)의 회전주파수(Fi)가 동일하다는 가정 하에 타이어(Wi)의 공기압이 떨어졌는지를 판정한다. 따라서, 초기차이의 영향은 계산된 회전주파수(Fi)로부터 배제되어야만 한다.
계산된 회전주파수(Fi)에서 초기차이의 영향을 배제하기 위해, 회전주파수(Fi)가 초기보정된다(단계S2). 구체적으로, 다음 식들(12-15)에 따른 보정이 이루어진다:
F11=F1‥‥‥‥(12)
F12=K1×F2‥‥‥‥(13)
F13=F3×F3‥‥‥‥(14)
F14=K2×K3×F4‥‥‥‥(15)
초기보정계수(K1)는 오른쪽 및 왼쪽 앞타이어(W1,W2) 사이의 초기차이에 따른 유효 회전반경의 차이를 보정하기 위한 계수이다. 초기보정계수(K2)는 오른쪽 및 왼쪽 뒤타이어(W3, W4) 사이의 초기차이에 따른 유효 회전반경의 차이를 보정하기 위한 계수이다. 초기보정계수(K3)는 앞타이어(W1) 및 뒤타이어(W3, W4) 사이의 초기차이에 따른 유효 회전반경의 차이를 보정하기 위한 계수이다.
초기보정계수(Kj)는 차량이 주행하기 시작하거나, 타이어(Wi)의 공기압이 보충되거나, 타이어(Wi)가 교체되는 경우에 계산되고, 제어유니트(2)의 EEPROM(2e)에 저장된다.
본 실시예의 하나의 특징은 초기보정계수를 구하는 방법에 있다. 구체적으로, 본 실시예에서는, 초기차이에 따른 타이어(Wi) 사이의 유효 회전반경의 차이만을 신뢰성 있게 표시하는 초기보정계수(Kj)가 연산된다. 자세한 것은 다음에 설명된다.
타이어(Wi)의 회전주파수(Fi) 사이의 변동 원인은 초기차이만이 아니다. 예를 들면, 차량이 코너를 돌아서 주행하고 있는 경우의 우측 및 좌측 구동타이어(W1, W2) 사이의 미끄럼계수(Rs)의 차이 역시 하나의 원인이 된다.
예를 들면, 차량이 코너를 돌 때, 횡방향 가속도(LA)가 코너의 바깥쪽을 향해 차량에 가해지므로, 차량 하중이 코너 바깥쪽므로 이동한다. 그 결과, 코너 안쪽의 타이어에 가해지는 하중은 비교적 감소되고, 코너 바깥의 타이어에 가해지는 하중은 비교적 증가한다. 따라서, 코너 안쪽의 타이어의 접촉면적은 감소되고, 코너 바깥의 타이어의 접촉면적은 비교적 증가한다.
엔진에 의해 생긴 구동력은 차동기어에 의해 코너 안팎의 타이어에 거의 동일하게 인가된다. 따라서, 구동타이어(W1, W2) 사이의 미끄럼계수(Rs)에 차이가 생긴다. 결과적으로, 모든 타이어(Wi)의 내부압력이 정상일 경우에도, 코너 안팎의 타이어의 회전주파수 사이에 차이가 생긴다.
공기압 저하의 검출로부터 미끄럼계수(Rs)의 영향을 배제하기 위해, 미끄럼계수(Rs)가 다음 식(16)으로 계산된다:
Figure kpo00006
미끄럼계수(Rs)는 싹각의 구동타이어(W1, W2)의 주변속도 및 차량속도(V) 사이의 편차로 표시된다. 한편, 종동타이어(W3, W4)는 거의 미끄러지지 않으므로, 종동타이어(W3, W4) 각각의 주변속도는 차량의 속도(V)와 같다고 할 수 있다. 기초요소로 사용된 종동타이어(W3, W4)의 회전주파수(F3, F4)에 대한 구동타이어(W1, W2)의 회전주파수(F11, F12)와 종동타이어(W3, W4)의 회전주파수(F3, F4) 사이의 차이의 비가 구해지면, 구동타이어(W1, W2)의 미끄럼 범위를 알 수 있다. 따라서, 미끄럼계수(Rs)를 다음 식(17)으로 표현할 수 있다. 식 (16)은 식 (17)을 변환하면 유도된다.
Figure kpo00007
식 (9)에서와 같이, 미끄컬계수(Rs)는 노면의 마찰계수(μ)에 반비례한다. 즉, 마찰계수(μ)가 높을수록 미끄럼계수(Rs)는 낮아지고, 마찰계수(μ)가 낮을수록 미끄럼계수(Rs)는 높아진다.
전술한 바와 같이, 식 (16)으로 나타낸 미끄럼계수(Rs)는 미끄럼계수의 고유정의에 따라 구해진다. 따라서, 미끄럼계수(Rs)는 노면의 마찰계수(μ)의 영향을 이미 포함하고 있다. 즉, 노면의 마찰계수(μ)가 증가되면, 방정식(17)의 분자가 감소되어, 미끄럼계수(Rs)가 작아진다. 반대로, 노면의 마찰계수(μ)가 감소되면, 방정식(17)의 분자가 증가되어, 미끄럼계수(Rs)가 커진다.
이렇게 식 (16)에서 미끄럼계수(Rs)를 구하면, 노면의 마찰계수(μ)와 관계 없이 정확한 미끄럼계수(Rs)를 구할 수 있다.
계산된 미끄럼계수(Rs)는 일단 RAM(26)에 저장된다. 미끄럼계수(Rs)는 공기압 저하를 검출하는데 필요한 판정치(D)의 보정에 이용된다.
전술한 바와 같이, 식 (16)으로 표현된 미끄럼계수(Rs)는 차량이 FF 차량이란 가정 하에 계산된다. 때상 차량이 FR 차량이면, 미끄럼계수(Rs)는 다음 식 (18)으로 계산된다:
Figure kpo00008
차량이 코너링할 경우 회전중심으로부터 코너 안팎의 타이어들 사이의 거리차 역시 타이어(Wi)의 회전주파수(Fi) 변동의 한 원인이다. 또, 차량의 하중의 이동도 회전주파수(Fi) 변동의 한 원인이다.
예컨대, 차량이 반시계 방향으로 회전하면, 코너 안쪽의 타이어(W1, W3)의 회전 반경은 비교적 작고 코너 바깥쪽의 타이어(W2, W4)의 회전반경은 비교적 크다. 따라서, 코너 안쪽의 타이어(W1, W3)의 회전주파수(F1, F3)는 낮고, 코너 바깥쪽의 타이어(W2, W4)의 회전주파수(F2, F4)는 높다. 결과적으로, 오른쪽 및 왼쪽 타이어의 회전주파수 사이에 필히 차이가 생긴다.
또, 차량이 반시계 방향으로 회전할 때, 횡방향 가속도(LA)가 차량의 무게중심(O)에 가해진다(도 4 참조). 횡방향 가속도(LA)는 회전반경(R)에 반비례하고, 차량속도(V)의 제곱에 비례하며, 코너 바깥쪽(차량의 바깥쪽)을 향한다. 그 결과, 횡방향 가속도(LA)에 비례하여 차량의 일부하중이 코너 안쪽으로부터 코너 바깥쪽을 향해 움직인다 따라서, 종동타이어(W3, W4)의 유효 회전반경이 다음 식 (19,20)으로 표시된 만큼 변한다.
(1+P ×LA) ‥‥‥‥(19)
(1-P ×LA) ‥‥‥‥(20)
여기서, p는 차량의 하중에 비례하는 계수이다. 차량의 하중이 일정하면 이 계수(P)도 일정하다고 할 수 있다.
타이어(Wi)의 유효 회전반경이 차량의 하중이동에 의해 변하므로, 우측 및 좌측 타이어의 회전주파수 사이에도 변동이 생긴다.
도 3과 같이, 차량의 하중이동에 의해 생긴 변동이 배제된 회전반경(R)이 계산된다(단계S4). 커욱 구체적으로, 종동타이어(W3, W4)의 속도(V13, V14)는 초기보정후의 회전주파수(F13, F14)를 기초로 다음 식 (21,22)으로 계산된다. 다음 식(21,22)에서, r은 직선주행시의 유효 회전반경에 대응하는 상수이고, ROM(2c)에 저장된다.
V13=2πr ×F13‥‥‥‥(21)
V14=2πr ×F14‥‥‥‥(22)
차량의 회전반경(R')은 종동타이어(W3, W4)의 계산속도(V13, V14)에 기초하여 다음 식 (23)으로 계산된다. 다음 식 (23)에서, TW는 트레드(tread) 간격으로서 오른쪽 및 왼쪽 차륜 타이의 거리이다:
Figure kpo00009
계산된 차량 회전반경(R')은 보정 후의 회전반경(R)을 구하기 위해 다음 식(24)으로 주어진 것으로써, 회전주파수에 미치는 차량의 하중이동의 영향을 제거하는 등으로 보정된 것이다. 다음 방정식(24)에서, ul및 u2는 ROM(2c)에 미리 저장된 상수이다:
R=R' ×(u1+u2(V13+v14)2] ‥‥‥‥(24)
다음 칼은 u1및 u2로써 적합하다:
Figure kpo00010
Q ‥‥‥‥ 차량의 하중
H ‥‥‥ 타이어 접지면에서 차량 무게중심까지의 높이
a ‥‥‥ 하중에 대한 유효 회전반경의 변동율
단계(S2)에서 얻어진 회전주파수(F1i)는 차량의 구해진 회전반경(R)에 기초하여 회전 중심으로부터의 타이어(Wi) 거리 차이로 인한 변동을 배제하도록 보정된다. 구체적으로, 보정 후의 회전주파수(F21- F24)는 다음 식 (25-28)으로 구해진다:
Figure kpo00011
따라서, 회전 중심선으로부터 코너 안쪽의 타이어(Wi) 및 코너 바깥쪽의 타이어 사이의 거리차로 인한 변동(이하, "내외륜차"라 함)이 배제된 회전주파수(F2i)가 필요하다.
식 (25-28)에서, WB는 차량의 차륜 바닥을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 식 (25-28)에서의 보정은 FF차량을 대상으로 행해진다. FR 차량이라면, 회전반경(R)을 계산하는데 필요한 보정 전의 회전반경(R')은 종동 타이어인 앞타이어(W1, W2)의 속도(V11, V12)를 기초로 구해지고, 그 뒤 다음 식(29-32)이 적용된다.
Figure kpo00012
회전주파수(Fi)는 차량의 회전반경(R), 차량의 속도(V), 차량의 횡방향 가속도(LA), 각 타이어(Wi)의 전방/후방 가속도(FRAi)에 따른 오차를 포함할 수도 있다.
구체적으로, 회전반경(R)이 비교적 작으면, 타이어(Wi)가 옆으로 미끄러져, 계산된 회전주파수(Fi)가 오차를 가질 가능성이 높다. 차량의 속도(V)가 현저히 낮으면, 차륜속도센서(1)의 검출 정밀도가 현저히 저하되고, 계산된 회전주파수(Fi)가 오차를 포함할 가능성이 높다.
또, 차량의 횡방향 가속도(LA)가 비교저 높으면, 타이어(Wi)가 옆으로 미끄러져, 계산된 회전주파수(Fi)가 오차를 가질 가능성이 높다. 또, 각 타이어(Wi)의 전방/후방 가속도(FRAi)가 비교적 크면, 차량의 급가속/급감속이나 풋브레이크로 인한 타이어(Wi)의 미끄러짐으로 인해, 계산된 회전주파수(Fi)가 오차를 가질 가능성이 높다.
회전주파수(Fi)가 오차를 가질 가능성이 높으면, 이 회전주파수(Fi)를 공기압 저하 검출에 이용하지 않는 것이 바람직하다.
다음, 차량의 속도(V), 차량의 횡방향 가속도(LA), 및 타이어(Wi) 각각의 전방/후방 가속도(FRAi)를 계산한다(단계S6). 더욱 구체적으로, 차량의 속도(V)는 각각의 타이어(Wi)의 속도(V2i)를 기초로 계산된다. 각각의 타이어(Wi)는 속도(V2i)는 다음 식(33)으로 계산된다:
V2i=2πr×F2i‥‥‥‥(33)
차량의 속도(V)는 각각의 타이어(Wi)의 계산속도(V2i)를 기초로 다음 식(34)에서 계산된다.
V=(V21+V22+V23+V24)/4 ‥‥‥‥(34)
한편, 차량의 횡방향 가속도(LA)는 차량의 계산속도(v)를 이용한 다음 식 (35)에서 계산된다.
LA=V2/(R ×9.8) ‥‥‥‥(35)
또, 각각의 타이어(Wi)의 전방/후방 가속도(FRAi)는 다음 식 (36)으로 계산되는바, BV2i는 그 전의 샘플링 주기(△ T)에서 계산된 타이어(Wi)의 속도이다:
FRAi=(V2i-BV2i)/(△ t ×9.8) ‥‥‥(36)
9.8은 횡방향 가속도 및 전방/후방 가속도(FRAi)를 G(중력가속도) 단위로 변환하기 위해 식 (35-36)의 분모에 삽입된다.
또, 차량의 속도(V), 차량의 횡방향 가속도(LA), 및 각 타이어(Wi)의 전방/후방 가속도(FRAi)는 센서를 이용해 직접 검출될 수도 있다.
현재 샘플링 시점에서 계산된 회전주파수(Fi)가 회전반경(R), 차량의 속도(V), 각각의 타이어(Wi)의 전방/후방 가속도(FBEAi), 및 차량의 횡방향 가속도(LA)를 기초로 거부되는지의 여부가 판단된다(단계S7). 구체적으로 다음 네 가지 상태(1-4)중 하나를 만족할 때, 회전주파수(Fi)가 거부된다:
Figure kpo00013
회전주파수(Fi)가 단계 S7에서의 판단 결과 거부되지 않으면, 단계 S5에서 구해진 회전주파수(Fi)를 기초로 다음 식(37)에서 판정치(D)를 계산한다(단계S8):
Figure kpo00014
단계 S6에서 차량의 속도(V), 차량의 횡방향 가속도(LA) 및 각 타이어(Wi)의 전방/후방 가속도(FRAi)를 계산할 때, 초기차이 및 내외륜차에 대응해 보정된 회전주파수(Fi)가 이용된다. 한편, 타이어(Wi)의 회전주파수(Fi)는 초기편차 및 내외륜차뿐 아니라 차량에 가해진 횡방향 가속도(LA)와 미끄럼계수(Rs)에 따라서도 변한다.
따라서, 차량에 가해진 횡방향 가속도(LA) 및 미끄럼계수(Rs)를 포함한 변수는 단계 S8에서 구해진 판정치(D)에 영향을 미친다.
다음, 변수의 영향을 제거하도록 판정치(D)를 보정한다(단계S9). 구체적으로, 보정값(C)은 다음 식 (38)으로 구해진다. 이 보정값(C)은 다음 식 (39)과 같이 판정치에서 감산된다. 따라서, 변수의 영향이 배제된 새로운 판정치(D')가 구해진다.
C=A1×LA+A2×LA×Rs ‥‥‥‥(38)
D'=D-C ‥‥‥‥(39)
식 (38)에서, A1및 A2는 ROM(2c)페 미리 저장된 계수이다. 계수(A1, A2)는 각각의 타이어(Wi)의 내부압력이 정상이라는 것을 알고 있을 때의 시험주행에서 구해진다.
판정치(D')가 변수의 영향이 배제된 값이어야 하는 이유에 대해 설명한다.
코너링시, 횡방향 가속도(LA)는 코너의 바깥쪽을 향해 차량에 가해진다. 따라서, 횡방향 가속도에 비례하는 하중이동이 차량에 탈생한다. 결과적으로, 각 타이어(W1)에 가해지는 하중이 변한다. 한편, 차량의 앞차축무게 및 뒤차축무게는 일반적으로 서로 차이가 있다. 따라서, 코니링시의 앞타이어(W1, W2)의 하중 이동량 및 뒤타이어(W3, W4)의 하중 이동량이 서로 다르다. 결과적으로, 코너링시의 각각의 앞타이어(W1, W2)의 유효 회전반경의 변동량과 각각의 뒤타이어(W3, W4)의 유효 회전반경의 변동량이 서로 달라, 판정치(D)가 변한다.
유효 회전반경의 변동량은 횡방향 가속도에 비례한다. 따라서, 판정치(D)의 변동량 역시 횡방향 가속도(LA)에 비례한다. 그러므로, 횡방향 가속도(LA)에 비례적으로 판정치의 변화량을 보정할 수 있다.
각 구동타이어(W1)의 하중이 변화하면, 접지면적 역시 변한다. 따라서, 코너 안쪽의 구동타이어의 미끄럼계수 및 코너 바깥쪽의 구동타이어의 미끄럼계수는 서로 다르다. 결과적으로, 코너 안쪽의 구동타이어(Wi)의 회전주파수(Fi)와 코너 바깥쪽의 구동타이어(Wi)의 회전주파수(Fi) 사이에 차이가 발생하여, 판정치(D)가 변한다.
미끄럼계수(Rs)는 오른쪽 및 왼쪽 구동타이어(Wi) 미끄럼계수의 평균이다. 코너 안쪽의 구동타이어(Wi)의 미끄럼계수와 코너 바깥쪽의 구동타이어(Wi)의 미끄럼계수 사이의 차이는 코너링시의 하중 이동량에 비례한다. 하중 이동량은 횡방향 가속도(LA)에 비례한다. 따라서, 판정치(D)의 떤동량은 좌우 타이머(Wi)의 평균 미끄럼계수(Rs)와, 좌우 구동타이어(Wi) 사이의 미끄럼계수(Rs) 차이를 나타내는 횡방향 가속도(LA)의 곱에 비례한다. 따라서, 판정치(D)의 변동량은 횡방향 가속도(LA)와 미끄럼계수(Rs)의 곱의 비례 표현으로 보정될 수 있다.
전술한 두 가지 변수의 합이 주행중의 판정치(D)의 변동량이므로, 횡방향 가속도(LA) 및 이 가속도(LA)와 미끄럼계수(Rs)의 비례표현의 합에 의해 판정치(D)의 변동량을 제거할 수 있다.
또, 보정값(C)은 차량의 앞차축과 뒤차축의 무게가로 인한 판정치(D)의 변동을 고련하여 구해진다. 따라서, 앞차축파 뒤차축 사이의 상대적인 무게차를 판정치(D) 보정에 반영할 수 있다. 바꾸어 말하면, 앞차축과 뒤차축 사이의 상대적 무게차로 인한 전륜(Wi)의 유효반경의 변동량과 후륜(Wi)의 유효반경의 변동량 사이의 차이를 고려한 보정이 가능하다. 그러므로, 타이어의 공기압 저하를 아주 정밀하게 검출할 수 있다.
계수(A1, A2)를 구하는 방법에 대해 자세히 설명한다.
(1) 계수(A1)를 구하는 방법
시험주행시에, 차량이 코너링 하게 한다. 구체적으로, 변속기어를 중립에 놓은 상태에서 코너링 한다. 이 때, 구동타이어(W1, W2)는 관성 회전한다. 즉, 미끄럼계수는 약 0이다. 그 결과, 식 (38) 우변의 두 번째 항은 0으로 된다. 따라서, 시험주행중에 구해진 판정치(D)는 식 (38, 39)로부터 다음 식(40)으로 표시된다.
D=D'+C=D'+A1×LA ‥‥‥(40)
즉, 판정치(D)는 차량에 가해진 횡방향 가속도(LA)의 선형 표현으로 표시된다.
그러므로, 시험주행중에 구해진 횡방향 가속도(LA)와 판정치(D) 사이의 관계는 선형적이다. 구체적으로, 수평축 및 수직축에 횡방향 가속도(LA)와 판정치(D)를 각각 점으로 찍은 그래프를 도 5에 표시하였다. 이 그래프에 최소 제곱법을 적용하여, 다음 식 (41)을 구한다.
D=α×LA+β ‥‥‥‥(41)
식(41)에서 α는 A1에 대응한다.
(2) 계수(A2)를 구하는 방법
시험주형시 구동토크를 가하면서 차량을 주행시킨다. 도 6에 도시된 그래프는 이 때 구해진 횡방향 가속도(LA), 판정치(D) 및 미끄럼계수(Rs)를 이용해 구해진다. 이 그래프에 최소제곱법을 적용하여, 다음 식 (42)를 얻었다.
D-A1×LA=γ×LA ×Rs+δ ‥‥‥(42)
방정식(42)에서, γ는 A2에 대응한다.
계수(A1, A2)는 차량의 실제 주힝에 의해 구해진다. 따라서, 타이어(Wi)의 실제 상태가 계수(A1, A2)에 충실히 반영될 수 있다.
도 3으로 다시 돌아가서, 단계 S9에서 구한 보정 후의 판정치(D)를 기초로 공기압이 저하된 타이어(Wi)가 있는지 없는지를 판단한다(단계 S10). 구체적으로, 판정치(D')가 다음 식 (43)을 만족하는 지의 여부를 판단한다. 식 (43)에서, DTH1=DTH2=0.1 :
D'< -DTH1또는 D'>DTH2‥‥‥‥(43)
결과적으로, 판정치(D')가 식 (43)을 만족하면, 타이어(Wi) 일부의 공기압이 저하되었다고 판단한다. 한편, 판정치(D')가 식(43)을 만족하지 못하면, 공기압 저하가 있는 타이어(Wi)는 없다고 판단된다.
차량이 주행할 때, 이렇게 타이어(Wi)의 공기압이 떨어지는지의 여부가 판단된다. 한편, 운전사는 단순히 공기압이 저하된 타이어(Wi)가 있다고 보고하기보다 어느 타이어의 공기압이 저하되었는지를 보고하는 것이 더 쉽다. 그러므로, 공기압 저하가 있는 타이어(Wi)가 특정된다.
식 (40)으로 구한 판정치(D')을 이용하여 다음 사항이 특정된다.
D'>0일 때, 감압타이어는 W1또는 W4이다.
D'<0일 때, 감압타이어는 W2또는 W3이다. 또, 차량이 직선주행상태일 경우에는, 다음 사항을 알 수 있다.
F21>F22일 때, 감압타이어는 W1이다.
F21<F22일 때, 감압타이어는 W2이다.
F23>F24일 때, 감압타이어는 W3이다.
F23<F24일 때, 감압타이어는 W4이다.
공기압 저하가 있는 타이어가 특정되면, 그 결과가 디스플레이(3)에 출력되어 표시된다. 디스플레이(3)는 예를들면, 도2에 나차낸 것과 같이 네 개의 타이어(W1, W2, W3, W4) 각각에 대응하는 표시등을 포함한다. 어느 타이어의 공기압이 떨어졌다고 판단되면, 그 감압타이어에 대응하는 표시등이 켜진다.
도 7은 초기보정계수(Kj)를 찾기 위한 과정을 설명하는 순서도이다. 초기보정계수(Kj)를 연산하는 과정은 제어유니트(2)에 의해 수행된다.
운전사는 차량이 초기보정계수(Kj)를 구하도록 직선 주행한다고 확신한 뒤에 초기화스위치(4)를 작동시킨다.
차량 변속기어가 중립일 경우에 외력이 없는 타성주행(coasting)이 이루어진다. 이 경우에, 엔진에서 생긴 구동력이 전달되는 구동타이어에는 구동토크 및 제동토크가 작용하지 않는다. 초기화스위치(4)는 이 상태에서 작동된다.
각 타이어(Wi)의 주행방향, 변속기어 세트 상태, 및 풋브레이크의 작동 여부를 검출할 수 있는 수단을 설치하여, 소정 조건을 만족할 때만 초기화스위치(4)를 작동시킬 수도 있다. 다음은 소정의 조건들이다. 타이어(Wi)는 차량 주행 방향에 거의 평행하고, 변속기어는 중립에 있으며, 풋브레이크는 작동되지 않아, 차량이 직선으로 타주(관성주행)하고 있다. 이러한 구성에 따라서, 차량이 직선으로 타주하지 않을 때는, 초기보정계수(Ki)의 연산이 실행되는 것을 방지할 수 있다.
제어유니트(2)는 초기화스위치(4)의 작동 여부를 판단한다(단계T1). 초기화 스위치(4)가 작동된다고 판단되면, 초기보정계수(Ki)가 먼저 소거된다(단계T2). 그뒤, 1=n이 될 때까지 후속 단계(T4-T7)가 반복 수행된다(단계 T3-78).
구체적으로, 차륜속도센서(1)에서 출력된 차륜속도펄스가 입력되고, 각 타이어(Wi)의 회전주파수(Fi)가 입력된 차륜속도펄스를 기초로 계산된다(단계T4). 그뒤, 계산된 회전주파수(Fi)는 RAM(26)에 F(I, i)로써 저장된다(단계T5). I는 "1"씩 증가된다(단계T6). 이어서, 오른쪽 및 왼쪽 앞 타이어(W1, W2)의 회전주파수의 비율(FF)과 오른쪽 및 왼쪽 뒤타이어(W3, W4)의 회전주파수의 비율(FR)이 계산되고, 계산된 비율(FF, FR)은 각각 누진적으로 합산된다(단계T7). 구체적으로, 회전주파수의 비율(FF, FR)은 그 전의 덧셈 결과(FFA, FRA)에 합산되어 새로운 덧셈 결과(FFA, FRA)로 구해진다.
회전주파수의 비율(FF, FR)은 다음 식 (44, 45)에 따라서 계산된다:
FF=F1/F2‥‥‥(44)
FR=F3/F4‥‥‥(45)
그 결과, n개의 회전주파수 비율(FF, FR)의 합산 결과(FFA, FRA)가 얻어진다. 합산 결과(FFA, FRA) 각각의 평균 값은 다음 식 (46,47)으로 계산된다(단계T9). 계산된 평균값을 각각 초기보정계수(K1, K2)로 취한다.
K1=FFA/n ‥‥‥‥(46)
K2=FRA/n ‥‥‥‥(47)
초기보정계수가(K1, K2)가 계산되면, 초기보정계수(K3)가 구해진다. 구체적으로, 단계 T11-T13 과정은 I=n일 때까지 반복적으로 수행된다(단계 T10-T14).
구체적으로, 차량의 속도 V(I)는 상술한 것과 같이 단계(T5)에서 RAM(2d)에 저장된 각각의 타이어(Wi)의 회전주파수 F(I, i) 및 초기보정계수(K1, K2)를 기초로 다음 식 (48)에서 계산된다(단계 T11). 따라서, 각각의 샘플링시의 차량의 속도 V(I)가 계산된다:
Figure kpo00015
각각의 샘플링 시점의 전륜 및 후륜의 회전주파수의 비율 FFR(I)은 단계 T5에서 RAM(26)에 저장된 각각 타이어의 회전주파수 F(I, i) 및 초기보정계수(K1, K2)를 기초로 다음 식 (49)에서 구해진다(단계T12):
Figure kpo00016
그 뒤, I는 "1"씩 증가된다(단계 T13).
그 결과, 차량의 속도 V(I)와 회전주파수의 비율 FFR(I) 사이의 n개의 쌍이 얻어진다. 이들 쌍을 도 8에 그래프로 표시한다.
도 8에서 알 수 있듯이, 회전주파수의 비율 FFR(I)은 일정치 않고 차량의 속도 V(I)에 따라 변한다. 이는 구동 타이어가 조금 미끄러짐을 의미한다. 구체적으로, 차량이 직선으로 타주할 때에도, 미끄럼계수(Rs)는 회전주파수 F(I, i)에 영향을 준다.
한편, 차량의 속도 V(I)가 0일 때는 구동타이어가 미끄러지지 않는다. 즉, 미끄럼계수(Rs)가 0이다. 따라서, V(I)=0에 대응하는 회전주파수의 비율 FFR(I)은 미끄럼계수(Rs)의 영향을 거의 받지 않는다.
그러므로, V(I)=0에서의 회전주파수의 비율 FFR(I)의 소정의 멀티 회귀기술을 기술을 이용한다고 가정한다. 가정한 회전주파수의 비율 FFR(I)을 초기보정계수(K3)로 취하여 EEPROM(2e)에 저장한다(단계 T16).
전술한 바와 같이, 초기보정계수(Kj)는 미끄럼계수가 회전주파수(Fi)에 영향을 미치지 않을 때의 직선 타주 주행시에 구해진다. 따라서, 노면 상태에 무관하게 타이어(Wi)의 유효 회전반경의 상대적 차이만을 충실히 표시하는 값으로서 초기보정계수(Kj)를 구할 수 있다. 그러므로, 초기보정계수(Kj)를 이용해 보정된 회전주파수(F1i)는 초기차이가 아주 정밀하게 제거된 값일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시예에서, 초기보정계수(K3)를 멀티 회귀기술을 이용해 구했지만, 전륜과 후륜의 회전주파수의 평균 비율을 구해서 얻을 수도 있다. 구체적으로, 도 7의 단계 T10-715의 과정을 도 9의 단계 U1-U5의 과정으로 대체할 수도 있다.
도 9에서, 단계 U2-U3는 I =n일 때까지 반복적으로 수행된다. 앞뒤 타이어의 회전주파수의 비율 FFR(I)을 식(49)에 의해 먼저 구한다. 회전주파수의 비율 FFR(I)을 누진적으로 합산한다(단계U2). 구체적으로, 회전주파수의 비율 FFR(I)을 그 전의 합산결과(FFRA)에 더하여 새로운 합산결과(FFRA)를 구한다. 그 뒤, I가 "1"씩 증가된다(단계 U3).
그 결과, n개의 회전주파수 비율 FFR(I)의 합산결과(FFRA)가 얻어진다. 이 합산결과(FFRA)의 평균 값은 다음 식 (50)에서 계산된다(단계 U5). 계산된 평균값을 초기보정 계수(K3)로 취한다.
K3=FFRA/n ‥‥‥‥(50)
이러한 구성에 따르면, 초기보정계수(K3)를 멀티 회귀기술에 비해 더욱 간단히 구할 수 있다. 그러므로, 초기보정계수(Kj)의 총 연산시간을 단축할 수 있다.
상기 실시예에서는 타이어의 형태를 참고하지는 않았지만, 판정치(D)의 변동량(△ D)은 타이어(Wi)의 형태에 따라 다르다. 구체적으로, 식(9)으로 표현한 바와 같이, 타이어(Wi)에 가해진 구동/제동토크(T)와 노면 마찰계수(μ)가 각각 같을 경우에도 전단탄성율(Cx)이 다르면, 미끄럼계수(Rs)도 다르다. 또, 하중 이동에 대한 각 타이어(Wi)의 유효 회전반경의 변동량도 타이어(Wi)의 형태에 따라 다르다. 따라서, 여러 형태의 타이어를 고려하여 결정된 보정값(C)을 사용하여 판정치(D)를 보정하는 것이 바람직하다.
그러므로, 계수(A1, A2)는 여러 타입의 타이어가 설치될 수 있다는 사실을 고려하여 구해질 수도 있다. 구체적으로, 동일 차량에 네 개의 같은 타입의 타이어(Wi)를 설치한 상태에서 계수(A1, A2)를 전술한 방법으로 구해진다. 마찬가지로, 다른 타입의 4개의 타이어를 차량에 장착한 상태에서 계수(A1, A2)를 구한다. 각 타입의 타이어(Wi)에서 구해진 계수(A1, A2)의 평균을 구한다. 구해진 계수(A1, A2)의 평균값을 보정값(C) 계산에 이용한다.
타이어(Wi)의 타입은 대개 동절기용 스터드레스 타이어 및 하절기용 일반 타이어로 구분될 수 있다. 각각의 스터드레스 타이어 및 하절기용 타이어에 대한 계수(A1, A2)를 구하고, 그 평균값을 보정값(C) 계산에 이용한다. 따라서, 어떤 타이어(Wi)에도 균등하게 유효한 보정값(C)을 구할 수 있다. 그러므로, 차량에 설치된 타이어(Wi)의 타입에 관계없이 아주 정밀하게 공기압 저하를 검출할 수 있다.
또, 판정치(D)의 변동량(△ D)은 타이어(Wi)의 타입 뿐 아니라 차량의 무게에 따라 변한다. 구체적으로, 판정치(D) 변동량(△ D)은 차량내 사람들의 체중이나 살아있는 하물 등의 하중 조건에 따라 변한다. 따라서, 차량의 총 무게가 변할 수 있다는 것을 고려한 보정값(C)을 이용해 판정치(D)를 보정하는 것이 바람직하다.
그러므로, 계수(A1, A2)는 차량의 총 무게가 다를 수 있다는 사실을 고려하여 구할 수 있다. 구체적으로, 계수(A1, A2)는 차량내 사람들의 체중이나 살아있는 하물 등의 하중조건을 서로 다른 여러 패턴으로 변화시키면서 구한다. 구해진 계수(A1, A2)의 평균을 구하고, 이 평균값을 보정값(C) 계산에 이용한다. 따라서, 어떤 하중조건에서도 균등하게 유효한 보정값(C)을 얻을 수 있다. 그러므로, 어떤 하중조건에서도 높은 정밀도로 공기압 저하를 검출할 수 있다.
또, 상기 실시예에서는 초기보정계수(Kj)가 타이어 공기압 저하 검출장치용으로 이용되는 경우에 대해 설명했지만, 타이어(Wi)의 회전주파수(Fi)를 이용하는 다른 시스템, 예컨대 ABS(Antilock brake system)이나 자동차 내비게이션 시스템 등에도 초기보정계수(Kj)를 이용할 수도 있다.
상기 실시예에서는 미끄럼계수(Rs)가 타이어 공기압 저하 검출장치용으로 사용되는 겅우에 대해 설명했지만, 이 미끄럼계수를 ABS 등에도 적용할 수 있다.
또, 특허청구범위에 설명된 기술적 범위내에서 다양한 설계변경을 할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초기보정계수 연산장치, 미끄럼계수계산장치, 타이어 공기압 저하 검출장치는 차량에 설치된 어떤 타이어의 공기압이 떨어지는지를 정확하게 검출하는데 적합하다.

Claims (7)

  1. 차량에 장착된 타이어의 공기압 저하를 검출하기 위한 방법에 있어서:
    차량에 장착된 타이어의 회전주파수를 검출하는 회전주파수 검출수단(1)을 설치하는 단계;
    차량이 직선을 타주할 때의 상기 회전주파수 검출수단(1)의 출력을 검출하는 단계;
    상기 검출된 회전주파수 검출수단(1)의 출력에 기초하여, 타이어의 초기 차이에 의한 유효 회전반경의 상대적인 차이가 회전주파수에 미치는 영향을 배제하기 위한 초기보정계수를 구하는 단계,
    이렇게 구해진 초기보정계수를 이용해 상기 회전주파수 검출수단(1)의 출력을 보정하는 단계,
    보정된 구동타이어 및 종동타이어의 회전주파수에 기초하여, 구동타이어의 미끄럼계수를 계산하는 단계;
    상기 보정된 타이어의 회전주파수에 기초하여 차량에 작용하는 횡방향 가속도를 구하는 단계;
    상기 보정된 타이어의 회전주파수를 소정의 연산식에 대입하여 판정치를 구하는 단계;
    상기 계산된 미끄럼계수 및 상기 구해진 횡방향 가속도에 기초하여 상기 판정치를 보정하는 단계;
    상기 보정된 판정치에 기초하여 타이어의 공기압저하 검출처리를 실행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 공기압 저하 검출방법.
  2. 제1항이 있어서, 상기 판정치 보정단계는 앞차축과 뒤차축의 무게차를 고려해 정해진 소정의 연산식에 기초하여 구해진 판정치 변동량을 상기 구해진 판정치에서 감산하여 판정치를 보정하는 것을 특징으로 하는 타이어 공기압 저하 검출방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 소정의 연산식은 제1 계수 A1과 횡방향 가속도의 곱, 및 제2 계수 A2와 횡방향 가속도와 미끄럼계수의 곱의 합으로 판정치 변동량을 나타내는 것을 특징으로 하는 타이어 공기압 저하 검출방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제 1 계수 A1은,
    (a) 타이어의 내부압력이 정상이라고 판명된 상태에서 차량을 타성으로 코너링 주행시킬 경우의 상기 판정치 및 횡방향 가속도를 샘플링하고,
    (b) 샘플링된 판정치와 횡방향 가속도의 관계를 직선에 가깝게 하였을 때의 기울기를 구함으로써 설정되는 것을 특징으로 하는 타이어 공기압 저하 검출방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제2 계수 A2는,
    (a) 타이어의 내부압력이 정상이라고 판명된 상태에서 타이어에 구동토크를 가하면서 차량을 코너링 주행시킬 경우의 상기 판정치, 횡방향 가속도 및 미끄럼계수를 샘플링하고,
    (b) 샘플링된 판정치에서 상기 제 1 계수 A1과 횡방향 가속도의 곱을 감산한 값과, 횡방향 가속도와 미끄럼계수의 곱의 관계를 직선에 가깝게 했을 때의 기울기를 구하여 설정되는 것을 특징으로 하는 공기압 저하 검출방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제 1 계수 A1은 여러 종류의 타이어에 대응하는 여러개의 제 1 계수를 구한 뒤 그 평균값을 구함으로써 설정되는 계수이고, 상기 제 2 계수 A2는 여러 종류의 타이어에 대응하는 여러 개의 제 2 계수를 구한 뒤 그 평균값을 구함으로써 설정되는 계수인 것을 특징으로 하는 공기압 저하 검출방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제 1 계수 A1은 여러 종류의 적재조건에 대응하는 제 1 계수를 구한 뒤 그 평균치를 구함으로써 설정된 계수이고, 상기 제 2 계수 A2는 여러 종류의 적재조건에 대응하는 제 2 계수를 구한 뒤 그 평균값을 구함으로써 설정된 계수인 것을 특징으로 하는 공기탑 저하 검출방법.
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