KR100361012B1 - Running situation checking instrument for tire - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주행중인 타이어의 상태를 운전자가 용이하게 감지식별할 수 있게 함으로써 보다 안정된 운전을 할 수 있게 하는 타이어의 주행상태를 탐지하는 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a measuring device for detecting a driving state of a tire that enables a driver to easily detect and identify a state of a running tire to enable a more stable driving.
종래 휠의 스티어링각을 측정하기 위한 기술로써, 앤코더가 내장된 스트어링 미터를 장착하여 핸들의 회전각을 측정하고, 이를 스티어링 비(steering ratio)로 나누어 계산 하였다.As a technique for measuring a steering angle of a conventional wheel, a steering angle with an encoder is mounted to measure a rotation angle of a steering wheel, and the steering angle is calculated by dividing it by a steering ratio.
하지만 핸들에서 휠까지 전달되는 부위에는 스티어링 콤플리언스로 인해 휠의 회전 없이도 핸들이 좌우로 회전하게 되며, 특히 타이어가 울퉁불퉁한 노면 주행시 핸들과 무관하게 휠이 회전하는 량에 대한 측정이 어렵운 문제점이 있었던 바, 본 발명은 타이어가 장착된 휠의 내측에 센서가 감지할 수 있는 소재를 부착하고, 차체의 하단부에 센서를 부착하여 거리를 측정하여 휠의 스티어링각, 캠버각, 수직 운동과 같은 타이어/휠의 주행 상태를 탐지하고 이를 디스플레이시킬 수 있게 구성함으로써, 주행중인 차량에서 타이어가 장착된 휠의 거동을 분석하므로써 타이어의 주행상태를 알 수 있다. 측정된 결과를 차량 내부에 설치한 모니터에 display하여 운전자가 항상 타이어의 주행 상태를 관찰하므로써 타이어 펑크 또는 공기압 저하 등과 같은 사고를 미리 예방할 수 있는 효과가 있는 것임.However, due to steering compliance, the steering wheel rotates left and right due to steering compliance, and it is difficult to measure the amount of wheel rotation regardless of the steering wheel, especially when the tire is bumpy. According to the present invention, a tire such as a steering angle, a camber angle, a vertical movement of the wheel is attached by attaching a material that can be detected by the sensor to the inside of the wheel on which the tire is mounted, and attaching the sensor to the lower end of the vehicle body to measure the distance. By detecting and displaying the driving state of the wheel, the driving state of the tire can be known by analyzing the behavior of the wheel on which the tire is mounted. By displaying the measured result on the monitor installed inside the vehicle, the driver always observes the driving condition of the tire, thus preventing accidents such as tire puncture or air pressure drop in advance.
Description
본 발명은 타이어의 주행상태를 탐지하는 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주행중인 타이어의 상태를 운전자가 용이하게 감지식별할 수 있게 함으로써 보다 안정된 운전을 할 수 있게 하는 타이어의 주행상태를 탐지하는 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a measuring device for detecting a driving state of a tire, and more particularly, to detect a driving state of a tire that enables a driver to easily detect a state of a tire that is being driven, thereby enabling more stable driving. It relates to a measuring device.
일반적으로 주행중인 타이어, 휠의 상태를 나타내는 인자는 휠의 스티어링각, 캠버각, 휠의 상하진동 등이 있다.In general, the factors indicative of the state of the tire and the wheel being driven include the steering angle of the wheel, the camber angle, and the vertical vibration of the wheel.
여기서 휠의 스티어링각과 캠버각은 차량의 조정 안정성 분석에 있어 매우 중요한 정보를 제공해 주는 것이다.Here, the steering angle and the camber angle of the wheel provide very important information in analyzing the steering stability of the vehicle.
휠의 스트어링각은 차량의 핸드링 방향과 타이어가 장착된 휠의 주행방향과의 차이이며, 캠버각은 휠이 지면에 대해서 수직으로 얼마 만큼 기울어져 있는가를 나타내는 것이다.The steering angle of the wheel is the difference between the steering direction of the vehicle and the driving direction of the wheel on which the tire is mounted, and the camber angle indicates how much the wheel is inclined perpendicularly to the ground.
휠의 스트어링각과 캠버각의 변화는 타이어의 구동, 제동력, 코너링포스, 셀프얼라이먼트 등에 상당히 많은 영향을 미치므로 직접적으로 차량의 조종 안정성능에 연관된다고 할 수 있다.The change in the steering angle and the camber angle of the wheel has a great influence on the driving, braking force, cornering force and self-alignment of the tire, which is directly related to the steering stability of the vehicle.
따라서 이와 같은 횔의 스티어링각과 캠버각을 정확하게 측정하는 것은 차량의 성능 해석 뿐만 아니라 타이어 고성능 개발에 있어 매우 중요한 정보로 이용될 수 있다.Therefore, precisely measuring the steering angle and camber angle of the wheel can be used as important information for tire performance development as well as vehicle performance analysis.
종래 휠의 스티어링각을 측정하기 위한 기술로써, 앤코더가 내장된 스트어링 미터를 장착하여 핸들의 회전각을 측정하고, 이를 스티어링 비(steering ratio)로 나누어 계산 하였다.As a technique for measuring a steering angle of a conventional wheel, a steering angle with an encoder is mounted to measure a rotation angle of a steering wheel, and the steering angle is calculated by dividing it by a steering ratio.
하지만 핸들에서 휠까지 전달되는 부위에는 스티어링 콤플리언스로 인해 휠의 회전 없이도 핸들이 좌우로 회전하게 되며, 특히 타이어가 울퉁불퉁한 노면 주행시 핸들과 무관하게 휠이 회전하는 량에 대한 측정이 어렵게 된다.However, due to the steering compliance, the steering wheel rotates left and right due to the steering compliance, and it is difficult to measure the amount of wheel rotation regardless of the steering wheel, especially when the tire is bumpy.
또한 핸들부위에 특별한 장치가 부착되어 운전상의 불편함과 장착이 용이하지 않은 문제점이 있는 것이다.In addition, a special device is attached to the handle portion there is a problem in the inconvenience of operation and mounting is not easy.
또한 주행중인 차량에서 휠의 캠버각을 특정하기 위해서는 휠 벡터센서와 같은 특수장비를 이용하여 측정가능 하나 장비가 상당히 고가이며 장착하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있는 것이다.In addition, in order to specify the camber angle of the wheel in the driving vehicle, it is possible to measure by using special equipment such as a wheel vector sensor, but the equipment is quite expensive and it takes a long time to install.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 타이어 휠의 내측에 자성체 또는 레이저 센서가 감지할 수 있는 소재를 부착하고 차체 하단부에 이를 감지하는 센서를 설치하여 구성된다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, the present invention is configured by attaching a material that can be detected by the magnetic material or the laser sensor on the inside of the tire wheel and installing a sensor for detecting it on the lower end of the vehicle body.
센서에서 초음파 또는 레이저빔을 발사하여 센서에서 휠까지의 거리를 구하고, 몇 가지의 수학적 식을 이용하여 휠의 스티어링각과 캠버각, 타이어 휠의 주행상태에 대한 정보를 얻을 수 있게 구성되는 것이다.The distance from the sensor to the wheel is obtained by firing ultrasonic or laser beams from the sensor, and several mathematical equations are used to obtain information about the steering angle and camber angle of the wheel and the driving state of the tire wheel.
도 1 은 본 발명의 타이어 주행상태를 측정장치를 도시한 설명도1 is an explanatory diagram showing an apparatus for measuring a tire running state of the present invention;
도 2 는 본 발명의 주행상태 계산과정을 도시한 계통도Figure 2 is a schematic diagram showing a driving state calculation process of the present invention
도 3 은 본 발명의 측정위치를 도시한 타이어의 측면도Figure 3 is a side view of the tire showing the measuring position of the present invention
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention;
첨부된 도면 도 1 은 본 발명의 측정장치를 도시한 사시도 이다.1 is a perspective view showing a measuring device of the present invention.
도 1 에 도시되는 바와 같이, 타이어는 휠에 장착되어 서스펜션에 의해서 차량의 바디에 연결되어 있다.As shown in FIG. 1, the tire is mounted on a wheel and connected to the body of the vehicle by suspension.
차량에 장착된 타이어의 주행상태를 측정하기 위하여는 먼저 차체에 센서를 설치한다.In order to measure the driving state of the tire mounted on the vehicle, a sensor is first installed in the vehicle body.
차체에 부착설치된 센서에 의해 타이어가 장착된 휠의 6개지점까지의 거리를 측정한다.The distance to the six points of the wheel on which the tire is mounted is measured by a sensor attached to the vehicle body.
여기서 센서는 휠의 내측에 설치된 자성체 또는 레이저센서의 위치를 감지하게 된다.Here, the sensor detects the position of the magnetic material or the laser sensor installed inside the wheel.
이와 같이 측정된 결과를 이용하여 타이어 휠의 주행상태를 나타내는 휠의 스티어링각과 캠버각을 구하는 알고리즘에 대하여 설명하면 다음과 같다.The algorithm for obtaining the steering angle and the camber angle of the wheel indicating the driving state of the tire wheel by using the measured result as described above is as follows.
우선 타이어가 장작된 휠의 중앙부에 XYZ 좌표계와 차체에 부착된 센서가 부착된 위치에 XbYbZb좌표계를 설정하였다. 여기서 공간상의 XYZ 와 XbYbZb좌표계의 원점을 각각 0와 0b로 나타내었다. 초음파 또는 laser 센서는 휠에 미리 지정된 지점 P1-P6에 발사하여 반사 되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리 L1-L6를 구하게 된다.First, the tire was set to X b Y b Z b coordinate system to the XYZ coordinate system and the sensor attached to the vehicle body attached to the center portion of the wood wheel position. Here, the origins of the XYZ and X b Y b Z b coordinate systems in space are represented by 0 and 0 b , respectively. The ultrasonic or laser sensor fires at the pre-designated point P1-P6 on the wheel and measures the return time to determine the distance L1-L6.
그림 1과 같은 시스템에서 이미 알고 있는 변수드을 다음과 같이 정리하였다.Variables already known in the system are summarized as follows.
1. XbYbZb좌표계의 원점 : 0b 1. Origin of the X b Y b Z b coordinate system: 0 b
2. XYZ 좌표계에 대한 휠의 자세 : P1, P2, P3, P4, P5, P62.Wheel attitude with respect to XYZ coordinate system: P1, P2, P3, P4, P5, P6
3. 센서에서 휠 까지의 거리 : L1, L2, L3, L4, L5, L63. Distance from sensor to wheel: L1, L2, L3, L4, L5, L6
차체에 대한 타이어/휠의 주행 정보를 구하기 위해서는 XbYbZb좌표계에 대한 XYZ 의 관계를 알면 된다.In order to obtain the tire / wheel driving information about the body, the relationship of XYZ to the X b Y b Z b coordinate system is known.
이를 위해서는 문헌에 잘 나와 있는 바와 같이, XYZ 좌표계의 원점 0와 Euler 인자를 구하면 쉽게 해결 된다. 따라서 구해야 될 변수들을 정리하여 나타내면 다음과 같이 된다.This is easily solved by finding the zero and Euler parameters of the XYZ coordinate system, as is well documented in the literature. Therefore, the variables to be obtained are summarized as follows.
1. XYZ 좌표계의 원점 : 0 = {x, y, z}1. Origin of XYZ coordinate system: 0 = {x, y, z}
2. Euler 인자 :e0,e1,e2,e3Euler factor: e 0, e 1, e 2, e 3
여기서라는 구속 조건을 이용하면 미지수는 총 6개로 줄어 든다. 따라서 위의 미지수 6개를 구하기 위해서는 총 6개의 구속 방정식이 필요하게 된다.here Using this constraint, the unknowns are reduced to six. Therefore, six constraint equations are required to find the six unknowns.
이와 같은 6개의 구속 방정식은 센서에서 휠 까지의 거리 : L1, L2, L3, L4, L5, L6 을 이용하여 다음과 같이 얻을수 있다.These six constraint equations can be obtained by using the distance from the sensor to the wheel: L1, L2, L3, L4, L5, L6.
구속조건 :, i = 1,2,3,4,5,6 (1)Constraints: , i = 1,2,3,4,5,6 (1)
여기서(i=1, ...., 6)는 XbYbZb좌표계에 대한 P1-P6의 위치로 Euler 식으로 부터 다음과 같이 나타낼수 있다.here (i = 1, ...., 6) is the position of P1-P6 with respect to the X b Y b Z b coordinate system.
, i = 1, 2, 3, 4, 5, 6 (2) , i = 1, 2, 3, 4, 5, 6 (2)
[A]=2 [A] = 2
식(2)의를 식(1)에 대입하여 어섯개의 비선형 방정식을 풀어 해를 구하게 되면 위의 미지수를 구하게 되어 XbYbZb좌표계에 대한 XYZ의 관계를 알 수 있다.Of formula (2) If we solve the solution of six nonlinear equations by substituting for Eq. (1), we can find the above unknowns, and we can know the relationship of XYZ with respect to the X b Y b Z b coordinate system.
마지막으로 XbYbZb좌표계에 대한 XYZ의 정보로부터 타이어/휠의 주행 정보를 구하는 방법에 대해서 알아 본다.Finally, from the XYZ information on X b Y b Z b coordinate system with respect to find out how to obtain the traffic information of the tire / wheel.
XYZ 좌표계에서 휠 평면에 수직인 백터(normal vector) N = {0,1,0}을 XbYbZb좌표계로 mapping 시키면 다음과 같이 된다.In the XYZ coordinate system, a normal vector N = {0,1,0} perpendicular to the wheel plane is mapped to the X b Y b Z b coordinate system as follows.
N'=[A] NN '= [A] N
={ xbybzb} (3)= {x b y b z b } (3)
위의 식(3)으로부터 타이어/휠의 주행 정보를 나타내는 휠의 steer 각(δ)와 camber 각(γ)를 다음과 같이 구하게 된다.From the above equation (3), the steer angle (δ) and camber angle (γ) of the wheel representing the tire / wheel travel information are obtained as follows.
휠 steer 각 :(4)Wheel steer angles: (4)
휠 camber 각 :(5)Wheel camber each: (5)
위와 같은 타이어/휠의 주행 정보를 구하기 위한 위의 모든 계산은 그림2와 같이 컴퓨터에 의해서 이루어 진다. 연산 과정이 기억된 룸(rom)에 어드레싱(adressing)하여 센서에 의해서 측정된 거리 L(i-1,....,6), 데이터가 입력되면 자동으로 처리 하게 된다. 또한 계산된 결과가 차내의 화면에 출력되어 운전자가 타이어의 주행 상태를 항상 관찰할 수 있도록 할 수 있다.All the above calculations to obtain the driving information of the tire / wheel as described above are performed by a computer as shown in Fig. 2. When the address L (i-1, ..., 6) measured by the sensor is input to the room (rom) where the operation process is stored, the data is automatically processed. In addition, the calculated result is output on the screen of the vehicle so that the driver can always observe the driving state of the tire.
지금까지 설명한 본 발명에서는 자동차 휠의 내측에 센서가 인식할 수 있는 소재를 부착하고 차체에 센서를 장착하여 타이어/휠의 주행상태에 대한 정보를 얻으므로 기존의 방법보다 구조가 상당히 간단한 것을 알 수 있다.In the present invention described so far, the structure of the tire / wheel can be obtained by attaching a material that can be recognized by the sensor to the inside of the automobile wheel and mounting the sensor to the vehicle body, so that the structure is considerably simpler than the conventional method. have.
또한 휠의 회전량을 직접 측정하므로 steering system의 compliance에서 발생하는 량도 정확하게 측정할 수 있고 , 차량 외부에 센서가 부착 되므로 운전자의 운전에 전혀 불편을 주지 않는 장점이 있다.In addition, since the amount of rotation of the wheel is directly measured, the amount generated from the compliance of the steering system can be accurately measured, and since the sensor is attached to the outside of the vehicle, it does not inconvenience the driver at all.
본 발명은 전술한 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.
본 기술을 적용함으로써 얻어지는 효과를 다음과 같이 기술 한다.The effect obtained by applying this technique is described as follows.
1. 주행중인 차량에서 타이어가 장착된 휠의 거동을 분석하므로써 타이어의주행상태를 알 수 있다. 측정된 결과를 차량 내부에 설치한 모니터에 display하여 운전자가 항상 타이어의 주행 상태를 관찰하므로써 타이어 punk또는 공기압 저하 등과 같은 사고를 미리 예방할 수 있다.1. It is possible to know the driving condition of tires by analyzing the behavior of tire-mounted wheels in driving vehicles. By displaying the measured result on the monitor installed inside the vehicle, the driver always observes the driving condition of the tire, thereby preventing accidents such as tire punk or air pressure drop in advance.
2. 차량운동에 직접 영향을 미치는 타이어의 steer 각과 camber각에 대한 data를 추출하여 타이어/차량 성능 분석에 효과적으로 사용할 수 있다.2. It extracts data about steer angle and camber angle of tire which directly affects vehicle movement and can be effectively used for tire / vehicle performance analysis.
3. 본 시스템에서는 휠의 상하방향진동에 관련된 데이타도 측정가능하기 때문에 노면의 울퉁불퉁한 정보를 예측 가능하여, 이 정보를 active suspension 제어에 활용할 수 있다.3. In this system, the data related to the up and down vibration of the wheel can be measured, so that the uneven information of the road surface can be predicted, and this information can be used to control the active suspension.
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