KR100383985B1 - 타이어 마모 상태에 따른 에이비에스 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 4개 차륜 각각으로부터 측정된 타이어의 마모 상태를 기준으로 차량의 주행 상태를 보다 정확하게 추정하여, 차량의 제동중 조향 안정성을 확보하고 동시에 제동거리를 줄이는 등 ABS의 효율을 향상하기 위한 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템에 관한 것이다.

본 발명은 네 개의 차륜에 장착된 타이어의 기본 인자를 추출하는 타이어 기본인자 추출단계와, 이 기본인자 추출단계로 부터 타이어 마모상태를 구별 인식하는 타이어 패턴 인식단계와, 이 타이어 마모 상태에 따른 마찰 계수를 선택하는 마찰계수 선택단계와, 상기 선택된 마찰계수에 따른 슬립률을 적용하는 슬립률 적용단계와, 이 슬립률에 따른 차량의 제동력을 계산하는 제동력 계산단계와, 전후방 차량 거리 인지시스템을 통해 차간 거리를 계산하는 차간거리 연산 단계와, 차량의 ABS 제어에 의해 차륜을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템을 제공한다.

Description

타이어 마모 상태에 따른 에이비에스 제어시스템{ABS CONTROL SYSTEM BASED ON WEARED TIRES}

본 발명은 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 본 발명은 차량의 4개 차륜 각각으로부터 측정된 타이어의 마모 상태를 기준으로 차량의 주행 상태를 보다 정확하게 추정하여, 차량의 제동 중 조향 안정성을 확보하고 동시에 제동거리를 줄이는 등 ABS의 효율을 향상하기 위해 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템에 관한 것이다.

차량 기술의 발달로 인해 편리성, 정속성 및 안정성에 대한 고객의 요구가 증대되고 있다. 이런 관점에서, 차량의 감속, 정지시 브레이크에 대한 역할의 중요성이 부각되고 있다.

일반적으로 주행하고 있는 차량과 타이어의 노면간의 마찰에 의한 제동능력 향상과 제동중의 조향 안정성 확보를 위해 제동력제어시스템(ABS : 이하 ABS 라고 함)이 사용되고 있다. 이 제동력은 타이어 토오크와 큰 관련이 있다. 이 타이어 제동 토오크는 다음 식으로 표현된다.

타이어 제동 토오크(T) = 마찰계수(μ) x 하중(W) x 타이어 지름(R)

상기 식으로 알 수 있는 바와 같이, 타이어의 제동 토오크는 마찰계수, 하중 및 타이어의 지름에 비례함을 알 수 있다. 현실적으로 하중과 타이어의 지름에 대한 설계상의 구속조건이 있기 때문에 마찰계수를 크게 하지 않으면 안된다.

이 마찰계수에 영향을 미치는 인자는 타이어의 상태, 타이어의 공기압, 노면 상태, 브레이크장치의 동적 작용 요소, 열적 변형 등 많은 변수를 고려할 수 있으나, 현 설계 시점에서는 일반적으로 기본 마찰계수(μ)만을 정하여 제동력을 계산에 반영하고 있다.

이에 따라, 통상적인 ABS는 제동마찰계수가 낮은 노면에서 고속 주행 중 제동할 때 제동력을 노면에 충분히 전달할 수 없어서 야기되는 고착상태(blocking), 즉 제동 중 차륜은 회전하지 않아도 차량은 미끄러져 진행하게 되는 차륜의 상태를 대비한 것으로서, 제동 중 차륜의 고착상태가 있기 전에 이를 사전에 감지하고 발생을 방지하기 위한 시스템으로 구성되고 있다.

이와 같이, 통상의 ABS 장치는 차량의 타이어 마모상태에 관계 없이 기본 마찰계수만을 기초로 차량을 제동하고 있다. 비록 기본 마찰계수만을 고려하여 차륜을 제어하는 방법은 단순하지만, 오히려 본래 ABS 가 갖고 있는 효과를 제대로 구현할 수 없을 뿐만 아니라 제동 시간이 길어지고 타이어 슬립에 의해 소망하고자 하는 지점보다 먼 거리를 이동한다는 단점이 있었다.

본 발명은 전술한 종래의 ABS 제어수단이 지니고 있는 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 4개 차륜 각각의 타이어의 마모상태에 따라 구분된 동적 마찰계수로부터 정확한 제동력을 예측하고 브레이크 작동 시점을 정확하게 예측함으로써 주행의 안정성과 안전성을 동시에 향상시킬 수 있는 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템을 기술적 과제로 한다

도 1은 통상의 타이어의 일부를 절개 도시한 단면 사시도.

도 2는 통상적인 타이어 패턴을 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템에서의 마찰계수와 슬립률의 상관 관계를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템의 작동 상태를 도시하는 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 트레드

2 : 그루부

3 : 숄더

4 : 사이드 월

이를 위해 본 발명은, 네 개의 차륜에 장착된 타이어의 기본 인자를 추출하는 타이어 기본인자 추출단계와, 이 기본인자 추출단계로부터 타이어 마모상태를 구별 인식하는 타이어 패턴 인식단계와, 이 타이어 마모 상태에 따른 마찰 계수를 선택하는 마찰계수 선택단계와, 상기 선택된 마찰계수에 따른 슬립률을 적용하는 슬립률 적용단계와, 이 슬립률에 따른 차량의 제동력을 계산하는 제동력 계산단계와, 전후방 차량 거리 인지시스템을 통해 차간 거리를 계산하는 차간거리 연산 단계와, 차량의 ABS 제어에 의해 차륜을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템을 제공한다.

한편, 본 발명에 있어서, 상기 타이어 기본 인자는 타이어 패턴번호, 타이어 규격, 하중지수, 사용공기압으로 구성되는 것을 특징으로 하는 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템을 제공한다.

그리고, 본 발명에 있어서, 상기 마찰계수는 정상상태 마찰계수, 마모상태 마찰계수 및 일측 마모상태 마찰계수로 구별되는 것을 특징으로 하는 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템을 제공한다.

상기와 같은 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템은, 제동시 패턴 인식 제어기에 의한 차량의 타이어 마모 상태에 따라 각각의 마찰계수를 정하고, 이를 기초로 현재의 슬립률과 감속도를 추정한 후, 이들 자료를 입력변수로 하여 브레이크 토오크를 정확하게 계산하는 것으로서, 타이어의 과다 마모상태에 의한 조향성 상실 및 주행 안정성 상실의 상태에서도 이를 사전에 방지하고 제동능력을 향상시킨다.

이하 본 발명의 구성요소 및 그 작동상태를 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

먼저, 차량을 일차적으로는 차량의 타이어의 마모 상태를 정확하게 측정되어야 한다. 제동시 타이어와 노면간의 마찰력으로 차량이 감속되면 차속과 차륜 속도차가 발생하여 타이어의 미끄럼 현상인 슬립현상이 발생한다.

도 1은 통상적인 타이어의 구조를 도시하는 도면으로서, 타이어의 패턴을 결정하는 요인으로는 트레드(TREAD, 1), 그루부(GROOVE, 2) 및 숄더(SHOULDER, 3)로 이루어진다.

트레드(1)라 함은 노면과 접촉하는 부분을 지시한다. 또, 그루부(2)라 함은 트레드에 패인 홈으로 조종 안정성, 견인력 및 제동성을 높이는 기능을 하는 부분을 말한다. 한편, 숄더(3)라 함은 트레드(1)의 가장자리에서부터 사이드 월(SIDE WALL, 4)의 윗부분까지를 지칭하는 것으로, 외관 및 방열 효과가 우수해야 한다.

통상적으로 사이드 월은 타이어의 모든 인자를 제조업체에서 기본 사양으로 표시되어 있고, 특히 하중지수, 타이어규격, 타이어 트레드 패턴 번호, 사용 공기압 등 인자값을 패턴인식기에서 비교 분석하는데 사용되는 기본 인자이다.

한편, 도 2는 통상적인 타이어의 패턴 구조를 도시하는 도면으로서, 이러한 패턴의 경향에 따라 용도가 다르고 그에 따른 마찰계수도 상이하다. 상이한 마찰계수를 계산하기 위해서는 패턴에 대한 인자 분석이 선행되어야 한다. 즉, 측정된 다차원의 데이터로부터 내재된 인자들을 추출하여 시스템에 대한 인자의 영향을 비교 분석하여 타이어의 마모 상태를 구별하고 이에 따른 적절한 마찰계수를 계산한다.

도 3은 타이어의 마찰 상태에 따른 마찰 계수를 도시하고 있다. 즉, 본원에서는 타이어의 마찰 상태에 따라 마찰계수의 수를 한정하는 것은 아니지만, 편의상 도면에서 정상상태 마찰계수(μ_n), 마모상태 마찰계수(μ_w) 및 일측 마모상태 마찰계수(μ_o) 로 구별되어 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 타이어의 마모상태에 따라 슬립률의 적용이 달라짐을 알 수 있다.

특히, 이러한 타이어 마찰상태에 따른 계수에 따른 ABS 제어효율을 극대화할 수 있다. 이처럼 본원 발명은 차량의 슬립률을 일정 범위에 유지시킨 상태에서 휠 슬립을 적용함으로써 브레이크력을 최대로 활용할 수 있다.

그리고, 도 4는 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템의 작동 상태를 도시하는 순서도로서, 스텝(S)은 각 프로세스의 단계를 지시한다.

먼저, 스텝(S1)에서는 네 개의 차륜에 장착된 타이어의 기본 인자를 추출하는 단계로서, 이때 사용되는 기본인자로는 타이어 패턴번호, 타이어 규격, 하중지수, 사용공기압이 사용된다. 다음의 스텝(S2)에서는 상기 기본인자 추출단계로부터 타이어 마모상태를 구별 인식한다. 스텝(S3)에서는 타이어의 마모 상태에 따른 마찰 계수를 선택한다. 이때 선택되는 마찰계수로는 전술한 마찰계수가 선택될 수 있다.

한편, 스텝(S4)은 상기 선택된 마찰계수에 따른 슬립률을 적용하게 된다. 이 슬립률에 따라 실시간 ABS 시스템 모듈이 작동하게 된다. 슬립률을 바람직한 상태로 유지시키기 위하여 브레이크의 압력은 증가 또는 감소시키는 제어를 한다.노면 상태에 따라 상이할 수 있지만, 통상적인 ABS 제어에 사용되는 슬립률은 대략 10% 내지 20% 정도에서 유지되는 것이 제동의 효과를 높이는 데에 바람직할 수 있다.

슬립률를 사용한 구체적인 ABS 제어동작을 기술하면 다음과 같다. 슬립률이 일정범위를 벗어나 증가하면 차륜의 고착상태를 일으킬 가능성이 크므로, 밸브기구의 개폐를 조절하여 차륜의 브레이크압을 감소시켜 제동력을 낮추고, 반면 슬립률이 지나치게 낮으면 차륜의 속력이 차량의 속력보다 커질 가능성이 있으므로 밸브기구를 개폐를 조절하여 브레이크압을 증가시켜 제동력을 높인다. 이때 밸브기구는 통상의 종래 ABS장치의 그것과 다르지 않다.

그러나, ABS 모듈의 슬립률 범위를 일정하게 설정하고 있는 현 ABS 장치에서 실시간으로 그 범위를 재설정가능한 모듈을 적용할 수 있다.

전술한 구성의 단계를 갖는 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어방법은, 차량의 4개 차륜 각각으로부터 측정된 타이어의 마모 상태를 기준으로 차량의 주행 상태를 판단하여, 차량의 제동중 조향 안정성을 확보하고 동시에 제동거리 판별에 의한 승객 및 운전자의 안정성을 향상시킬 수 있다.

한편 본 발명은 전술한 설명 이외에도, 당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 변화가 가능하며, 이 경우에도 본 발명의 범위에서 크게 벗어나지 않을 것이다.

Claims (3)

1. 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템에 있어서,

   네 개의 차륜에 장착된 타이어의 기본 인자를 추출하는 타이어 기본인자 추출단계와,

   이 기본인자 추출단계로 부터 타이어 마모상태를 구별 인식하는 타이어 패턴 인식단계와,

   이 타이어 마모 상태에 따른 마찰 계수를 선택하는 마찰계수 선택단계와, 상기 선택된 마찰계수에 따른 슬립률을 적용하는 슬립률 적용단계와,

   이 슬립률에 따른 차량의 제동력을 계산하는 제동력 계산단계와,

   전후방 차량 거리 인지시스템을 통해 차간 거리를 계산하는 차간거리 연산 단계와,

   차량의 ABS 제어에 의해 차륜을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 타이어 기본 인자는 타이어 패턴번호, 타이어 규격, 하중지수, 사용공기압으로 구성되는 것을 특징으로 하는 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 마찰계수는 정상상태 마찰계수, 마모상태 마찰계수 및 일측 마모상태 마찰계수로 구별되는 것을 특징으로 하는 타이어 마모 상태에 따른 ABS 제어시스템.