KR100506652B1 - Equipment measuring characteristic of road surface - Google Patents
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Abstract
본 발명은 노면특성 계측 장치에 관한 것으로서, 특히 4바퀴 차량에 계측용 바퀴를 더 설치하여 노면과 타이어의 마찰계수(노면마찰계수)와 슬립률을 산출함으로서, 차량의 성능 및 안정성을 높일 수 있는 노면특성 계측 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a road surface characteristic measurement apparatus, and in particular, by installing a wheel for measurement on a four-wheel vehicle to calculate the friction coefficient (road friction coefficient) and slip ratio of the road surface and tire, thereby improving the performance and stability of the vehicle. A road surface characteristic measuring apparatus.
Description
본 발명은 노면특성 계측 장치에 관한 것으로서, 특히 4바퀴 차량에 계측용 바퀴를 더 설치하여 노면과 타이어의 마찰계수(노면마찰계수)와 슬립률을 산출함으로서, 차량의 성능 및 안정성을 높일 수 있는 노면특성 계측 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a road surface characteristic measurement apparatus, and in particular, by installing a wheel for measurement on a four-wheel vehicle to calculate the friction coefficient (road friction coefficient) and slip ratio of the road surface and tire, thereby improving the performance and stability of the vehicle. A road surface characteristic measuring apparatus.
차량의 거동은 타이어에서 발생되는 종방향 또는 횡방향의 마찰력에 의하여 결정되므로 차량의 주행특성은 기후 조건 및 노면과 타이어의 조건에 따라서 크게 달라지게 된다. 눈길 또는 빗길에서의 추돌사고, 차선이탈, 중앙선침범 등의 사고가 증가하는 것은 타이어와 노면사이의 마찰특성의 변화에 맞는 조작을 운전자가 적절히 하지 못하기 때문이다.Since the behavior of the vehicle is determined by the friction force in the longitudinal or transverse direction generated from the tire, the driving characteristics of the vehicle vary greatly depending on the weather conditions and the conditions of the road surface and the tire. The increased number of accidents such as collisions, lane departures, and center line violations on snow or rainy roads is due to the driver's failure to adequately handle changes in the friction characteristics between the tire and the road surface.
그러므로 운전자대신 적절한 엔진, 브레이크, 조향을 제어하는 차량제어시스템에서 타이어와 노면사이의 마찰특성에 대한 정보는 중요하다.Therefore, information on the friction characteristics between the tire and the road surface is important in a vehicle control system that controls the appropriate engine, brakes and steering instead of the driver.
따라서 종래부터 타이어와 노면 사이의 제동력이 최대치를 넘어 타이어가 록상태로 되기 전에, 차륜에 작용하는 브레이크 토크를 저하시켜 차륜의 록상태를 방지하여 최대제동력이 얻어지는 차륜의 회전수를 제어하는 안티록브레이크장치(ABS) 등이 제안되어 있다.Therefore, conventionally, the anti-lock which controls the number of revolutions of the wheel at which the maximum braking force is obtained by reducing the brake torque acting on the wheels before the tires become locked when the braking force between the tire and the road surface exceeds the maximum value becomes locked. Brake devices ABS and the like have been proposed.
예컨대, ABS의 제어에서는, 차량의 판정속도 및 검출된 회전속도로부터 슬립률을 산출한 후, 이 산출된 슬립률이 미리 설정되어 있는 기준 슬립률에 일치하도록 제동력을 제어함으로써, 최대제동력에 추종하도록 구성되어 있다. 이때, 슬립률(S)을 구하는 식은 등록특허공보 공고번호 10-267485에 자세히 기재되어 있다.즉, S = ((V1-V2)/V1)×100 이다.여기에서, V1은 차량속도이고, V2는 차륜속도이다.For example, in the control of ABS, after calculating the slip ratio from the determination speed of the vehicle and the detected rotation speed, the braking force is controlled so that the calculated slip ratio matches the preset reference slip ratio, so as to follow the maximum braking force. Consists of. At this time, the formula for obtaining the slip ratio S is described in detail in Korean Patent Publication No. 10-267485. That is, S = ((V1-V2) / V1) × 100. Here, V1 is the vehicle speed, V2 is the wheel speed.
이와 같은 ABS 등의 제어에서는, 노면의 마찰계수(μ)가 이용되고 있다. 즉, 노면마찰계수 μ에 따라, 고 μ의 경우와 저 μ경우에 제어내용을 변경하여 최적한 제어를 실시하도록 되어 있다. 이때, 마찰계수(μ)는 마찰력(F)을 수직항력(N)으로 나누어 구할 수 있다.In such control of ABS and the like, the friction coefficient mu of the road surface is used. In other words, according to the road friction coefficient mu, the control contents are changed in the case of high mu and low mu so as to perform optimal control. In this case, the friction coefficient μ may be obtained by dividing the friction force F by the vertical drag N.
이와 같이 제동, 가속 및 조타 조작을 하는 중에 차량의 접지력을 확보하기 위해서는, 기후 조건 및 노면과 타이어의 조건에 따라서 끊임없이 변화하는 차량 타이어와 노면 사이의 마찰계수를 아는 것은 매우 중요하다.In order to secure the grip of the vehicle during braking, acceleration, and steering operations as described above, it is very important to know the friction coefficient between the vehicle tire and the road surface, which constantly changes according to climatic conditions and road and tire conditions.
종래의 노면 특성을 측정하는 방법으로는 온도, 노면의 거칠기, 노면의 습도 등을 관찰함으로써 간접적으로 마찰계수를 추정하는 방법, 차의 앞부분에 광센서를 설치하여 반사량을 이용하여 노면의 특성을 추정하는 방법, 차량 구동축에 스트레인 게이지를 설치하여 측정된 변형률과 토션 토크를 이용하는 방법, 차량 타이어의 프로파일에 다수의 노브를 설치하여 마찰계수를 측정하는 방법 등이 있다. Conventional methods for measuring road surface characteristics include indirectly estimating friction coefficients by observing temperature, road surface roughness, road surface humidity, etc., and estimating road surface characteristics using an amount of reflection by installing an optical sensor in front of the car. Method of using a strain gauge and a torsion torque measured by installing a strain gauge on the vehicle drive shaft, and a method of measuring the coefficient of friction by installing a plurality of knobs in the profile of the vehicle tire.
그러나, 이러한 종래 기술에 의하면 노면의 특성을 측정하기 위한 장치를 차량에 설치하기가 복잡하고, 하나의 장치를 이용하여 여러 차량에 사용할 수 있는 호환성이 결여되며, 또한 고가의 장비를 필요로 하는 문제점이 있다.However, according to the related art, a device for measuring the characteristics of the road surface is complicated to install in a vehicle, lacks compatibility for use in multiple vehicles using a single device, and requires expensive equipment. There is this.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 계측용 휠이 설치된 노면특성 계측 장치를 시험용 차량의 본체에 설치함으로써 호환성이 우수하고, 차량 개발 중의 실차 시험시 슬립률, 마찰계수 등의 노면특성을 간단하면서도 정확하게 계측할 수 있어 신뢰성 있는 시험 데이터를 제동하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems, the surface characteristics measuring device equipped with a measurement wheel is installed on the main body of the test vehicle, the compatibility is excellent, the road surface such as slip rate, coefficient of friction, etc. during actual vehicle testing during vehicle development Its purpose is to brake reliable test data because its characteristics can be measured simply and accurately.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 노면특성 계측 장치는 노면에 접촉하는 계측용 휠; 상기 휠이 회전하도록 지지하는 휠지지부재; 상기 휠지지부재와 차량을 연결하는 연결부재; 상기 휠의 브레이크 시스템; 상기 브레이크 시스템을 제어하는 제동력 제어장치; 상기 휠지지부재에 설치되어 상기 계측용 휠의 회전속도를 측정하는 회전각속도센서; 상기 연결부재에 설치되어 변형률을 측정하는 스트레인 게이지; 상기 제동력 제어장치를 제어하고, 상기 회전각속도센서와 상기 스트레인 게이지에 의해 측정된 데이터를 입력받아 저장하며, 슬립률에 따른 노면마찰계수를 산출하는 전자제어유닛(ECU)으로 구성된다.In order to achieve the above object, the road surface characteristics measurement apparatus of the present invention comprises a measuring wheel in contact with the road surface; A wheel support member for supporting the wheel to rotate; A connection member connecting the wheel support member to the vehicle; Brake system of the wheel; A braking force control device for controlling the brake system; A rotation angular velocity sensor installed at the wheel support member to measure a rotation speed of the measurement wheel; A strain gauge installed on the connection member to measure strain; An electronic control unit (ECU) for controlling the braking force control device, receiving and storing data measured by the rotational angular velocity sensor and the strain gauge, and calculating a road friction coefficient according to a slip ratio.
상기 휠지지부재는 하나가 아닌 다수의 연결구조로 이루어짐으로써, 상기 휠지지부재의 높낮이를 변경하여 높이가 다른 각각의 차량에 대한 노면특성을 더 정확하게 계측할 수 있다.Since the wheel support member is formed of a plurality of connection structures instead of one, it is possible to more accurately measure the road surface characteristics for each vehicle having a different height by changing the height of the wheel support member.
또한, 상기 연결부재와 차량 본체를 유압실린더로 연결하고, 상기 연결부재와 차량을 힌지(hinge)로 연결하여, 시험시에는 유압실린더를 이용하여 상기 계측용 휠이 노면과 접촉하게 하여 노면특성을 측정하고, 시험 종료 후에는 상기 계측용 휠을 노면으로부터 들어올려 이동할 수 있다.In addition, the connecting member and the vehicle body are connected by a hydraulic cylinder, and the connecting member and the vehicle are connected by a hinge, and during the test, the measurement wheel is brought into contact with the road surface by using a hydraulic cylinder to improve road surface characteristics. After the measurement, the measurement wheel can be lifted off the road surface and moved.
상기 전자제어유닛은 차체속도와 휠의 반경과 상기 회전각속도센서로부터 산출된 회전각속도를 이용하여 슬립률을 구하고, 상기 스트레인 게이지로부터 산출된 변형률을 이용하여 응력을 구하고 이 응력을 이용하여 마찰계수를 구하여, 슬립률에 따른 마찰계수를 산출한다.The electronic control unit obtains a slip ratio by using the body speed, the radius of the wheel and the rotational angular velocity calculated from the rotational angular velocity sensor, calculates the stress using the strain calculated from the strain gauge, and uses the stress to calculate the friction coefficient. The friction coefficient according to the slip ratio is calculated.
본 발명의 노면 특성 계측 장치는 차량의 뒷부분에 장착하여 노면특성을 측정한다. The road surface characteristic measurement apparatus of the present invention is mounted on the rear of the vehicle to measure the road surface characteristics.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명에 의한 노면특성 계측 장치의 측면도이고, 도 2는 도 1의 노면특성 계측 장치의 정면도이다.1 is a side view of a road surface characteristic measurement apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a front view of the road surface characteristic measurement apparatus of FIG. 1.
도 3은 또 다른 양호한 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 노면특성 계측 장치의 측면도이고, 도 4는 도 3의 노면특성 계측 장치의 정면도이다.FIG. 3 is a side view of a road surface characteristic measuring apparatus with height adjustment according to another preferred embodiment, and FIG. 4 is a front view of the road surface characteristic measuring apparatus of FIG. 3.
도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 계측용 휠(10)을 이용한 노면 특성 계측 장치는 노면에 접촉하는 계측용 휠(10), 상기 휠(10)이 회전하도록 지지하는 휠지지부재(20), 상기 휠지지부재(20)와 차량을 연결하는 연결부재(30), 상기 휠의 브레이크 시스템(미도시), 상기 브레이크 시스템을 제어하는 제동력 제어장치(미도시), 상기 휠지지부재(20)에 설치된 회전각속도센서(40), 상기 연결부재(30)에 설치된 스트레인 게이지(50), 상기 제동력 제어장치를 제어하고 상기 회전각속도센서(40)와 상기 스트레인 게이지(50)에 의해 측정된 데이터를 입력받아 저장하며, 슬립률에 따른 노면마찰계수를 산출하는 전자제어유닛(미도시)으로 구성된다.As shown in Fig. 1 and 2, the road surface characteristic measurement device using the measuring wheel 10 according to the present invention, the measuring wheel 10 in contact with the road surface, the wheel 10 to support the wheel 10 to rotate Support member 20, connecting member 30 for connecting the wheel support member 20 and the vehicle, a brake system (not shown) of the wheel, a braking force control device (not shown) for controlling the brake system, the wheel The rotational angular velocity sensor 40 installed on the support member 20, the strain gauge 50 installed on the connecting member 30, the braking force control device are controlled, and the rotational angular velocity sensor 40 and the strain gauge 50 are controlled. It is composed of an electronic control unit (not shown) for receiving and storing the measured data, and calculates the road friction coefficient according to the slip ratio.
상기 계측용 휠은 각각의 차량 본체에 사용되는 타이어와 노면과의 마찰계수는 약간의 차이가 있기 때문에, 차량 본체에 사용되는 타이어와 동일한 재질로 구성되어 있어야 한다.Since the friction wheel is slightly different in coefficient of friction between the tire used for each vehicle body and the road surface, the measuring wheel should be made of the same material as the tire used for the vehicle body.
또한, 다수의 계측용 휠을 설치하여 사용하면 더욱 정확한 데이터를 얻을 수 있다.In addition, by installing and using a plurality of measuring wheels, more accurate data can be obtained.
상기 휠지지부재(20)의 하측은 상기 계측용 휠(10)이 회전하도록 지지하여야 하기 때문에, 상기 휠지지부재(20)의 하측은 포크형 또는 반포크형을 이루어야 하고, 상기 계측용 휠(10)과 축으로 연결된다.Since the lower side of the wheel support member 20 should be supported so that the measuring wheel 10 rotates, the lower side of the wheel support member 20 should have a fork or a half fork, and the measuring wheel ( 10) is connected to the shaft.
또한, 상기 휠지지부재(20)는 도 3과 도 4에서 도시된 바와 같이, 상부휠지지부(21)와 하부휠지지부(22) 및 체결부(25, 26)로 구성될 수 있다.In addition, the wheel support member 20 may be composed of an upper wheel support 21, a lower wheel support 22 and fastening portions 25 and 26, as shown in FIGS.
상기 상부휠지지부(21)는 내부에 수용부가 형성되고, 상기 하부휠지지부(22)에는 삽입부가 형성되며, 상기 상부휠지지부(21)와 상기 하부휠지지부(22)를 체결하는 상기 체결부(25, 26)는 상기 상부휠지지부(21)와 상기 하부휠지지부(22)에 소정간격으로 천공 설치된 체결공(25)과 이 체결공(25)에 체결되는 체결구(26)로 구성된다. The upper wheel support part 21 has an accommodating part formed therein, and the lower wheel support part 22 has an insertion part formed therein, and the fastening part for fastening the upper wheel support part 21 and the lower wheel support part 22 ( 25 and 26 are composed of a fastening hole 25 installed in the upper wheel support 21 and the lower wheel support 22 at a predetermined interval and a fastener 26 fastened to the fastening hole 25.
상기 상부휠지지부(21)의 수용부에 상기 하부휠지지부(22)의 삽입부를 삽입하고 여기에 형성된 상기 체결공(25)에 상기 체결구(26)를 이용하여 높이를 고정시킨다.The insertion portion of the lower wheel support 22 is inserted into the receiving portion of the upper wheel support 21 and the height is fixed to the fastening hole 25 formed therein by using the fastener 26.
이는 각각의 시험용 차량의 높낮이가 다르기 때문에 상기 휠지지부재의 높낮이를 변경하여 높이가 다른 각각의 차량에 대한 노면특성을 정확하게 측정할 수 있기 위함이다.This is to change the height of the wheel support member so that the road characteristics of each vehicle having different heights can be accurately measured because the height of each test vehicle is different.
바람직하게는 상기 체결구는 다수의 볼트와 너트를 이용하여 진동이 발생하지 않도록 고정한다.Preferably, the fastener is fixed to the vibration using a plurality of bolts and nuts.
상기 계측용 휠(10)에 설치되는 브레이크 시스템은 종래의 차량 휠에 사용되는 브레이크 시스템을 설치하고, 상기 브레이크 시스템의 제동력을 제어하는 제동력 제어장치는 전자제어유닛(ECU)으로부터 제어명령을 받아 계측용 휠(10)의 회전각속도가 '0'이 될 때까지 제동력을 완만하게 상승시킨다.The brake system installed on the measurement wheel 10 installs a brake system used in a conventional vehicle wheel, and the braking force control device for controlling the braking force of the brake system receives a control command from an electronic control unit (ECU). The braking force is gently increased until the rotational angular velocity of the dragon wheel 10 becomes '0'.
이때, 포크형의 상기 휠지지부재(20)의 하측 또는 하부휠지지부(22)의 하측의 안쪽에 설치되는 상기 회전각속도센서(40)는 상기 계측용 휠(10)의 회전각속도를 측정하고, 상기 연결부재(30)에는 스트레인 게이지(50)가 설치되어 변형률을 산출한다.At this time, the rotational angular velocity sensor 40 installed in the lower side of the fork-type wheel support member 20 or the lower side of the lower wheel support 22 measures the rotational angular velocity of the measurement wheel 10, Strain gauge 50 is installed in the connection member 30 to calculate the strain.
이렇게 산출된 회전각속도데이터와 변형률데이터는 ECU로 입력되고, 차체속도와 계측용 휠(10)의 반경 및 회전각속도데이터를 이용하여 슬립률을 구하며, 변형률을 이용하여 응력을 구하고, 이 응력과 계측용휠(10)에 가해지는 수직항력을 이용하여 마찰계수를 구하여, 최종적으로 슬립률에 따른 마찰계수를 산출한다. The rotational angular velocity data and the strain data calculated in this way are input to the ECU, and the slip ratio is calculated using the body speed, the radius and the rotational angular velocity data of the measuring wheel 10, the stress is calculated using the strain, and the stress and the measurement The friction coefficient is obtained by using the vertical force applied to the dragon wheel 10, and finally the friction coefficient according to the slip ratio is calculated.
이때 ECU에서 회전각속도데이터와 변형률데이터를 저장하고, 시험 종료후 데이터 인식 시스템을 이용하여 슬립률과 마찰계수를 산출하여 이용할 수도 있다.In this case, the angular velocity data and the strain data may be stored in the ECU, and after the test, the slip rate and the friction coefficient may be calculated by using a data recognition system.
또한, 상기 연결부재(30)와 차량 본체를 유압실린더(미도시)로 연결하고 상기 연결부재(30)와 차량을 힌지(미도시)로 연결하여, 시험시에는 상기 유압실린더를 이용하여 상기 계측용 휠(10)이 노면과 접촉하게 하여 노면특성을 측정하고, 시험 종료 후에는 상기 계측용 휠(10)을 노면으로부터 들어올려 이동할 수 있다. In addition, by connecting the connecting member 30 and the vehicle body with a hydraulic cylinder (not shown) and connecting the connecting member 30 and the vehicle with a hinge (not shown), the test using the hydraulic cylinder during the test The road wheel 10 may be brought into contact with the road surface to measure road surface characteristics, and after completion of the test, the wheel 10 may be lifted from the road surface and moved.
본 발명인 노면특성 계측 장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시 할 수 있다.The present invention is not limited to the above-described road surface characteristic measuring apparatus can be modified in various ways within the range allowed by the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 노면특성 계측 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the road surface characteristic measurement apparatus of the present invention as described above has the following advantages.
첫째, 차량 개발 중 실차 시험시에 노면특성을 간단하면서도 정확하게 측정할 수 있게 되어 시험 데이터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.First, it is possible to easily and accurately measure the road surface characteristics during actual vehicle testing during vehicle development, thereby improving the reliability of the test data.
둘째, 측정된 노면 특성의 정보를 ABS 장치나 TCS 장치 등에 사용함으로써, 노면 특성에 따른 최적한 제어를 실시할 수 있다. Second, by using the measured information on the road surface characteristics, such as ABS device, TCS device, it is possible to perform the optimum control according to the road surface characteristics.
셋째, 구조가 간단해서 설치비용 및 수리비용의 절감 효과가 있다.Third, the structure is simple, reducing the installation and repair costs.
넷째, 한 대의 차량에 영구적으로 장착되거나 분리하는데 많은 시간과 비용이 소모되는 것이 아니라, 쉽게 시험용 차량에 연결하거나 분리하여 각종 차량에 사용할 수 있어 호환성이 우수하다.Fourth, it does not take much time and money to permanently install or detach one vehicle, but can be easily connected to or disconnected from a test vehicle and used in various vehicles to provide excellent compatibility.
다섯째, 휠지지부재를 상부휠지지부와 하부휠지지부의 결합구조로 형성함에 따라 각종 차량의 높이에 맞추어 본 발명인 노면특성 계측 장치의 높낮이를 변경할 수 있다.Fifth, as the wheel support member is formed in a combined structure of the upper wheel support and the lower wheel support, it is possible to change the height of the road surface characteristic measuring apparatus of the present invention in accordance with the height of various vehicles.
여섯째, 연결부재의 일측에 힌지를 설치하여 차량과 연결하고 상기 연결부재와 차량을 유압실린더로 연결함으로써, 시험시에는 계측용 휠을 노면에 접촉하게 하고 시험 종료 후에는 상기 계측용 휠을 노면으로부터 들어올려 이동할 수 있다.Sixth, by connecting the vehicle to the vehicle by installing a hinge on one side of the connecting member and connecting the connecting member and the vehicle with a hydraulic cylinder, the measuring wheel is brought into contact with the road surface during the test, and the measuring wheel is removed from the road surface after the test is completed. It can be lifted up and moved.
도 1은 본 발명에 의한 노면특성 계측 장치의 측면도.1 is a side view of a road surface characteristic measurement apparatus according to the present invention.
도 2는 도 1의 노면특성 계측 장치의 정면도.FIG. 2 is a front view of the road surface characteristic measurement apparatus of FIG. 1. FIG.
도 3은 또 다른 양호한 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 노면특성 계측 장치의 측면도.Figure 3 is a side view of the road surface characteristics measurement apparatus is adjustable height according to another preferred embodiment.
도 4는 도 3의 노면특성 계측 장치의 정면도.4 is a front view of the road surface characteristic measurement apparatus of FIG. 3.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 계측용 휠, 20 : 휠지지부재,10: measuring wheel, 20: wheel support member,
21 : 상부휠지지부, 22 : 하부휠지지부,21: upper wheel support, 22: lower wheel support,
25 : 체결공, 26 : 체결구,25 fastener, 26 fastener,
30 : 연결부재, 40 : 회전각속도센서,30: connecting member, 40: rotational angular velocity sensor,
50 : 스트레인 게이지50: strain gauge
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2003
- 2003-01-16 KR KR10-2003-0002879A patent/KR100506652B1/en not_active IP Right Cessation
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20040065728A (en) | 2004-07-23 |
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