KR100600466B1 - 노면마찰계수 판정장치 및 방법 - Google Patents

노면마찰계수 판정장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 차량의 4륜 타이어의 회전속도를 정기적으로 검출하는 회전속도검출수단과, 상기 회전속도검출수단에 의한 측정치로부터, 슬립비를 연산하는 제 1 연산수단과, 상기 슬립비와 차량의 가감속도와의 관계식을 구하는 제 2 연산수단과, 상기 제 2 연산수단에 의해 구해진 관계식의 기울기에 근거하여, 노면과 타이어 사이의 마찰계수를 판정하는 마찰계수판정수단을 구비하고 있는 노면마찰계수판정장치에 관한 것으로서, 차량의 성능 및 안전성을 높일 수 있다.
노면마찰계수 판정장치, 회전속도 검출수단, 제어유닛.

Description

노면마찰계수 판정장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR JUDGING ROAD FRICTION COEFFICIENT}
도 1 은 본 발명의 노면마찰계수 판정장치의 일 실시형태를 나타낸 블록도이다.
도 2 는 도 1 에서의 노면마찰계수 판정장치의 전기적 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3 은 노면 μ와 슬립비와의 관계를 나타낸 모식도이다.
도 4 는 본 실시형태에 관련된 플로우차트이다.
도 5 는 노면상태가 다른 경우의 회귀계수의 시간의 경과에 따른 변화를 나타낸 도면이다.
도 6a, 6b 및 6c 는 각각 실시예 2 에서의 건조 아스팔트, 압설 및 동결 (凍結) 아스팔트의 각 노면에서의 회귀계수 K1 의 빈도비율을 나타내는 도면이다.
도 7a, 7b 및 7c 는 각각 실시예 3 에서의 건조 아스팔트, 압설 및 동결 아스팔트의 각 노면에서의 회귀계수 K1 의 빈도비율을 나타내는 도면이다.
도 8a, 8b 및 8c 는 각각 비교예 1 에서의 건조 아스팔트, 압설 및 동결 아스팔트의 각 노면에서의 회귀계수 K1 의 빈도비율을 나타내는 도면이다.
도 9a, 9b 및 9c 는 각각 비교예 2 에서의 건조 아스팔트, 압설 및 동결 아 스팔트의 각 노면에서의 회귀계수 K1 의 빈도비율을 나타내는 도면이다.
도 10a, 10b 및 10c 는 각각 비교예 3 에서의 건조 아스팔트, 압설 및 동결 아스팔트의 각 노면에서의 회귀계수 K1 의 빈도비율을 나타내는 도면이다.
도 11 은 실시예 2, 3 및 비교예 1 ∼ 3 에서, 샘플링개시부터 회귀계수 K1 이 얻어질 때까지의 응답시간과 상관계수 R 이 0.6 미만에서 회귀계수 K1 의 값이 갱신되지 않았던 비율의 관계를 나타내는 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 제어유닛 2 : 경보표시기
3 : 초기화 스위치 1a : I/O 인터페이스
1b : CPU 1c : ROM
1d : RAM
본 발명은 노면마찰계수 판정장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게 나타내면, 4 개의 타이어차륜의 회전정보를 사용하여 노면과 타이어 사이의 마찰계수 (노면마찰계수) 를 판정함으로써, 차량의 성능 및 안전성을 높일 수 있는 노면마찰계수판정장치 및 방법에 관한 것이다.
차량은 미끄럽기 쉬운 노면에서 급가속이나 급제동을 하면, 타이어가 슬립을 일으켜 스핀 등을 발생시킬 위험성이 있다. 또 급한 조타(操舵)를 하면 차량이 옆으로 미끄러지거나 스핀을 일으킬 우려가 있다.
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 등이 제안되고 있다 (일본공개특허공보 소60-99757 호, 동공보 평1-249559 호 등을 참조).
예컨대, 안티록브레이크 장치의 제어에서는, 차량의 판정속도 및 검출된 차량속도 (회전속도) 로부터 슬립률을 연산한 후, 이 연산된 슬립률이 미리 설정되어 있는 기준슬립률에 일치하도록 브레이크력을 제어함으로써, 최대제동력에 추종하도록 구성되어 있다.
이와 같은 ABS 장치 등의 제어에서는, 노면의 마찰계수 (μ) 가 이용되고 있다. 즉, 노면마찰계수 μ(노면 μ) 에 따라, 예컨대, 고μ의 경우와 저μ 경우도 제어내용을 변경하여 최적한 제어를 실시하도록 되어 있다.
상기 일본공개특허공보 평 60-99759 호의 장치에서는, 슬립발생시의 종동륜으로부터 차량가속도를 구하고, 이 가속도를 이용하여 노면 μ를 판정하고 있다.
즉, 이 공보에 의하면, 슬립시에는 차량가속도를 A 로 하고, 차량중량을 W 로 한 경우, 차량의 가속에 필요한 구동력 F 는,
F=W·A/g
로 구해진다 (g 는 중력가속도임). 또한, 이 구동력 F 는 구동륜과 노면사이의 마찰력에 의해 결정되고, 구동륜에 가해지는 하중 Wr 과 노면 μ을 사용하 여 F=μ·Wr 로 나타낼 수 있다. 이들 2 개의 식으로부터 노면 μ은, μ=W/Wr·g×A 로 구해진다.
그러나, 이 식에 의해 구해진 노면 μ은, 단순히 종동륜의 회전속도를 미분하여 구한 종동륜의 가속도를 차량가속도 A 로 치환하여, 상기 차량가속도 A 를 산출한 시점에서의 노면 μ으로, 실제의 노면과 타이어 사이의 노면 μ인지의 여부를 알 수 없고, 확률적으로도 그렇지 않은 경우의 가능성이 압도적으로 높다.
따라서, 이와 같은 노면 μ에 근거하여 ABS 등의 각종 차량운동제어를 실행하면, 실제의 노면 μ에 대응한 제어는 아니기 때문에, 부적당한 제어를 실행할 우려가 있다. 또, 운전수에게 미끄러지기 쉬운 노면인 것을 경고하는 경우에도, 상기 판정한 노면 μ에서는, 오보를 발할 우려가 있다. 또한, 노면 μ에 의해 최대제동력이 얻어지는 슬립률이 다르기 때문에, 고정된 기준슬립률로 추종제어를 행한 경우, 반대로 제동거리가 길어지거나, 타이어가 록되어 버릴 우려가 있다.
이 대책으로서, 노면상태를 판정하여, 판정한 노면 μ에 따라 기준 슬립률을 변화시킬 필요가 있으나, 노면 μ을 정밀하게 판정하는 기술은 없다.
본 발명은, 4 개의 타이어차륜의 회전정보를 사용하여 노면과 타이어 사이의 마찰계수를 판정함으로써, 차량의 성능 및 안전성을 높일 수 있는 노면마찰계수 판정장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 노면마찰계수 판정장치는, 차량의 4륜 타이어의 회전속도를 정기적으로 검출하는 회전속도검출수단과, 상기 회전속도검출수단에 의한 측정치로부 터, 슬립비를 연산하는 제 1 연산수단과, 이 슬립비와 차량의 가감속도와의 관계식을 구하는 제 2 연산수단과, 이 제 2 연산수단에 의해 구해진 관계식의 기울기에 근거하여, 노면과 타이어 사이의 마찰계수를 판정하는 마찰계수판정수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 노면마찰계수 판정방법은 차량의 4륜 타이어의 회전속도를 정기적으로 검출하는 공정과, 이 측정된 회전속도로부터 슬립비를 연산하는 공정과, 이 슬립비와 차량의 가감속도와의 관계식을 구하는 공정과, 상기 관계식의 기울기와 미리 설정된 임계값을 비교하는 공정과, 당해 비교 결과로부터 노면과 타이어 사이의 마찰계수를 판정하는 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 노면마찰계수 판정장치는, 차량의 4륜타이어의 회전속도를 정기적으로 검출하는 회전속도 검출수단과, 상기 회전속도 검출수단에 의한 측정치로부터 차량의 가감속도와 타이어의 슬립비를 연산하는 제 1 연산수단과, 상기 차량의 가감속도와 슬립비를 소정의 시간으로 이동평균을 행하는 이동평균처리수단과, 상기 이동평균처리수단에 의해 얻어진 이동평균치를 다시 이동평균처리하는 가중이동평균처리수단과, 상기 가중이동평균처리수단에 의해 얻어지는 가중이동평균치의 차량의 가감속도와 슬립비와의 관계식을 구하는 제 2 연산수단과, 상기 제 2 연산수단에 의해 구해진 관계식의 기울기에 근거하여, 노면과 타이어 사이의 마찰계수를 판정하는 마찰계수판정수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 노면마찰계수 판정방법은, 차량의 4륜 타이어의 회전속도를 정기적으로 검출하는 공정과, 상기 측정된 회전속도로부터, 차량의 가감속도와 타이어의 슬립비를 연산하는 공정과, 상기 차량의 가감속도와 슬립비를 소정의 시간으로 이동평균을 행하는 공정과, 상기 공정에 의해 얻어진 이동평균치를 다시 이동평균 처리하는 공정과, 상기 공정에 의해 얻어지는 가중이동평균치의 차량의 가감속도와 슬립비와의 관계식을 구하는 공정과, 상기 관계식의 기울기와 미리 설정된 임계값을 비교하는 공정과, 당해 비교 결과로부터 노면과 타이어 사이의 마찰계수를 판정하는 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면에 근거하여, 본 발명의 노면마찰계수 판정장치 및 방법을 설명한다.
도 1 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 관련되는 노면마찰계수 판정장치는, 4 륜차량의 타이어 (FLW, FRW, RLW 및 RRW) 에 각각 형성된 차륜타이어의 회전속도를 정기적으로 검출하는 회전속도검출수단 (S) 을 구비하고 있고, 이 회전속도검출수단 (S) 의 출력은, ABS 등의 제어유닛 (1) 에 전달된다. 또 이 제어유닛 (1) 에는, 도 2 에 나타나는 바와 같이, 액정표시소자, 플라즈마표시소자 또는 CRT 등이 구성된 표시수단인 경보표시기 (2) 가 접속되어 있다. (3) 은 운전자에 의해 조작되는 초기화 스위치이다.
상기 회전속도검출수단 (S) 으로서는, 전자픽업 등을 사용하여 회전펄스를 발생시켜 펄스의 수로부터 회전속도를 측정하는 차륜속센서 또는 다이나모와 같이 회전을 이용하여 발전을 실시하고, 이 전압으로부터 회전속도를 측정하는 것을 포함하는 각속도센서 등을 사용할 수 있다.
상기 제어유닛 (1) 은 도 2 에 나타나는 바와 같이, 외부장치와의 신호를 주고받는데 필요한 I/O 인터페이스 (1a) 와, 연산처리의 중추로서 기능하는 CPU (1b) 와, 이 CPU (1b) 의 제어동작 프로그램이 격납된 ROM (1c) 와, 상기 CPU (1b) 가 제어동작을 행할 때에 데이터 등이 일시적으로 입력되거나, 그 입력된 데이터 등이 판독되는 RAM (1d) 로 구성되어 있다.
본 실시형태에서는, 상기 제어유닛 (1) 에, 제 1 해결수단으로서, 상기 회전속도검출수단 (S) 에 의한 측정치로부터 슬립비 (전륜타이어의 차륜속도와 후륜타이어와의 차륜속도의 비) 를 연산하는 제 1 연산수단과, 이 슬립비와 차량의 가감속도와의 관계식을 구하는 제 2 연산수단과, 이 제 2 연산수단에 의해 구해지는 관계식의 기울기에 근거하여, 노면과 타이어 사이의 마찰계수 (μ) 를 판정하는 마찰계수판정수단을 구비하고 있다. 이 마찰계수판정수단에는, 상기 이 제 2 연산수단에 의해 구해지는 관계식의 기울기와 미리 설정된 임계값을 비교하는 비교수단을 포함하고 있다.
본 실시형태에서는, 상기 4륜 타이어의 회전속도를 0.1 초 이하, 바람직하게는 0.05 초 이하로 검출한다. 상기 차량의 가감속도는 G 센서로 측정할 수도 있으나, 4 륜 또는 종동륜의 평균차륜속도로부터 연산하는 것이 비용면에서 바람직하다.
이어서 상기 슬립비 및 차량의 가감속도를 일정시간분의 데이터, 예컨대 적어도 0.1 초분 이상의 데이터의 평균치로서, 샘플링시간마다 이동평균화하여 구하고, 이 이동평균된 값 (일정 개수의 슬립비와 차량의 가감속도) 을 근거로, 이 슬 립비와 이 차량의 가감속도와의 관계식을 구한다.
또한, 상기 이동평균된 슬립비 및 차량의 가감속도의 데이터, 예컨대 적어도 5 개 이상의 데이터를 사용하여, 슬립비와 차량의 가감속도와의 서로의 1 차의 회귀계수와 상관계수를 구한다. 여기에서, 이동평균하여 구해진 슬립비가 어느 일정값 이상인 경우 또는 일정값 이하인 경우 (예컨대, 0.07 이상 또는 -0.07 이하의 경우) 는, 회귀계수의 연산에는 사용하지 않고, 슬립경보로서 경보를 발하여도 된다.
이어서, 상기 상관계수의 값이 설정치 이상인 경우, 이 회귀계수를 갱신 및 유지하여, 이 회귀계수의 값과 미리 설정된 임계값을 비교함으로써 타이어와 노면과의 마찰계수를 판정한다.
본 실시형태에서는, 상기 노면마찰계수 판정수단에 의해, 노면이 저μ인 것으로 판정된 경우는, 상기 경보표시기 (2) 에 의해 경보를 발한다.
이하, 본 실시형태의 노면마찰계수 판정장치의 동작을 절차 ①∼⑧ 을 따라 설명한다.
① 차량의 4륜 타이어 (FLW, FRW, RLW 및 RRW) 의 각각의 회전속도로부터 차륜속도 (V1n, V2n, V3n, V4n) 를 산출한다.
예컨대, ABS 센서 등의 센서로부터 얻어진 차량의 각 차륜 타이어 (FLW, FRW, RLW, RRW) 의 어느 시점의 차륜속데이터를 차륜속도 (V1n, V2n, V3n, V4n) 로 한다.
② 이어서 종동륜 및 구동륜의 평균차륜속도 (Vfn, Vdn) 를 연산한다.
전륜구동의 경우, 어느 시점의 종동륜 및 구동륜의 평균차륜속도 (Vfn, Vdn) 를 다음의 수학식 1 및 수학식 2 에 의해 구할 수 있다.
Figure 112001003934947-pat00033
Figure 112001003934947-pat00034
③ 이어서 상기 종동륜의 평균차륜가감속도 (즉 차량의 가감속도 ; Afn) 를 연산한다.
상기 종동륜의 평균차륜속도 (Vfn) 보다 하나 전의 차륜속데이터로부터 평균차륜속도 (Afn-1) 로 하면, 종동륜의 평균차륜가감속도 (Afn) 는 각각 다음의 수학식 3 으로 구해진다.
Figure 112001003934947-pat00035
여기에서, △t 는 차륜속데이터로부터 산출되는 차륜속도 (Vfn 와 Vfn-1) 의 시간간격 (샘플링시간) 으로, g 는 중력가속도이다. 상기 샘플링시간으로서는, 데이터의 편차를 작게 하고, 또한 단시간에 판별하기 위해서는, 0.1 초 이하일 필요가 있다. 보다 바람직하게는 0.05 초 이하이다.
④ 이어서 상기 차량의 가감속도 (Afn) 의 값에 따라, 슬립비를 연산한다.
먼저, 가속상태에서 구동륜이 록상태로 차량이 미끄러지고 있을 때 (Vdn=0, Vfn≠0) 나, 감속상태에서 차량이 정지상태로 구동륜이 휠스핀을 일으키고 있을 때 (Vfn=0, Vdn≠0) 는, 일어날 수 없는 것으로서, 슬립비 (Sn) 를 다음의 수학식 4 및 수학식 5 로부터 연산한다.
Afn ≥0 및 Vdn≠0 인 경우,
Figure 112001003934947-pat00036
Afn 〈 0 및 Vfn≠0 인 경우,
Figure 112001003934947-pat00037
상기 이외의 경우는, Sn = 1 로 한다.
⑤ 이어서, 슬립비 및 차량의 가감속도의 데이터를 샘플링시간마다 이동평균화처리한다.
실제 주행중의 노면 μ은 일정하지 않고, 시시각각으로 변화하기 때문에, 단시간에 노면 μ을 추정할 필요가 있다. 또 직선회귀를 할 경우, 일정 이상의 데이터수가 없으면, 얻어진 회귀계수의 신뢰성이 떨어진다. 따라서, 단시간의 샘플링시간, 예컨대 수십 ㎳ 마다 데이터를 샘플링하여, 이 샘플링시간으로 얻어진 편차가 큰 데이터를 이동평균함으로써, 데이터의 수를 줄이지 않고, 데이터의 편차를 작게 할 수 있다.
슬립비에 대해서는,
Figure 112001003934947-pat00038
Figure 112001003934947-pat00039
Figure 112001003934947-pat00040
차량의 가감속도에 대해서는,
Figure 112001003934947-pat00041
Figure 112001003934947-pat00042
Figure 112001003934947-pat00043
⑥ 이어서, 슬립비와 차량의 가감속도와의 서로의 1 차의 회귀계수, 즉 슬립비의 차량의 가감속도에 대한 회귀계수 K1 과 차량의 가감속도의 슬립비에 대한 회 귀계수 K2 를 각각 다음의 수학식 12 및 수학식 13 으로부터 구한다.
Figure 112001003934947-pat00001
Figure 112001003934947-pat00002
여기에서,
Figure 112001013703065-pat00044
및
Figure 112001013703065-pat00045
는 각각 이동평균한 슬립비와 차량의 가감속도의 N 개의 평균치이다. 예컨대 표 1 로부터 회귀계수 K1 는 0.12 이고, 회귀계수 K2 는 7.27 이다.
Figure 112001003934947-pat00003
또, 상관계수 R 는,
R = K1 ×K2
로 된다.
이 상관계수는, 설정치, 예컨대, 0.6 이상이면, 회귀계수 K1 의 값을 갱신한다.
여기에서, 슬립비와 차량의 가감속도와의 관계라는 것은, 일반적인 타이어와 노면의 μ-s 곡선과 동일한 것으로, 노면 μ의 차이 (드라이아스팔트로 (R1) 의 고μ로, 압설로 (R2) 의 중μ로 및 동결 아스팔트로 (R3) 의 저μ로) 에 의해, 도 3 과 같이 된다. 그리고, 상기 회귀계수 K1, K2 는, μ-s 곡선의 균배를 구한 것이다. 이 μ-s 곡선은, 본래 곡선이지만, 실제의 주행시에 발생하는 슬립비의 범위에서는, 거의 직선으로 되어 있다. 즉, μ-s 의 곡선은, y=aX+b 의 방정식으로 나타낼 수 있다. 이 때의 계수 a 가 회귀계수 K1, K2 로, 직선의 균배를 의미하고 있다. 여기에서, y 를 슬립비로 할 것인지, 가속도로 할 것인지에 의해 a=K1 이거나 a=K2 이기도 하다. 본 실시형태에서는, y 를 슬립비로서 K1 의 값으로 노면 μ을 판정하고 있다. 물론, 회귀계수 K2 로부터도 노면 μ을 판정할 수도 있다.
또 상관계수 R 를 구하고 있는 이유는, 얻어진 회귀계수의 값이 적절한지의 여부를 판단하기 위해서이다. 즉, 상관계수 R 의 값이 큰 경우에는, 슬립비와 가속도 사이에 상관이 있어, 얻어진 회귀계수는 적절하지만, 상관계수 R 의 값이 작은 경우에는, 양자의 사이에 상관이 없어 얻어진 회귀계수는 부적절하기 때문에, 그 값으로 노면 μ을 판정하지 않도록 한다.
⑦ 이어서 회귀계수 K1 의 값에 의해, 노면 μ을 추정한다.
예컨대,
K1≤0.1 고μ로 (μ=0.7 이상)
0.1〈 K1≤0.16 중μ로 (μ=0.3 ∼ 0.7)
0.16〈K1 저μ로 (μ=0.3 이하)
이 회귀계수 K1 의 임계값은, 예컨대, 지금까지의 실험데이터로부터 얻을 수 있다.
⑧ 다음에 노면의 정보 (미끄러지기 쉬움) 를 운전수에게 경보한다.
나아가서는, 노면의 상태를 ABS 장치나 TRC 장치 등의 제어에 사용한다.
다음에 본 발명을 실시예에 근거하여 설명하는데, 본 발명은 이와 같은 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
먼저 전륜구동차의 4 륜 타이어로서, 스터드리스타이어 (studless tire) (스미또모고무고교(주) 제조 그라스픽 DS-1) 를 사용하여, 차량을 드라이아스팔트로 (R1), 압설로 (R2) 및 동결아스팔트로 (R3) 를 주행시켰다. 이 때의 주행조건은, 각 노면 모두 50 ㎞/h 전후의 주행이다. 차륜의 차륜속도의 샘플링시간에 관하여, 데이터수를 많게 하고, 또한 편차나 측정오차를 배제하기 위해, 예컨대, 1 초에서는 샘플링시간이 너무 길기 때문에 40 ㎳ 로 하였다.
그리고, 도 4 에 나타나는 바와 같이, 회전속도검출수단으로부터 출력되는 차륜속펄스에 근거하여, 차륜속도를 대입하여, 40 ㎳ 마다의 종동륜의 평균차륜가감속도 (차량의 가감속도) 및 전후륜의 슬립비를 계산하였다 (단계 S1, S2, S3).
이어서, 종동륜의 평균차륜가감속도 및 전후륜의 슬립비에 대하여, 1 초분의 25 개의 데이터를 평균화하여, 샘플링시간 (40 ㎳) 마다 이동평균치로서 구하였다 (단계 S4, S5). 여기에서, 슬립비가 0.05 이상 또는 -0.05 이하로 된 경우에는, 그 시점에서 슬립경보를 발하는 것으로 하였다 (단계 S6). 그 이외의 경우는, 이동평균된 종동륜의 평균차륜가감속도와 슬립비의 50개분의 데이터로 슬립비에 대한 종동륜의 평균차륜가감속도의 1 차의 회귀계수 K1를 구하였다 (단계 S7).
또한, 이 때의 상관계수 R 를 구하여 (단계 S8), 이 상관계수 R 이 0.6 이상이면 회귀계수 K1 의 값을 갱신하고, 유지하였다 (단계 S9). 이 때의 각각의 노면에서 얻어진 회귀계수의 시간의 경과에 따른 변화를 도 5 에 나타낸다. 드라이아스팔트 (R1) 의 경우, 회귀계수 K1 는 끊임없이 0.12 이하에서 변하고 있는 것에 대하여, 압설로 (R2) 에서는, 약 0.1 ∼ 0.2 의 사이에서 변하고 있다. 또 동결 아스팔트로 (R3) 에서는, 회귀계수 K1 의 값이 크게 변동하고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 노면의 상태가 일정하지 않기 때문이다. 사실, 평가를 행한 노면은, 얼핏보아 검게 아스팔트로 생각되었지만, 실제로 차에서 내리면, 가는 곳마다 동결되어 있어, 매우 미끄러지기 쉬운 상태이었다.
그리고, 회귀계수 K1 의 값과 미리 설정된 임계값 (0.12 와 0.18) 을 비교하여, 타이어와 노면과의 마찰계수 (μ) 를 판정한다. 상기 회귀계수 K1 및 상관계수 (R) 의 연산은 샘플링시간 (40 ms) 마다 행하여, 이하의 임계값으로 노면 μ을 판정하였다 (단계 S10, S11, S12).
K1≤0.12 고μ로 (경보, 주의보 모두 발하지 않음)
0.12〈 K1≤0.18 중μ로 (슬립주의보를 발함)
0.18〈K1 저μ로 (슬립경보를 발함)
그 결과, 드라이아스팔트의 경우, 슬립주의보 및 슬립경보 모두 전혀 발생하지 않았다. 압설로의 경우에는, 거의 끊임없이 슬립주의보가 발해지고, 드물게 슬립경보도 발해졌다. 동결아스팔트에서는, 슬립주의보 뿐만아니라, 슬립경보도 빈번하게 발하였다.
또한, 본 실시예에서는, 회귀직선을 구하는 데이터수를 50 개로 하였는데, 본 발명에 있어서는 이것에 한정되는 것은 아니다. 단, 데이터수가 너무 적으면 신뢰성이 높은 결과를 얻을 수 없게 되기때문에, 최저 5 개 이상은 필요하지만, 반대로 데이터수를 너무 많이 하면, 그만큼 샘플링시간이 걸려, 노면의 상태가 서서히 변화할 경우에는, 데이터가 불균일해져 상관계수가 반대로 낮아져 노면 μ을 판별할 수 없는 경우가 증가하는 결과로 되므로, 샘플링시간과의 균형으로 결정하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 시스템을 사용함으로써, 노면 μ을 정밀하게, 또한 단시간에 판별하는 것이 가능해져, 운전수에게 미끄러지기쉬운 위험한 상태인 것을 전달할 수 있었다.
그리고, 이 판정된 노면 μ의 정보를 ABS 장치나 TRC 장치 등에 사용함으로써, 노면 μ에 따른 최적한 제어를 행할 수 있다. 또, 저μ로로 판정된 경우, 운전수에게 미끄러지기쉬운 노면이라고 주의시킬 수 있다.
다음에 본 발명의 다른 실시형태를 설명한다. 이 외의 실시형태에서는, 상기 제어유닛 (1) 에, 상기 회전속도검출수단 (S) 에 의한 측정치로부터, 차량의 가감속도와 타이어의 제 1 슬립비를 소정의 시간으로 이동평균을 행하는 이동평균처리수단과, 이 이동평균처리수단에 의해 얻어진 이동평균치를 다시 이동평균처리하는 가중이동평균처리수단과, 이 가중이동평균처리수단에 의해 얻어지는 가중이동평균치의 차량의 가감속도와 제 2 슬립비와의 관계식을 구하는 제 2 연산수단과, 이 제 2 연산수단에 의해 구해진 관계식의 기울기에 근거하여, 노면과 타이어 사이의 마찰계수를 판정하는 마찰계수판정수단을 구비하고 있다. 이 마찰계수판정수단에는, 상기 이 제 2 연산수단에 의해 구해지는 관계식의 기울기와 미리 설정된 임계값을 비교하는 비교수단을 포함하고 있다.
본 실시형태에서는, 상기 4 륜 타이어의 회전속도를 0.2 초 이하마다 정기적으로 검출한다. 상기 차량의 가감속도는 G 센서로 측정할 수도 있으나, 4 륜 또는 종동륜의 평균차륜속도로부터 연산하는 것이 비용면에서 바람직하다.
이어서, 상기 차량의 가감속도 및 슬립비를 일정시간분의 데이터, 예컨대, 적어도 0.1 초분의 데이터의 평균치로서, 샘플링시간마다 이동평균화하여 구한다. 그리고, 이 이동평균화된 차량의 가감속도 및 슬립비에 대하여, 또한 일정시간분의 데이터를 샘플링시간마다 이동평균치로서 구한다. 이와 같이 2 회 또는 3 회 이상 이동평균화된 값 (일정개수의 슬립비와 차량의 가감속도) 을 근거로, 이 슬립비의 이 차량의 가감속도에 대한 1 차의 회귀계수와 상관계수를 구한다. 여기에서, 가중이동평균하여 구해진 슬립비가 어느 설정치 이상인 경우에는, 회귀계수의 연산에는 사용하지 않고, 슬립경보로서 경보를 발하여도 된다.
또한, 상기 샘플링시간으로서는, 데이터의 편차를 작게 하고, 또한 단시간에 판별하기 위해서는, 0.2 초 이하일 필요가 있다. 보다 바람직하게는 0.05 초 이하이다. 또 1 회째의 이동평균의 평균시간이 0.2 ∼ 2 초이고, 2 회째 이후의 이동평균의 평균시간이 0.1 ∼ 1 초인 것이 바람직하다.
이어서, 상기 상관계수의 값이 설정치 이상인 경우, 이 회귀계수를 갱신 및 유지하여, 이 회귀계수의 값과 미리 설정된 임계값을 비교함으로써 타이어와 노면과의 마찰계수를 판정한다.
본 실시형태에서는, 상기 노면마찰계수판정수단에 의해, 노면이 저μ인 것으로 판정된 경우에는, 상기 경보표시기 (2) 에 의해 경보를 발한다.
본 실시형태의 노면마찰계수 판정장치의 동작은 상기 실시형태에서의 절차 ①∼⑤ 는 동일한 절차이지만, 여기에서, 일반적으로 회귀계산을 행하는 경우, 회귀하는 데이터의 편차가 크면 상관계수가 낮아져, 회귀계수의 정밀도가 떨어진다.
따라서, 상관계수가 어느 일정 이상 낮은 경우에는, 연산결과 (회귀계수) 를 갱신하지 않고, 전의 연산결과에 이어지도록 한다. 그 결과, 상관계수가 낮아 계산결과가 갱신되지 않는 비율이 많으면, 그만큼 노면 μ을 추정할 수 없는 비율이 많다는 것이 된다. 따라서, 어떻게 데이터의 편차를 억누르고 (노이즈를 없애고), 상관계수가 낮은 비율을 줄이는가가 중요하게 된다. 이를 위해, 이동평균처리를 행하고 있다.
그러나, 상기 데이터의 편차에 여러가지 원인이 포함되어 있으나, 큰 요인에 타이어의 회전에 따른 변동이 있다. 이것은, 타이어의 회전주기와 동일한 주파 수로 나타난다. 예컨대, 보통 승용차의 일반적인 타이어의 반경은, 약 300 ㎜ 전후이므로, 타이어의 둘레길이는 약 1.9 m 으로 되어, 30 ㎞/h 의 주행에서는, 약 4.4 ㎐ 의 주파수변동이 발생한다. 즉, 주행속도에 따라 변화하기 때문에, 이동평균처리에서는, 충분히 변동을 억제할 수 없을 우려가 있다.
예컨대, 0.5 초간 (2 ㎐) 의 이동평균처리를 행한 경우, 2, 4, 6, 8 ㎐ … 란 2 의 정수배의 주파수성분은 제거할 수 있지만, 그 이외의 주파수성분은 완전히 제거할 수 없다. 이동평균의 시간 (T) 을 1 초 (1 ㎐), 2 초 (0.5 ㎐), 3 초 (0.33 ㎐) 로 길게 해가면 대부분의 주파수성분을 제거할 수 있지만, 길게 하면 할수록 응답성이 나빠질 뿐만아니라, 필요한 주파수변동 (액셀의 ON, OFF) 도 제거하기 어렵지 않다.
따라서, 본 실시형태에서는, 가중이동평균을 행함으로써, 응답시간 (마찰계수 (μ) 를 판단하는데 필요한 시간) 을 길게 하지 않고, 변동을 억제하여, 상관관계가 낮은 비율을 저하시킨다.
따라서, 추가로 이동평균화처리를 행한다.
Figure 112001003934947-pat00004
Figure 112001003934947-pat00005
Figure 112001003934947-pat00006
슬립비에 대해서도 동일하게 이동평균화처리를 행한다.
Figure 112001003934947-pat00007
Figure 112001003934947-pat00008
Figure 112001003934947-pat00009
이어서 상기 실시형태에서의 절차 ⑥∼⑧ 을 실시한다.
다음에 본 실시형태를 실시예에 근거하여 설명하는데, 본 발명은 이와 같은 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 2
먼저 전륜구동차의 차량을 준비하고, 타이어로서, 스터드리스타이어 (스미또모고무고교(주) 제조의 그라스픽DS-1) 을 장착하였다. 그리고, 차량을 드라이아스팔트로 (R1), 압설로 (R2) 및 동결아스팔트로 (R3) 을 주행시켰다. 이 때의 주행조건은, 각 노면모두 20 ∼ 80 ㎞/h 전후의 주행이다. 차륜의 차륜속도 의 샘플링시간에 관하여, 데이터수를 많게 하고, 또한 편차나 측정오차를 배제하기 위해, 예컨대 1 초로는 샘플링시간이 너무 길기때문에 40 ㎳ 로 하였다.
그리고, 회전속도검출수단으로부터 출력되는 차륜속 펄스에 근거하여, 차륜속도를 넣어, 40 ㎳ 마다의 종동륜의 평균차륜가감속도 (차량의 가감속도) 및 전후륜의 슬립비를 계산하였다. 상기 종동륜의 평균차륜가감속도에 대해서만 표 2 에 나타낸다.
Figure 112001003934947-pat00010
이어서, 종동륜의 평균차륜가감속도 및 전후륜의 슬립비에 대하여, 1초분의 25 개의 데이터를 평균화하여, 샘플링시간 (40 ㎳) 마다 이동평균치를 구하였다 ( 표 2 참조)
또한, 이동평균화된 종동륜의 평균차륜가감속도 및 전후륜의 슬립비에 대하여, 0.52 초분 (13 개) 의 데이터를 평균화하여, 샘플링시간 (40 ㎳) 마다 가중이동평균치를 구하였다 (표 2 참조).
다음에 샘플링시간마다 가중이동평균하여 얻어진 종동륜의 평균차륜가감속도 및 전후륜의 슬립비의 데이터를 50 개 축적하여, 슬립비에 대한 종동륜의 평균차륜가감속도의 1 차의 회귀계수 K1 를 구하였다 (표 2 참조). 회귀계수 K1 는, 샘플링시간마다 가중이동평균된 종동륜의 평균차륜가감속도 및 전후륜의 슬립비의 새로운 데이터가 가장 오래된 데이터로 전환됨으로써, 샘플링시간마다 연산된다. 단, 가중이동평균된 슬립비가 0.5 이상 또는 -0.5 이하로 된 경우에는, 50 개의 축적에 추가하지 않고, 그 시점에서 슬립경보를 발하였다.
또한, 이 때의 상관계수 R 을 구하여, 이 상관계수 R 이 0.6 이상이면 회귀계수 K1 의 값을 갱신하여 유지하였다. 상관계수 R 이 0.6 미만인 경우에는, 회귀계수 K1 의 값은, 갱신하지 않는 것으로 하였다. 이 경우, 샘플링개시로부터 회귀계수 K1 이 얻어질 때까지의 최단시간 (응답시간) 은, 표 2 에 나타나는 바와 같이 1 회째의 이동평균 (No.25) 의 처리개시시간 1 초, 2 회째의 이동평균 (No.37) 의 처리시간 0.52 초, 회귀를 위한 데이터수 축적 (No.37∼86) 의 50개까지의 처리시간 2 초를 더하여, 데이터의 오버랩 (No.25 와 No.37) 의 시간 0.08 (2×0.04) 초를 빼면 3.44 초로 된다.
이 회귀계수 K1 의 값과 미리 설정된 임계값 (0.12 와 0.18) 을 비교하여, 타이어와 노면과의 마찰계수 μ를 판정한다. 즉 상기 회귀계수 K1 및 상관계수 R 의 연산은, 샘플링시간 (40 ㎳) 마다 행하여, 이하의 임계값으로 노면 μ을 판정하였다.
K1≤0.12 고μ로 (경보, 주의보 모두 발하지 않음)
0.12〈 K1≤0.18 중μ로 (슬립주의보를 발함)
0.18〈K1 저μ로 (슬립경보를 발함)
실시예 3
본 실시예 3 은, 상기 실시예 2 와 동일한 데이터의 연산처리에 대하여, 가중이동평균화를 2 회 실시하였다. 즉, 종동륜의 평균차륜가감속도 및 전후륜의 슬립비에 대하여, 0.76 초분 (19개) 의 데이터를 평균화하여, 샘플링시간 (40 ㎳) 마다 이동평균치를 구하였다.
이어서 이동평균화된 종동륜의 평균차륜가감속도 및 전후륜의 슬립비에 대하여, 0.36 초분 (9 개) 의 데이터를 평균화하여, 샘플링시간 (40 ㎳) 마다 가중이동평균치를 구하였다.
또한, 가중이동평균화된 종동륜의 평균차륜가감속도 및 전후륜의 슬립비에 대하여, 0.16 초분 (4 개) 의 데이터를 평균화하고, 샘플링시간 (40 ㎳) 마다 가중이동평균치를 구하였다.
그 후의 절차는 상기 실시예 2 와 동일한 절차로 실시하였다. 또한, 샘플링개시로부터 회귀계수 K1 이 얻어질 때까지의 최단시간 (응답시간) 은 3.16 초 (=0.76 초+0.36초+0.16 초+2초-0.12초) 이다.
그리고 구해진 회귀계수 K1 의 값에 의해, 실시예 1 과 동일하게, 타이어와 노면과의 마찰계수 μ를 판별하였다.
비교예 1
실시예 2 와 동일한 데이터에 근거하여, 종동륜의 평균차륜가감속도 및 전후륜의 슬립비에 대하여, 가중이동평균은 실시하지 않고, 0.8 초분 (20 개) 의 데이터를 평균화하여, 샘플링시간 (40 ㎳) 마다 1 회만의 이동평균치를 구하였다.
그 후의 절차는 상기 실시예 2 와 동일한 절차로 실시하였다. 또한, 샘플링개시로부터 회귀계수 K1 가 얻어질 때까지의 최단시간 (응답시간) 은 2.76 초 (0.8 초+2초-0.04초) 이다.
그리고, 구해진 회귀계수의 값에 의해, 실시예 2 와 동일하게, 타이어와 노면과의 마찰계수 μ를 판별하였다.
비교예 2
실시예 2 와 동일한 데이터에 근거하여, 종동륜의 평균차륜가감속도 및 전후륜의 슬립비에 대하여, 가중이동평균은 실시하지 않고, 1.2초분 (30 개) 의 데이터를 평균화하여, 샘플링시간 (40 ㎳) 마다 1 회만의 이동평균치로 구하였다.
그 후의 절차는 상기 실시예 2 와 동일한 절차로 실시하였다. 또한, 샘플링개시로부터 회귀계수 K1 가 얻어질 때까지의 최단시간 (응답시간) 은 3.16 초 (1.2 초+2 초-0.04초) 이다.
구해진 회귀계수의 값에 의해, 실시예 2와 마찬가지로, 타이어와 노면과의 마찰계수 (μ) 를 판별하였다.
비교예 3
실시예 2 와 동일한 데이터에 대하여, 종동륜의 평균차륜 가감속도 및 전후륜의 슬립비에 대하여, 가중이동평균은 실시하지 않고, 1.6초분 (40 개) 의 데이터를 평균화하고, 샘플링시간 (40 ㎳) 마다 1 회만의 이동평균치로 구하였다.
그 후의 절차는 상기 실시예 2 와 동일한 절차로 실시하였다. 또한, 샘플링개시로부터 회귀계수 K1 이 얻어질 때까지의 최단시간 (응답시간) 은 3.56 초 (1.6 초+2 초-0.04초) 이다.
구해진 회귀계수의 값에 의해, 실시예 2와 마찬가지로, 타이어와 노면과의 마찰계수 μ를 판별하였다.
상기 실시예 2, 3 및 비교예 1 ∼ 3 에서의 건조아스팔트, 압설 및 동결아스팔트의 각 노면에서의 회귀계수 K1 의 빈도비율을 각각 도 6 ∼ 10 에서의 (a), (b) 및 (c) 에 나타낸다. 도 6 ∼ 10 에서, 이하의 임계값에 의해 노면 μ를 판정한 결과, 고μ로, 중μ로 및 저μ로를 각각 A, B, C 로 나타내고 있다.
K1≤0.12 고μ로 A (경보, 주의보 모두 발하지 않음)
0.12〈 K1≤0.18 중μ로 B (슬립주의보를 발함)
0.18〈K1 저μ로 C (슬립경보를 발함)
실시예 2 , 3 및 비교예 1 ∼ 3 의 전부에 있어서, 도 6a ~ 도 10a 에 나타낸 바와 같이, 건조아스팔트로에서는, 판정치인 회귀계수 K1 의 97% 이상이 0.12 이하로 고μ로 A 로 판정할 수 있는 것에 대하여, 도 6b∼ 도 10b 에 나타나는 바와 같이, 압설로에서는, 회귀계수 K1 의 50% 전후가 0.12 를 초과하는 중μ로 B 및 저μ로 C 로 판정되어, 빈번하게 주의보 또는 경보가 발하여졌다.
또, 도 6c ∼ 도 10c 에 나타내는 바와 같이, 동결아스팔트로에서는, 회귀계수 K1 의 80% 전후가 0.12 를 초과하는 중μ로 B 및 저μ로 C 로 판정되고, 또한 그 절반이 0.18 을 초과하는 저μ로 C 로 되어 있어, 거의 계속 주의보 또는 경보가 발해졌다.
이상과 같이, 상기 결과만으로는, 가중이동평균을 실시하지 않아도 충분히 노면의 마찰계수 μ를 판정하는 것이 가능하다.
또한, 표 2 및 도 11 에 실시예 2, 3 및 비교예 1 ∼ 3 에 있어서, 샘플링개시로부터 회귀계수 K1 이 얻어질 때까지의 최단시간, 즉 응답시간과 상관계수 R 이 0.6 미만에서 회귀계수 K1 의 값이 갱신되지 않았던 비율의 관계를 나타내고 있다. 또한, 상관계수 R〈0.6 의 비율은, 건조아스팔트, 압설, 동결아스팔트의 모든 노면의 평균이다.
실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3
응답시간(초) 3.44 3.16 2.76 3.16 3.56
R〈0.6의 비율(%) 15 21 49 32 23
노면의 마찰계수 μ가 균일하지 않은 점에서, 응답시간은 짧을수록 좋고, 또 회귀계수 K1 이 갱신되지 않았던 비율은 적을수록 좋은 것을 생각할 수 있다. 이 때문에, 비교예 1 ∼ 3 에 대하여, 가중이동평균을 실시한 실시예 2,3 의 것이 응답시간에 대한 회귀계수 K1 이 갱신되지 않았던 비율이 적어, 보다 우수한 것을 알 수 있다.
본 실시예에서는, 회귀직선을 구하는 데이터수를 50 개로 하였으나, 본 발명에서는, 이것에 한정되는 것은 아니다. 단, 데이터수가 너무 적으면 회귀계수 K1 의 값이 불균일해지거나, 상관계수 R 이 0.6 미만이 되는 경우가 증가하고, 회귀계수 K1 의 값이 자주 갱신되지 않는 경우가 일어나기 때문에, 최저 5 개는 필요하지만, 반대로 데이터수를 너무 많게 하면, 응답시간이 길어질뿐만 아니라, 노면의 상태가 점점 변화하는 경우에는, 데이터의 편차가 커져 반대로 상관계수 R 가 낮은 비율이 많아져, 노면 μ을 판별할 수 없는 경우가 증가하는 결과로 되므로, 샘플링시간과의 균형으로 결정하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 시스템을 사용함으로써, 노면 μ을 정밀하게, 또한 단시간에 판별하는 것이 가능해져, 운전수에게 미끄러지기 쉬운 위험한 상태임을 전달할 수 있었다.
그리고, 이 판정된 노면 μ의 정보를 ABS 장치나 TRC 장치 등에 사용함으로써, 노면 μ에 따른 최적한 제어를 실시할 수 있다. 또, 저μ로로 판정된 경우, 운전수에게 미끄러지기 쉬운 노면이라고 주의시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 4 륜의 차륜회전속도정보만으로 노면 μ을 정밀하게, 또한 단시간에 판별할 수 있기 때문에, 차량의 성능 및 안전성을 높일 수 있다.
또, 차량의 가감속도 및 전후륜의 슬립비를 가중이동평균함으로써, 데이터의 편차가 억제되기 때문에, 응답시간을 길게 하지 않고, 판정결과가 갱신되지 않는 비율을 저감할 수 있다. 그 결과, 노면 μ을 정밀하게, 또한 단시간에 판별할 수 있고, 또한 차량의 성능 및 안전성을 높일 수 있다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 차량의 4륜 타이어의 회전속도를 정기적으로 검출하는 공정;
    상기 측정된 회전속도로부터 슬립비를 연산하는 공정;
    상기 슬립비와 차량의 가감속도와의 관계식을 구하는 공정;
    상기 관계식의 기울기와 미리 설정된 임계값을 비교하는 공정; 및
    상기 비교의 결과로부터 노면과 타이어 사이의 마찰계수를 판정하는 공정을 포함하고,
    상기 슬립비 및 상기 차량의 가감속도를 일정시간분의 데이터의 평균치로서, 샘플링시간마다 이동평균화하여 구하고, 상기 이동평균된 슬립비 및 상기 차량의 가감속도의 데이터를 사용하여, 슬립비와 차량의 가감속도와의 서로의 1 차의 회귀계수와 상관계수를 구하여, 상기 상관계수의 값이 설정치 이상인 경우 상기 회귀계수를 갱신 및 유지하여, 상기 회귀계수의 값과 미리 설정된 임계값을 비교함으로써 타이어와 노면의 마찰계수를 판정하는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수판정방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전속도의 검출은 적어도 0.1 초 이하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수판정방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 차량의 가감속도는 상기 4 륜 타이어의 회전속도검출수단의 측정치로부터 연산되는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수판정방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 차량의 4륜타이어의 회전속도를 정기적으로 검출하는 회전속도 검출수단;
    상기 회전속도 검출수단에 의한 측정치로부터 차량의 가감속도와 타이어의 슬립비를 연산하는 제 1 연산수단;
    상기 차량의 가감속도와 슬립비를 소정의 시간으로 이동평균을 행하는 이동평균처리수단;
    상기 이동평균처리수단에 의해 얻어진 이동평균치를 다시 이동평균처리하는 가중이동평균처리수단;
    상기 가중이동평균처리수단에 의해 얻어지는 가중이동평균치의 차량의 가감속도와 슬립비와의 관계식을 구하는 제 2 연산수단; 및
    상기 제 2 연산수단에 의해 구해진 관계식의 기울기에 근거하여 노면과 타이어 사이의 마찰계수를 판정하는 마찰계수판정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수판정장치.
  8. 차량의 4륜 타이어의 회전속도를 정기적으로 검출하는 공정;
    상기 측정된 회전속도로부터 차량의 가감속도와 타이어의 슬립비를 연산하는 공정;
    상기 차량의 가감속도와 슬립비를 소정의 시간으로 이동평균을 행하는 공정;
    상기 공정에 의해 얻어진 이동평균치를 다시 이동평균을 행하는 공정;
    상기 공정에 의해 얻어지는 가중이동평균치의 차량의 가감속도와 슬립비와의 관계식을 구하는 공정; 상기 관계식의 기울기와 미리 설정된 임계값을 비교하는 공정; 및
    상기 비교 결과로부터 노면과 타이어 사이의 마찰계수를 판정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수판정방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가중이동평균치의 차량의 가감속도 및 상기 슬립비의 데이터를 사용하여, 차량의 가감속도와 슬립비의 서로의 1 차의 회귀계수와 상관계수를 구하여, 상기 상관계수의 값이 설정치 이상인 경우 상기 회귀계수를 갱신 및 유지하여, 상기 회귀계수의 값과 미리 설정된 임계값을 비교함으로써 타이어와 노면의 마찰계수를 판정하는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수판정방법.
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