KR100783953B1

KR100783953B1 - 타이어 압력감지 시스템의 공기압 센싱구조

Info

Publication number: KR100783953B1
Application number: KR1020060124615A
Authority: KR
Inventors: 권태석
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2007-12-10

Abstract

본 발명은 타이어의 공기압과 온도 등을 항상 적정한 상태로 유지시켜 타이어의 내구성과 승차감, 제동력 등을 향상시켜 줄 수 있도록 하는 타이어 압력감지 시스템(TPMS;Tire Pressure Monitoring System)의 공기압 센싱구조에 관한 것으로,

종래 구조은 가변 격막(20')이 변화되는 방향(수직)과 압전기의 방향(수평)이 직각으로 되어 있기 때문에 민감도 및 정확도가 저하되는 문제가 있었고, 또한 공기의 압력변화가 바로 가변 격막(20')을 통해 압전기(30')에 전달되므로 민감도 및 전달계수의 조정이 어렵게 되는 문제가 있었던 바,

기판(10)의 상단에 가이드(11)를 마련하고, 가이드(11)의 내부 하단에 압전기(30)를 설치하며, 기판(10)의 상부에 설치되는 가변 격막(20)의 하단에 상기 가이드(11)에 삽입 지지되는 가압부싱(21)을 마련하고, 가압부싱(21)의 하단에 압전기(30)를 가압할 수 있도록 하는 컨텍단자(23)를 설치하며, 가압부싱(21)의 내부에 가변 격막(20)을 탄성 지지하는 스프링(22)을 설치한 것을 특징으로 하는 본 발명에 의하면 가변 격막(20)이 변화되는 방향과 압전기(30)의 가압 방향이 같기 때문에 타이어 공기압의 변화에 민감하고도 정확하게 반응할 수 있게 되며, 타이어 공기압의 변화가 스프링(22)으로 탄성 지지되는 가변 격막(20)을 통해 압전기(30)에 전달되므로 스프링(22)의 탄성계수를 조정하는 것에 의해 민감도 및 전달계수를 용이하게 조정할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

타이어 압력감지 시스템, 공기압 센서, 기판, 가변 격막, 압전기, 컨텍단자, 스프링

Description

타이어 압력감지 시스템의 공기압 센싱구조 {a anti-roll system with bump stopper}

도 1은 본 발명이 관계하는 타이어 압력감지 시스템의 구성도

도 2는 동 타이어 압력감지 시스템의 공기압 센서의 사시도

도 3은 동 공기압 센서의 분해 사시도

도 4는 동 공기압 센서의 작동 블록도

도 5는 동 공기압 센서의 공기압 측정 흐름도

도 6a는 종래 공기압 센싱구조의 압력변화가 없을 경우의 종단면도

도 6b는 종래 공기압 센싱구조의 압력변화 시의 종단면도

도 7a는 본 발명의 한 실시예의 압력변화가 없을 경우의 종단면도

도 7b는 동 실시예의 압력변화 시의 종단면도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

10 : 기판 11 : 가이드

20 : 가변 격막 21 : 가압부싱

22 : 스프링 23 : 컨텍단자

30 : 압전기

본 발명은 타이어의 공기압과 온도 등을 항상 적정한 상태로 유지시켜 타이어의 내구성과 승차감, 제동력 등을 향상시켜 줄 수 있도록 하는 타이어 압력감지 시스템(TPMS;Tire Pressure Monitoring System)의 공기압 센싱구조에 관한 것으로, 더 자세하게는 스프링으로 탄성지지되는 가변 격막의 하단에 컨텍단자를 마련하고, 가변 격막 하부에 설치되는 기판에 압전기를 설치한 것에 관한 것이다.

본 발명이 관계하는 타이어 압력감지 시스템(TPMS;Tire Pressure Monitoring System)은 타이어의 공기압을 모니터링하며 규정 공기압 이하로 떨어질 경우 운전자에게 이를 경고하여 사고를 미연에 방지하는 시스템이다.

일반적으로 타이어의 공기압이 너무 높거나 낮으면 타이어가 터지거나 차량이 쉽게 미끄러져 대형사고로 이어질 가능성이 있으며, 또한 연료 소모량이 많아져 연비가 악화되고, 타이어 수명이 짧아질 뿐 아니라 승차감과 제동력도 많이 떨어진다.

이러한 타이어의 결함을 막기 위해 차량에 장착하는 안전장치가 타이어 압력감지 시스템(TPMS)이며, 타이어에 부착된 전파식별(RF ID)센서로 타이어의 압력과 온도를 감지한 뒤 이 정보를 운전석으로 보내 운전자가 실시간으로 타이어의 압력 상태를 점검할 수 있게 설계되어 있다.

이 시스템을 이용하면 타이어의 내구성·승차감·제동력 향상은 물론, 연비도 높일 수 있고, 주행 중 차체가 심하게 흔들리는 것도 막을 수 있다.

이 시스템은 미국 법규로 제정되어지고 있으며, 여러 자동차 메이커와 부품 업체에서 개발 적용중에 있다.

또한 현재 유럽 및 국내에도 옵션으로 적용되고 있으며 법규 제정 또한 검토중이므로 향후 기본 적용이 예상되는 시스템 중 하나이다.

이 시스템의 구성은 타이어 공기압 센서가 4개의 타이어에 각각 장착되며, 각 공기압 센서가 차량의 엔진콘트롤유니트(ECU)에 의해 접속되고, 운전자에게 경보를 할 수 있는 디스플레이 장치가 구비되는 형태로 되어 있는 바, 타이어에 장착된 공기압 센서는 타이어의 공기압을 수초~수분 간격으로 적외선(RF) 통신으로 엔진콘트롤유니트(ECU)에 전달하고 이를 받은 엔진콘트롤유니트(ECU)는 타이어의 공기압이 낮아질 경우 이를 모니터링 하다가 규정치 이하일 때 운전자에게 이를 알려주게 된다.

즉, 본 발명이 관계하는 타이어 압력감지 시스템(TPMS)은 도 1과 같이 각 타이어(T)에 부착 설치되어 압력을 측정할 수 있도록 하는 공기압 센서(TPMS Sensor); 각 공기압 센서로부터 송신되는 공기압 정보를 수신하여 적정 공기압 여부를 판단할 수 있도록 하는 리시버(Receiver); 리시버로부터 신호를 받아 해당 밸브에 LF신호를 발신하여 밸브가 RF신호를 발신하게 함으로써 각 센서 및 타이어의 위치를 판별할 수 있도록 하는 이니시에이터(Initiator); 그리고 공기압이 부족한 경우 경보음이나 경보등을 작동하는 디스플레이(Display)로 이루어진다.

상기에서 각 타이어에 부착되는 공기압 센서(TPMS Sensor)는 도 2 및 도 3과 같이 하우징의 내부에 RF안테나, 배터리, 공기압 측정 센서, PCB 등이 설치되고, 하우징의 일측에 밸브조립체 등이 설치되는 형태를 갖는다.

도 4에는 상기 공기압 센서의 작동 블록도가 도시되어 있는 바, 공기압 센서의 핵심 부품인 공기압 측정 센서에 타이어 내부의 공기압, 온도가 입력되면 RF안테나를 통해 센서ID, 공기압, 온도, 배터리잔량이 리시버로 출력된다.

도 5에는 공기압 측정 흐름도가 도시되어 있고, 도 6a 및 도 6b에는 종래의 공기압 측정구조의 작동상태도가 도시되어 있다.

종래에 있어서 타이어 압력감지 시스템(TPMS)의 공기압 측정구조는 도 6a 및 도 6b와 같이 진공막(10';vacuum cavity)의 상부에 가변 격막(20';Diaphragm)이 설치되고, 가변 격막(20')의 일측에 압전기(30')가 설치되는 형태로 되어 있다.

상기 종래 기술에서는 도 6a와 같이 압력 변화가 없어 가변 격막(20')이 수평을 유지하고 있는 상태에서 압력 증가로 가변 격막(20')에 수직방향으로 압력이 가해지게 되면 도 6b와 같이 가변 격막(20')의 중앙부가 오목하게 눌리면서 압전기(30')의 저항값이 변화되고, 그에 따라 회로의 전압이 변화되며, 이 전압 변화량을 측정하여 공기압을 모니터링하게 된다.

그러나 상기 종래 기술은 가변 격막(20')이 변화되는 방향(수직)과 압전기의 방향(수평)이 직각으로 되어 있기 때문에 민감도 및 정확도가 저하되는 문제가 있었고, 또한 공기의 압력변화가 바로 가변 격막(20')을 통해 압전기(30')에 전달 되므로 민감도 및 전달계수의 조정이 어렵게 되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 공기의 압력 변화를 안정적으로 압전기에 전달하여 민감도 및 정확도를 향상시킬 수 있도록 함은 물론 민감도 및 전달계수의 조정을 용이하게 할 수 있도록 하는 타이어 압력감지 시스템의 공기압 센싱구조를 제공하는 데에 있는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 기판에 마련한 가이드의 내부 하부에 압전기를 설치하고, 가변 격막의 하단에 마련한 가압부싱의 하단에 압전기를 가압할 수 있도록 하는 컨텍단자를 설치하며, 가압부싱의 내부에 스프링을 설치하는 것을 특징으로 하며, 이하 그 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 7a 및 도 7b에는 본 발명의 한 실시예의 구성도가 도시되어 있고, 도 2에는 동 실시예의 작동 흐름도가 도시되어 있는 바, 본 발명의 타이어 압력감지 시스템의 공기압 센싱구조는 기판(10)의 상단에 가이드(11)를 마련하고, 가이드(11)의 내부 하단에 압전기(30)를 설치하며, 기판(10)의 상부에 설치되는 가변 격막(20)의 하단에 상기 가이드(11)에 삽입 지지되는 가압부싱(21)을 마련하고, 가압부싱(21)의 하단에 압전기(30)를 가압할 수 있도록 하는 컨텍단자(23)를 설치하며, 가압부 싱(21)의 내부에 가변 격막(20)을 탄성 지지하는 스프링(22)을 설치하여서 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 있어서는 타이어의 공기압이 변화하여 가변 격막(20)에 수직 압력이 가해지게 되면 가변 격막(20)의 중앙부가 요입되면서 가압부싱(21)이 하강하게 되고, 가변 격막(20)의 중심부 요입과 가압부싱(21)의 하강에 따라 스프링(22)이 압축되면서 가압부싱(21)의 하단에 설치된 컨텍단자(23)와 기판(10) 위의 압전기(30)가 접촉되며, 접촉되는 압력에 비례하여 회로의 전압이 상승하게 되므로 초기전압과 상승된 압력에 의한 출력전압에 의해 타이어의 공기압을 계산할 수 있게 된다.

본 발명에 있어서 공기압 센서는 절대 압력을 측정하므로 측정값에서 대기압력인 1기압인 14.7psi를 빼야 실제 타이어 공기압이 된다.

예를 들면 공기압 센서 측정치가 55.8psi인 경우 실제 타이어 공기압은 41.1 psi가 된다.(55.8psi - 14.7psi)

한편 압전기(30)를 누르는 압력이 클수록 전압이 상승하게 되며, 출력전압(Vout)은 센서민감도(S)와 압력(P)의 합에 초기전압(Vos)을 더한 값이 된다.

Vout = ( S × P ) + Vos

따라서 압전기의 출력전압이 최소 2.1V~ 최대 3.6V이고, 측정압력이 최소 14.7psi ~ 최대 205.8psi일 경우 공기압 센서의 민감도(Sensitivity)와 초기전압(Offset Voltage)은 위의 식을 통해 구할 수 있다.

2.1 = ( S × 14.7 ) + Vos

3.6 = ( S × 205.8) + Vos

민감도(Sensitivity) = 0.00785 V/psi, 초기전압(Vos) = 1.984 V

한편 본 발명에 있어서는 타이어 공기압에 따라 가변 격막(20)이 변화되는 방향과 압전기(30)의 가압 방향이 같은 방향으로 되어 있기 때문에 타이어 공기압의 변화에 민감하고도 정확하게 반응할 수 있게 되며, 타이어 공기압의 변화가 스프링(22)으로 탄성 지지되는 가변 격막(20)을 통해 압전기(30)에 전달되므로 스프링(22)의 탄성계수를 조정하는 것에 의해 민감도 및 전달계수를 용이하게 조정할 수 있게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 기판(10)에 마련한 가이드(11)의 내부 하부에 압전기(30)를 설치하고, 가변 격막(20)의 하단에 마련한 가압부싱(21)의 하단에 압전기를 가압할 수 있도록 하는 컨텍단자(23)를 설치하며, 가압부싱(21)의 내부에 가변 격막(20)을 탄성 지지하는 스프링(22)을 설치한 것으로, 본 발명에 의하면 압전기(30)의 민감도 및 정확도를 크게 향상시킬 수 있게 될 뿐 아니라 민감도 및 전달계수의 조정을 용이하게 할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims

기판(10)의 상단에 가이드(11)를 마련하고, 가이드(11)의 내부 하단에 압전기(30)를 설치하며, 기판(10)의 상부에 설치되는 가변 격막(20)의 하단에 상기 가이드(11)에 삽입 지지되는 가압부싱(21)을 마련하고, 가압부싱(21)의 하단에 압전기(30)를 가압할 수 있도록 하는 컨텍단자(23)를 설치하며, 가압부싱(21)의 내부에 가변 격막(20)을 탄성 지지하는 스프링(22)을 설치한 것을 특징으로 하는 타이어 압력감지 시스템의 공기압 센싱구조.