KR100968799B1 - 무선 차륜속도 검출장치 - Google Patents

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주식회사 플렉스시스템
김미일
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Abstract

무선 차륜속도 검출장치를 개시한다. 장치는 차륜의 회전축에 근접하여 설치되고, 검출된 차륜속도 데이터를 차륜마다 서로 다른 송신주파수신호로 무선 송출하는 복수의 무선 휠 속도 센서들과, 복수의 무선 휠 속도 센서들로부터 송출된 서로 다른 무선 주파수신호들을 각각 수신하고 수신된 신호들로부터 차륜속도 데이터를 각각 추출하는 복수의 무선 수신부들과, 복수의 수신부들로부터 각각 추출된 차륜속도 데이터들을 각 차륜들을 독립적으로 제어하기 위해 연산 처리하는 제어부를 포함한다. 따라서 본 발명에서는 차륜마다 서로 다른 송신 주파수신호로 차륜속도 데이터를 무선 송신하고 이를 차륜별로 독립적으로 구분 수신하기 때문에 수신 데이터 품질을 고품질로 유지할 수 있고 고장 및 오류 발생율을 저감시킬 수 있다.

Description

무선 차륜속도 검출장치{Wireless Wheel Speed Detection Apparatus}
본 발명은 무선 차륜속도 검출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휠센서부와 ABS(Antilock Break System) ECU 사이를 무선방식으로 구성한 무선 차륜속도 검출장치에 관한 것이다.
일반적으로 ABS(Antilock Break System) 장치란 차량 제동시 각 차륜들의 제동력을 독립적으로 제어하여 차량의 조향력을 확보하여 차량의 직진상태를 유지하기 위한 차량 보조안전장치 중의 하나이다.
ABS(Antilock Break System) 장치는 각 차륜들을 서로 독립적으로 제동하기 위하여 각 차륜마다 휠속도센서를 장착하고 각 휠속도센서들에서 감지된 차륜속도들에 응답하여 브레이크에 공급되는 유압상태를 반복적으로 감압 또는 증압 제어함으로서 차량의 직진상태를 유지한다.
도 1은 종래의 유선방식 ABS 시스템의 구성을 나타낸다.
도 1을 참조하면 종래의 ABS(Antilock Break System) 장치는 좌우 앞바퀴 축과 좌우 뒷바퀴 축에 휠속도센서들을 각각 설치하고 휠속도센서들과 ABS ECU 사이를 유선으로 연결하였다. 따라서 차축과 ABS ECU 사이에 케이블을 설치하여야 하므로 설치 작업이 복잡하여 설치 비용을 상승시킨다. 또한 케이블 절단 또는 케이블 접촉불량 등의 고장발생율이 증가되고 차량정비 및 유지보수비용이 증가되는 문제점이 있었다.
공개특허 제2007-67266호(무선 복합 휠센서)에서는 휠센서와 ECU를 연결하는 케이블을 제거하여 제품의 제조비용 및 제품설치에 따른 비용 절감할 수 있는 무선 휠 센서 기술을 소개한다.
그러나 상기 공개특허에서는 휠속도센서와 가속도센서를 복합적으로 하나의 기판 상에 무선 송출방식으로 구성하고 일체로 몰딩하는 기술만을 소개하고 있고 구체적인 무선 송출기술과 중요한 전원공급방식에 대해서는 개시하지 않고 있다.
ABS(Antilock Break System) 시스템은 4개의 차륜속도 데이터들을 접수하여 순간적으로 브레이크 시스템을 제어하여야 하기 때문에 고장 및 오류 발생율이 거의 제로가 되도록 고신뢰성이 요구되며 차륜속도 데이터들의 정확한 수신품질과 고속의 연산속도가 요구된다.
아직까지는 무선방식의 차륜속도 검출방식에 대한 고수신품질의 제품화가 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고장 및 오류 발생율을 최소화시킬 수 있는 무선 차륜속도 검출장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 휠속도센서와 ABS ECU 사이의 송수신 에러를 최소화할 수 있는 무선 차륜속도 검출장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 ABS ECU에서 주파수에 의해 각 차륜들의 차륜속도 데이터들을 구별할 수 있는 무선 차륜속도 검출장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 차륜의 회전축에 근접하여 설치되고, 검출된 차륜속도 데이터를 차륜마다 서로 다른 송신주파수신호로 무선 송출하는 복수의 무선 휠 속도 센서들과, 복수의 무선 휠 속도 센서들로부터 송출된 서로 다른 무선 주파수신호들을 각각 수신하고 수신된 신호들로부터 차륜속도 데이터를 각각 추출하는 복수의 무선 수신부들과, 복수의 수신부들로부터 각각 추출된 차륜속도 데이터들을 각 차륜들을 독립적으로 제어하기 위해 연산 처리하는 제어부를 포함한다.
복수의 무선 휠 속도센서들은 전방 우측 차륜의 회전축에 근접 설치되고 제1 송신주파수신호로 제1차륜속도 데이터를 무선 송출하는 제1무선 휠 속도센서와, 전방 좌측 차륜의 회전축에 근접 설치되고 제2 송신주파수신호로 제2차륜속도 데이터를 무선 송출하는 제2무선 휠 속도센서와, 후방 우측 차륜의 회전축에 근접 설치되 고 제3 송신주파수신호로 제3차륜속도 데이터를 무선 송출하는 제3무선 휠 속도센서와, 후방 우측 차륜의 회전축에 근접 설치되고 제4 송신주파수신호로 제4차륜속도 데이터를 무선 송출하는 제4무선 휠 속도센서를 포함한다.
본 발명에서 제1 내지 제4 무선 휠 속도센서들 각각은 차륜 회전축에 결합되어 회전 에너지를 전기 에너지로 발전시키는 발전부와, 발전부를 통해 생성된 전기 에너지를 정류하여 동작전압을 생성하는 전원회로부와, 회전축의 회전수 검출신호를 생성하는 홀센서와, 전원회로부에서 공급되는 동작전압으로 홀센서를 통해 검출된 회전수를 계수하여 차륜 속도 데이터휠 검출신호를 무선신호로 송출하기 위한 송신부를 포함한다.
본 발명에서 송신부는 동일한 데이터를 2회 연속하여 반복적으로 구성한 전송주기를 가진 것이 오류를 줄여서 정확한 ABS 동작을 유지할 수 있게 한다. 또한 송신부는 차륜마다 서로 다른 주파수를 설정하기 위한 주파수 선택 스위치를 구비한 것이 현장에서 차륜마다 서로 다른 주파수 세팅을 용이하게 한다.
따라서 본 발명에서는 차륜마다 서로 다른 송신 주파수신호로 차륜속도 데이터를 무선 송신하고 이를 차륜별로 독립적으로 구분 수신하기 때문에 수신 데이터 품질을 고품질로 유지할 수 있고 고장 및 오류 발생율을 저감시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특 정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명에 의한 무선방식 ABS 시스템의 계통도를 나타낸다.
차량의 제동장치는 브레이크 페달(10)의 작동력에 대응하는 유압을 유압 마스터 실린더(12)에서 발생하고 발생된 유압은 유압 유니트(14)를 통하여 각 차륜의 브레이크 패드와 디스크 사이의 마찰력을 증대시켜서 차륜을 제동시킨다. ABS 시스템(100)은 4개 차륜들의 휠속도에 응답하여 각 차륜들의 슬립률을 산출하여 ABS 제어신호를 유압 유니트(14)에 제공한다.
무선방식 ABS 시스템(100)은 4개 차륜, 즉 전방우측차륜(102), 전방 좌측 차륜(104), 후방 우측차륜(106), 후방 좌측 차륜(108)에 각각 무선 휠 속도센서(112, 114, 116, 118)들이 차축에 근접하여 설치된다. 각 무선 휠 속도센서(112, 114, 116, 118)들에서 서로 다른 무선 송출 주파수 신호로 휠속도 검출신호를 송출한다.
제어회로기판(120)에는 4개의 무선 휠 속도센서(112, 114, 116, 118)들에 각각 대응하는 4개의 무선 수신부(122, 124, 126, 128)들과 제어부(129) 즉 ECU블록을 포함한다. 4개의 무선 수신부(122, 124, 126, 128)들은 서로 다른 특정 주파수신호만을 수신하여 휠속도 검출신호를 추출한다. 추출된 휠속도 검출신호들은 제어부(129)에 전달되고 제어부(129)에서 각 차륜들에 대한 속도에 응답하여 ABS 제어신호를 발생하여 유압 유니트(14)에 전달한다.
도 3은 본 발명에 의한 무선 송출방식을 설명하기 위한 무선방식 ABS 시스템(100)의 블록도를 나타낸다.
무선 휠 속도센서(112, 114, 116, 118)들 각각은 홀센서(WSS1, WSS2, WSS3, WSS4), 발전부(G1, G2, G3, G4), 전원회로부(PW1, PW2, PW3, PW4), 송신부(TM1, TM2, TM3, TM4)를 포함한다.
홀센서(WSS1, WSS2, WSS3, WSS4)는 각각 차륜축에 결합된 톱니 회전판에 자기적으로 결합되어 차륜 회전속도에 대응하는 펄스신호를 생성하고 이 펄스신호를 계수한 계수데이터를 생성하고 생성된 계수데이터를 인코딩하여 코딩데이터를 생성한다.
발전부(G1, G2, G3, G4)는 각각 차륜축에 결합된 영구자석들과 자기적으로 결합된 코일에 유도된 유도전류를 생성한다.
전원회로부(PW1, PW2, PW3, PW4)는 발전부에서 생성된 전류를 정류 및 정전압 제어하여 일정 전압레벨을 가진 전원전압(VCC)을 생성하여 홀센서 및 송신부의 동작전압으로 제공한다.
송신부(TM1, TM2, TM3, TM4)는 홀센서로부터 제공된 코딩 데이터를 변조기를 통해서 서로 다른 캐리어 주파수(f1, f2, f3, f4)로 변조하고 변조된 주파수신호를 증폭기로 증폭하여 안테나를 통해 공중에 무선 송출한다.
도 4는 본 발명에 의한 송신부의 상세 회로 구성을 나타낸다.
송신부(TM1, TM2, TM3, TM4)는 각각 10MHz 기본 주파수를 생성하는 발진부(WTCXO), 발진신호와 분주신호의 위상차를 검출하는 위상 검출기(WPD), 검출된 위상차에 대응하는 전하를 펌핑하는 차지펌프(WCP), 펌핑된 전압레벨에 따라 가변되는 주파수신호를 발생하는 전압제어발진기(WVCO), 주파수신호를 설정된 분주비로 분주하는 1/N 분주기(WDIV), 마이크로컴퓨터(WMICOM), 주파수 선택 스위치(WFSEL)을 구비하여 주파수 선택 스위치(WFSEL)에서 선택된 주파수값에 의해 최종적으로 캐리어 주파수신호(Fout)를 변조기(Mixer)에 제공한다.
따라서 본 발명의 무선 휠 속도 센서는 자체적으로 동작전압을 생성하고 검출된 휠속도 신호는 무선방식으로 송출하므로 전원공급선 및 신호선 등의 연결 케이블을 모두 제거할 수 있다.
제어회로기판(120)에 실장된 4개의 무선 수신부(122, 124, 126, 128)들은 복조기를 통하여 각각 주파수신호(f1, f2, f3, f4)에 의해 복조하여 코딩 데이터를 추출하고 추출된 코딩 데이터는 디코더기를 통해 디코딩하고 디코딩된 휠속도 데이터를 제어부(129)에 전달한다.
도 5는 본 발명에 의한 수신부의 상세 회로 구성을 나타낸다.
수신부(122, 124, 126, 128)는 각각 각각 10MHz 기본 주파수를 생성하는 발진부(ETCXO), 발진신호와 분주신호의 위상차를 검출하는 위상 검출기(EPD), 검출된 위상차에 대응하는 전하를 펌핑하는 차지펌프(ECP), 펌핑된 전압레벨에 따라 가변되는 주파수신호를 발생하는 전압제어발진기(EVCO), 주파수신호를 설정된 분주비로 분주하는 1/N 분주기(EDIV), 마이크로컴퓨터(WMICOM), 주파수 선택 스위치(WFSEL)를 구비하여 주파수 선택 스위치(WFSEL)에서 선택된 주파수값에 의해 최종적으로 복조 주파수신호(Fout)를 복조기(Mixer)에 제공한다.
따라서 4개의 무선 수신부(122, 124, 126, 128)들은 서로 다른 복조 주파수를 사용하므로 신호 혼신의 우려가 전혀 없으며 해당 주파수 신호만을 정확하게 수신하게 된다.
도 6은 본 발명의 무선 휠 센서의 발전부(G1, G2, G3, G4)의 바람직한 일실시예의 구성을 나타낸다.
일실시예의 발전부(G)는 차륜축에 고정되어 N극과 S극이 서로 교변되게 배치되어 회전되는 영구자석 휠(GMGW)를 포함한다. 영구자석 휠(GMGW)에 자기적으로 밀결합되게 배치된 홀센서(WSS)와 일체로 조립된 코아(GCR) 및 코일(GCL)을 가진 유도코일부를 포함한다. 코아(GCR)는 영구자석으로 구성된다. 코일(GCL)은 정류회로(GRF)를 통하여 정전압회로(GRG)에 연결된다. 따라서 차륜축이 회전하면 영구자석 휠(GMGW)이 회전되고 이 회전에 의해 영구자석의 자극이 교번으로 변화되므로 휠센서(WSS)에서는 자속변화를 감지하고 코일(GCL)에서는 자속변화에 의해 전류가 유도된다. 유도된 전류는 정류회로(GRF)에서 정류되고 정류된 전류는 정전압회로(GRG)를 거치면서 일정 전압레벨로 안정화된 동작전압(VCC)를 출력하게 된다.
도 7은 본 발명의 무선 휠 센서의 발전부(G1, G2, G3, G4)의 바람직한 다른 실시예의 구성을 나타낸다.
다른 실시예의 발전부(G')는 차륜축에 고정되고 복수의 톱니를 가진 톤 기어 휠(GTGW)을 포함한다. 톤 기어 휠(GTGW)에 자기적으로 밀결합되게 배치되어 홀센서(WSS), 영구자석(GMG), 철심 코아(GCR) 및 코일(GCL)을 일체로 포함한 픽업센서를 포함한다. 코일(GCL)은 정류회로(GRF)를 통하여 정전압회로(GRG)에 연결된다. 따라서 차륜축이 회전하면 톤 기어 휠(GTGW)이 회전되고 이 회전에 의해 톱니의 첨두부와 곡부가 교번으로 근접되므로 휠센서(WSS)에서는 자속변화를 감지하고 코일(GCL)에서는 이 자속변화에 의해 전류가 유도된다. 유도된 전류는 정류회로(GRF)에서 정류되고 정류된 전류는 정전압회로(GRG)를 거치면서 일정 전압레벨로 안정화된 동작전압(VCC)를 출력하게 된다.
다른 실시예는 상용되는 픽업 센서를 활용하여 발전부 및 휠속도센서를 동시에 구현하므로 구성이 간단하고 실용적이다. 그러나 일 실시예에 비해 센서 부피가 커서 차륜축에 장착에 주의를 요한다.
일 실시예는 영구자석 휠을 사용하므로 전체적인 사이즈를 줄일 수 있는 잇점이 있다.
제어부(129)에서는 4개의 무선 수신부(122, 124, 126, 128)로부터 제공된 휠 속도 검출신호들을 각각 차륜별로 독립적으로 실시간적으로 받을 수 있으므로 동시에 각 차륜에 대한 ABS 제어신호를 병렬적으로 생성할 수 있어서 처리속도를 개선시킬 수 있다.
실질적으로 고속으로 주행하는 차량의 ABS 제어는 수십 밀리초 내지 수백 밀리초 이내의 매우 짧은 시간 내에 제어되어야 사고 예방의 효과가 증대된다.
제어부(129)에서는 다음의 공식에 의해 복조된 각 차륜속도 데이터를 가지고 각 차륜의 슬립율을 산출한다.
슬립율=(차량속도-차륜의속도)/차량의 속도*100
제어부(129)는 각 차륜에 대한 슬립율을 산출하고 슬립율이 30%이상인 경우 슬립율이 증가하지 못하도록 해당 차륜의 브레이크 실린더 내부 감압을 수행하고 제어영역 이하로 슬립율이 떨어지면 해당 차륜의 브레이크 실린더 내부 증압을 수행한다.
이와 같이 각 차륜에 대하여 각기 독립적으로 1초에 수회 내지 수십회 브레이크 실린더 내부의 유압을 감압 또는 증압 제어하여 디스크를 풀었다 조였다를 반복한다.
따라서 차량이 미끄러운 노면의 선회 주행 중 운전자가 브레이크 페달을 밟더라도 상술한 ABS 제어를 통해 타이어 잠김을 단속적으로 방지하여 차체가 선회하지 않고 주행선을 따라 운전자의 의지대로 주행할 수 있도록 한다. 그러므로 운전자가 안전한 운행을 할 수 있게 한다.
도 8은 본 발명에 의한 무선 전송되는 데이터 구조를 나타낸다.
본 발명에서는 휠속도 검출 데이터를 반복적으로 연속하여 2회 송출한다. 즉 데이터 N + 데이터 N'을 하나의 데이터 전송주기로 생성한다. 데이터 전송 도중에 노이즈 영향으로 데이터 N에 오류가 발생하더라도 데이터N'이 정상적으로 전송되므로 전송오류에 의한 무선 신호의 품질을 떨어드리지 않고 고품질로 유지할 수 있어서 정확한 ABS 제어를 가능하게 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 차량의 ABS 제어 시스템을 완전 무선화하고 4개의 차륜들에 대하여 서로 다른 주파수로 무선 송수신을 수행함으로써 무선 송수신 상의 오류를 최소화 시킬 수 있고 ECU에서 동시에 각 차륜에 대한 ABS 연산을 처리 할 수 있으므로 연산처리의 고속화로 전체적인 ABS 피드백 제어속도를 향상시킬 수 있어서 차량 안전운행에 기여할 수 있다.
도 1은 종래의 유선방식 ABS 시스템의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의한 무선방식 ABS 시스템의 계통도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 무선 송출방식을 설명하기 위한 무선방식 ABS 시스템(100)의 블록도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 의한 송신부의 상세 회로 구성을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 의한 수신부의 상세 회로 구성을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 무선 휠 센서의 발전부(G1, G2, G3, G4)의 바람직한 일실시예의 구성을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 무선 휠 센서의 발전부(G1, G2, G3, G4)의 바람직한 다른 실시예의 구성을 나타낸다.
도 8은 본 발명에 의한 무선 전송되는 데이터 구조를 나타낸다.

Claims (8)

  1. 전방 우측 차륜의 회전축에 자기적으로 결합되게 차체에 설치되고, 동작전압을 자체적으로 얻고, 또한 차륜회전속도에 대응하는 펄스신호를 계수하여 생성된 제1차륜속도 데이터를 제1 송신주파수신호로 무선 송출하는 제1무선 휠 속도센서;
    전방 좌측 차륜의 회전축에 자기적으로 결합되게 차체에 설치되고, 동작전압을 자체적으로 얻고, 또한 차륜회전속도에 대응하는 펄스신호를 계수하여 생성된 제2차륜속도 데이터를 제2 송신주파수신호로 무선 송출하는 제2무선 휠 속도센서;
    후방 우측 차륜의 회전축에 자기적으로 결합되게 차체에 설치되고, 동작전압을 자체적으로 얻고, 또한 차륜회전속도에 대응하는 펄스신호를 계수하여 생성된 제3차륜속도 데이터를 제3 송신주파수신호로 무선 송출하는 제3무선 휠 속도센서;
    후방 우측 차륜의 회전축에 자기적으로 결합되게 차체에 설치되고, 동작전압을 자체적으로 얻고, 또한 차륜회전속도에 대응하는 펄스신호를 계수하여 생성된 제4차륜속도 데이터를 제4 송신주파수신호로 무선 송출하는 제4무선 휠 속도센서; 및
    상기 제1 내지 제4 무선 휠 속도센서들로부터 각각 송출되는 상기 제1 내지 제4 송신주파수신호들을 각각 독립적으로 수신하기 위한 제1 내지 제4 수신기들을 포함하고, 수신된 제1내지 제4 차륜속도 데이터들을 연산하여 상기 전방우측 차륜, 전방좌측차륜, 후방 우측 차륜 및 후방 좌측차륜들의 제동을 서로 독립적으로 제어하는 전자 제동 제어부(ABS ECU)를 구비한 것을 특징으로 하는 무선 차륜 속도 검출장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 무선 휠 속도센서들 각각은
    차륜 회전축에 자기적으로 결합되게 차체에 설치되어 회전 에너지를 전기 에너지로 발전시키는 발전부;
    상기 발전부를 통해 생성된 전기 에너지를 정류하여 동작전압을 생성하는 전원회로부;
    상기 회전축의 회전수 검출신호를 생성하는 홀센서;
    상기 전원회로부에서 공급되는 동작전압으로 상기 홀센서를 통해 검출된 회전수 검출신호를 무선신호로 송출하기 위한 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 차륜 속도 검출장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 송신부는 동일한 데이터를 2회 연속하여 반복적으로 구성한 전송주기를 가진 것을 특징으로 하는 무선 차륜 속도 검출장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 송신부는 차륜마다 서로 다른 주파수를 설정하기 위한 주파수 선택 스위치를 구비한 것을 특징으로 하는 무선 차륜 속도 검출장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 발전부는 차륜축에 고정되어 회전되는 톤 기어 휠과, 상기 톤 기어 휠에 자기적으로 결합되게 차체에 설치되어 자속변화에 의한 유도전류를 생성함과 동시에 홀센서와 일체로 구성된 픽업센서와, 상기 픽업센서에 의해 유도된 전류를 정류하는 정류회로와, 상기 정류회로에서 정류된 전류를 안정화된 동작전압을 발생하는 정전압회로를 구비한 것을 특징으로 하는 무선 차륜 속도 검출장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 발전부는 차륜축에 고정되어 회전되는 영구자석 휠과, 상기 영구자석 휠에 자기적으로 결합되게 차체에 설치되어 자속변화에 의한 유도전류를 생성함과 동시에 홀센서와 일체로 구성된 유도코일부와, 상기 유도코일부에 의해 유도된 전류를 정류하는 정류회로와, 상기 정류회로에서 정류된 전류를 안정화된 동작전압을 발생하는 정전압회로를 구비한 것을 특징으로 하는 무선 차륜 속도 검출장치.
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