KR101172377B1 - 휠 속도 측정 장치 및 휠 속도의 오차보정방법 - Google Patents

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Abstract

차량 속도 측정 시 톤 휠의 오차로 인한 측정 편차를 보정하는 방법을 제공한다. 휠 속도의 오차보정방법은 톤 휠의 오차로 인한 휠 속도의 오차를 보정하는 방법으로서, 톤 휠의 오차를 추정하는 식을 결정하고, 결정된 오차추정식을 통해 톤 휠의 오차추정값을 계산하여 실시간으로 그 결과를 갱신하고, 오차추정값을 이용하여 휠 속도의 오차를 실시간으로 보정한다.

Description

휠 속도 측정 장치 및 휠 속도의 오차보정방법{Wheel speed measuring apparatus and correction method of wheel speed deviation}
본 발명은 휠 속도 측정 장치 및 톤 휠(Tone wheel)의 오차로 인한 휠 속도의 오차를 보정하는 방법에 관한 것이다.
주행 중인 차량의 속도를 측정하는 방법으로는 차량의 휠에 장착되어 휠과 함께 회전하는 톤 휠의 회전 시 발생하는 펄스 신호의 주기를 통해 차량의 속도를 측정하는 방법이 있다.
톤 휠은, 원형의 판, 또는 원통 형상에 다수의 톱니 또는 다수의 구멍을 뚫고, 여기에 광을 통과시켜서 광이 통과할 때와 통과하지 않을 때의 차이를 통해 펄스를 발생시킨다. 차량의 경우 이 펄스 신호를 통해 휠의 회전 속도 즉 차량의 속도를 측정한다.
톤 휠에 형성되는 다수의 톱니 또는 다수의 구멍이 이상적으로는 서로 동일한 간격을 가져야 하지만, 제조 과정에서의 오차 또는 사용 중의 손상 등의 이유로 그 간격이 일정하지 않을 수 있고, 이 경우 속도 측정 결과에 오차가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 측면은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량 속도 측정 시 톤 휠의 오차로 인한 측정 편차를 보정하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의한 휠 속도의 오차보정방법은 톤 휠의 오차로 인한 휠 속도의 오차를 보정하는 방법으로서, 상기 톤 휠의 오차를 추정하는 식을 결정하고; 상기 결정된 오차추정식을 통해 톤 휠의 오차추정값을 계산하여 실시간으로 그 결과를 갱신하고; 상기 오차추정값을 이용하여 휠 속도의 오차를 실시간으로 보정하는 것을 특징으로 한다.
상기 톤 휠의 오차는 톤 휠을 구성하는 톱니 사이의 설계상 미리 정해진 간격과 실제 간격 간의 차이일 수 있다.
상기 톤 휠의 오차를 추정하는 식을 결정하는 것은, 상기 톤 휠의 오차와 상기 톤 휠의 오차추정값 사이의 차이의 제곱의 합을 최소화하는 최소제곱법을 이용하여 상기 톤 휠의 오차를 추정하는 식을 결정하는 것일 수 있다.
상기 결정된 오차추정식을 통해 톤 휠의 오차추정값을 계산하여 실시간으로 그 결과를 갱신하는 것은, 상기 결정된 오차추정식의 순환최소제곱식을 통해 상기 오차추정값을 실시간으로 계산하여 그 결과를 갱신하는 것일 수 있다.
상기 실시간으로 계산된 톤 휠의 오차추정값이 타당한지 판단하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의한 휠 속도 측정 장치는 휠에 장착되어 휠과 함께 회전하는 톤 휠; 상기 톤 휠의 회전속도를 반영하여 펄스 신호를 발생하는 센싱유닛; 및 상기 톤 휠의 오차를 추정하는 식을 결정하고, 상기 결정된 오차추정식을 통해 톤 휠의 오차추정값을 계산하여 실시간으로 그 결과를 갱신하며, 상기 오차추정값을 이용하여 휠 속도의 오차를 실시간으로 보정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 톤 휠의 오차는 톤 휠을 구성하는 톱니 사이의 설계상 미리 정해진 간격과 실제 간격 간의 차이일 수 있다..
상기 제어부는 상기 톤 휠의 오차와 상기 톤 휠의 오차추정값 사이의 차이의 제곱의 합을 최소화하는 최소제곱법을 이용하여 상기 톤 휠의 오차를 추정하는 식을 결정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 결정된 오차추정식의 순환최소제곱식을 통해 상기 오차추정값을 실시간으로 계산하여 그 결과를 갱신할 수 있다.
상기 제어부는 상기 실시간으로 계산된 톤 휠의 오차추정값이 타당한지 판단할 수 있다.
이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일측면에 의하면 차량속도의 측정 시 톤 휠의 오차로 인한 측정 편차를 보정하여 보다 정확하게 차량속도를 측정할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 의한 속도 측정장치가 구비된 디스크 브레이크를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 휠 속도 측정장치의 센싱유닛과 이에 연결된 블록도를 도시한 도면이다.
도 3은 톤 휠의 오차를 나타내는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 의한 휠 속도 측정장치가 구비된 디스크 브레이크를 도시한 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 휠 속도 측정장치의 센싱유닛과 이에 연결된 블록도를 도시한 도면이다.
디스크 브레이크는 도 1에 도시한 것처럼, 차량의 휠(미도시)이 결합되는 허브(10)에 장착되어 허브(10)와 함께 회전하는 디스크(20)를 포함하여 구성된다. 디스크(20)는 브레이크 패드(미도시)와 마찰하여 제동력을 발생한다. 디스크(20)는 내판(21)과 외판(22)이 그 사이에 방사상으로 형성된 리브(23)에 의해 일체를 이루며 마련된다.
디스크 브레이크는 주행 중 제동력을 발생시킬 때 제동력이 가해진 상태에서 회전하는 휠의 회전수를 감지하는 휠 속도 측정장치(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
휠 속도 측정장치(30)는 디스크(20)를 관통하는 휠축(11)에 결합되어 디스크(20)의 회전 시 함께 회전하는 톤 휠(40)과, 톤 휠(40)에 근접 설치되어 자속의 변화가 발생되는 원리를 이용하여 톤 휠(40)의 회전속도를 제어부(110)로 전달하는 센싱유닛(50)을 포함하여 구성될 수 있다.
톤 휠(40)은 원판 형상의 외주면에 치륜(Toothed wheel)(41)과 골(42)로 이루어진 톱니형상이 반복되게 형성된 외관을 가질 수 있다. 톤 휠(40)은 강자성체인 강철로 이루어지며, 그 중심부에 휠축(11)이 끼워져 디스크(20)의 회전 시 회전된다.
센싱유닛(50)은 도 2에 도시한 것처럼, 홀더(60)와, 홀더(60)에 내장되고 톤 휠(40)의 회전에 의해 자장변화를 일으키는 마그넷(70)과, 마그넷(70)의 자장변화를 전기적인 신호로 변환하여 슈미터 트리거(100)로 전달하는 홀 IC센서(80)를 포함할 수 있다.
홀 IC센서(80)는 톤 휠(40)이 회전하면 톤 휠(40)의 치륜(41)과 골(42)의 회전에 따라 사인파를 출력한다. 사인파는 슈미터 트리거(100)에 입력되고, 입력된 사인파는 구형파로 변환되어 제어부(110)로 출력된다.
제어부(110)는 주기 측정 방식을 이용하여 휠의 속도를 계산한다. 주기 측정 방식은 일정한 시간 간격 동안 입력되는 파형의 주기를 이용해 휠의 속도를 계산하는 방식이다. 일정한 시간 간격은 보통 5m/sec~7m/sec정도이다.
제어부(110)는 슈미터 트리거(100)로부터 구형파를 입력받고, 입력된 구형파의 주기를 연산하여 휠의 속도를 계산한다.
이와 같은 톤 휠(40)과 센싱유닛(50)은 제어 장치와 함께 ABS(Anti-Lock Brake System), TCS(Traction Control System) 또는 VDC(Vehicle Dynamic Control System) 등에 필수적인 구성 요소로 사용되고 있다. 따라서 톤 휠(40)은 휠과 같은 회전체의 회전 속도를 실시간으로 정확하게 파악할 수 있어야 하며, 이를 위해 톤 휠(40)의 톱니형상은 그 간격의 균일도가 매우 높아야 한다.
이하 제어부(110)에서 톤 휠(40)의 오차로 인한 휠 속도 측정 편차를 보정하는 방법을 자세하게 설명한다.
도 3은 톤 휠(40)의 오차를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 설계대로 오차없이 제조되었을 경우의 이상적인 치륜(41)은 점선으로 도시하였고 제조공정 상의 오차로 인해 이상적인 치륜(41)의 배열과 어긋난 배열을 가지는 치륜(41)은 실선으로 도시하였다.
치륜(41)의 전체 개수를 N개라고 할 때, 이상적인 치륜(41)의 배열을 가지는 톤 휠(40)의 경우 각 치륜(41) 사이의 각도는 α1=α2=...=αi=...=αN=(rad)이 된다. 여기서 각 치륜(41) 사이의 편차를 δ1, δ2, ... δi, ..., δN이라 하면 치륜(41) 사이의 각도 αi와 치륜(41) 사이의 편차 δi와의 관계는 다음과 같다.
[수학식 1]
Figure 112011010710117-pat00001
센싱유닛(50)에서 측정되는 것은 1개의 치륜(41)을 지날 때의 경과시간(이하, Ti라고 함)이고, 이를 속도로 환산하면 휠의 회전속도 ωi를 다음과 같이 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112011010710117-pat00002
여기서 실제로 αi를 알 수 없으므로 αi를
Figure 112011010710117-pat00003
로 하여 계산한다.
그리고 휠이 한 바퀴 회전할 때의 평균회전속도 ωref는 다음과 같다.
[수학식 3]
Figure 112011010710117-pat00004
여기서 Trap은 주행 시 휠이 한 바퀴 회전할 때 걸리는 시간을 나타낸다.
상술한 ωi와 ωref는 같다고 볼 수 있으므로, 수학식 2와 수학식3을 통해 수학식1에 나타낸 치륜(41)사이의 편차 δi를 다음과 같이 유도할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112011010710117-pat00005
수학식 4처럼 치륜(41)사이의 편차를 나타내면 휠의 매 회전 시 마다, 각각의 치륜(41) 사이의 편차를 실시간으로 계산할 수 있다.
수학식 2에 대한 설명에서 언급한 것처럼 실제로 αi를 알 수 없어 αi를
Figure 112011010710117-pat00006
로 하여 계산하기 때문에, 치륜(41)사이의 편차 δi의 추정값을 결정하여 이를 통해 보정된 αi를 계산해야 한다.
δi의 추정값을
Figure 112011010710117-pat00007
이라 하고, 이를 최소제곱법을 이용하여 결정한다. 휠의 k번 째 회전 시의 치륜(41) 사이의 편차를 (δi)k라고 하고,
Figure 112011010710117-pat00008
와 (δi)k 사이의 차이를 Error로 정의할 때, Error의 제곱 값의 합이 최소가 되는 를 결정하는 것이다. 이는 다음과 같은 수식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112011010710117-pat00010
여기서 R은 임의의 바퀴의 회전수를 나타낸다.
수학식 5를 만족하려면 아래의 수학식 6을 만족해야한다.
[수학식 6]
Figure 112011010710117-pat00011
수학식 6을 통해 임의의 R번째 회전 시의
Figure 112011010710117-pat00012
즉,
Figure 112011010710117-pat00013
을 다음과 같이 결정할 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112011010710117-pat00014
수학식 7을 순환최소제곱식(Recursive Least Square)을 이용하여 아래의 수학식 8과 같이 나타냄으로써 실시간으로 계산해가면서 그 값을 갱신할 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112011010710117-pat00015
전술한 과정을 거쳐, δi의 추정값인
Figure 112011010710117-pat00016
을 결정하면, 이 값을 이용하여 아래의 수학식 9와 같이 보정된 각각의 치륜(41) 사이의 각도 αi를 계산할 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112011010710117-pat00017
보정된 각각의 치륜(41) 사이의 각도 αi. corr을 통해 보정된 휠의 회전속도 ωi. corr을 아래와 같이 계산할 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112011010710117-pat00018
그리고 수학식 1과
Figure 112011010710117-pat00019
를 이용하면 아래와 같은 식을 얻을 수 있는데 이는 실시간으로 계산한
Figure 112011010710117-pat00020
값이 타당한지 검증하는데 이용할 수 있다.
[수학식 11]
Figure 112011010710117-pat00021
상술한 알고리즘을 통해 톤 휠의 오차로 인한 휠 속도의 측정편차를 보정하여 보다 정확하게 휠 속도를 측정할 수 있다.
10: 허브 11: 휠축
20: 디스크 21: 내판
22: 외판 23: 리브
30: 휠속도측정장치 40: 톤 휠
41: 치륜 42: 골
50: 센싱유닛 60: 홀더
70: 마그넷 80: 홀 IC센서
100: 슈미터 트리거 110: 제어부

Claims (10)

  1. 톤 휠의 오차로 인한 휠 속도의 오차를 보정하는 방법으로서,
    상기 톤 휠의 오차를 추정하는 식을 결정하고;
    상기 결정된 오차추정식을 통해 톤 휠의 오차추정값을 계산하여 실시간으로 그 결과를 갱신하고;
    상기 오차추정값을 이용하여 휠 속도의 오차를 실시간으로 보정하는 휠 속도의 오차보정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 톤 휠의 오차는 톤 휠을 구성하는 톱니 사이의 설계상 미리 정해진 간격과 실제 간격 간의 차이인 휠 속도의 오차보정방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 톤 휠의 오차를 추정하는 식을 결정하는 것은,
    상기 톤 휠의 오차와 상기 톤 휠의 오차추정값 사이의 차이의 제곱의 합을 최소화하는 최소제곱법을 이용하여 상기 톤 휠의 오차를 추정하는 식을 결정하는 것인 휠 속도의 오차보정방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정된 오차추정식을 통해 톤 휠의 오차추정값을 계산하여 실시간으로 그 결과를 갱신하는 것은,
    상기 결정된 오차추정식의 순환최소제곱식을 통해 상기 오차추정값을 실시간으로 계산하여 그 결과를 갱신하는 것인 휠 속도의 오차보정방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실시간으로 계산된 톤 휠의 오차추정값이 타당한지 판단하는 것을 더 포함하는 휠 속도의 오차보정방법.
  6. 휠에 장착되어 휠과 함께 회전하는 톤 휠;
    상기 톤 휠의 회전속도를 반영하여 펄스 신호를 발생하는 센싱유닛; 및
    상기 톤 휠의 오차를 추정하는 식을 결정하고, 상기 결정된 오차추정식을 통해 톤 휠의 오차추정값을 계산하여 실시간으로 그 결과를 갱신하며, 상기 오차추정값을 이용하여 휠 속도의 오차를 실시간으로 보정하는 제어부를 포함하는 휠 속도 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 톤 휠의 오차는 톤 휠을 구성하는 톱니 사이의 설계상 미리 정해진 간격과 실제 간격 간의 차이인 휠 속도 측정 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 톤 휠의 오차와 상기 톤 휠의 오차추정값 사이의 차이의 제곱의 합을 최소화하는 최소제곱법을 이용하여 상기 톤 휠의 오차를 추정하는 식을 결정하는 휠 속도 측정 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 결정된 오차추정식의 순환최소제곱식을 통해 상기 오차추정값을 실시간으로 계산하여 그 결과를 갱신하는 휠 속도 측정 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 실시간으로 계산된 톤 휠의 오차추정값이 타당한지 판단하는 휠 속도 측정 장치.
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