KR101332651B1

KR101332651B1 - 스티어링 휠 각도 측정장치

Info

Publication number: KR101332651B1
Application number: KR1020110127687A
Authority: KR
Inventors: 나정민
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-11-26
Also published as: KR20130061400A

Abstract

본 발명은 스티어링 휠(steering wheel)에 가속도 센서를 고정 설치하고, 차량의 횡가속도가 존재할 경우에 가속도를 보정 측정하기 위한 보정용 가속도 센서를 데쉬보드 등의 차량 일측에 고정 설치하여 각각 측정된 가속도 값을 입력 받아서 제안된 수식에 적용하여 차량의 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)을 측정할 수 있는 스티어링 휠 각도 측정장치에 관한 것이다.

Description

스티어링 휠 각도 측정장치{Apparatus for measuring steering wheel angle}

본 발명은 스티어링 휠(steering wheel)에 가속도 센서를 고정 설치하고, 차량의 횡가속도가 존재할 경우에 가속도를 보정 측정하기 위한 보정용 가속도 센서를 데쉬보드 등의 차량 일측에 고정 설치하여 각각 측정된 가속도 값을 입력 받아서 제안된 수식에 적용하여 차량의 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)를 측정할 수 있는 스티어링 휠 각도 측정장치에 관한 것이다.

차량이나 타이어 개발에 있어 실차 계측(subjective) 평가는 타이어의 성능을 평가하는데 가장 기본적이면서 중요한 평가방법이다. 이러한 실차 subjective 평가는 실차 계측 평가를 통하여 정량적으로 계측하여 차량 또는 타이어 개발 방향을 보다 정확히 제시할 수 있게 한다.

이러한 실차 계측 평가를 수행하기 위해서는 차량의 모션이나 타이어의 거동을 측정하기 위한 여러 가지 센서나 계측기가 필요하다.

하지만, 실차 계측 평가에 필수적인 파라메터(parameter)인 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)의 기존 계측기는 도 1에서와 같이 설치가 어렵고, 설치하더라도 이질감 때문에 평가자가 기피하는 문제가 있어 실차 계측 평가의 결과 분석에 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)를 활용하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)를 계산하기 위한 기본적인 개념으로 가속도가 1G 의 크기로 항상 지구 중심을 향해 작용한다는 것이고, 스티어링 휠이 회전을 하면 스티어링 휠에 부착되어 있는 가속도 센서의 값이 변하게 되며, 변화된 가속도 값을 수식에 적용하여 스티어링 휠 각도를 정확하게 측정할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 차량의 횡가속도가 있을 경우와 없을 경우 모두 측정 가능하도록 하기 위하여 스티어링 휠 위에 고정 부착된 가속도 센서와 보정용 가속도 센서를 차량 일측에 고정 설치하여 제안된 수식을 이용하여 스티어링 휠 각도를 신속 정확하게 측정하는데 있다.

본 발명의 과제의 해결 수단은 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)를 계산하기 위한 기본적인 개념으로 가속도가 1G 의 크기로 항상 지구 중심을 향해 작용한다는 것이고, 스티어링 휠이 회전을 하면 스티어링 휠에 부착되어 있는 가속도 센서의 값이 변하게 되며, 변화된 가속도 값을 측정하고, 측정된 값을 본 발명에 따라 제안된 수식에 적용하여 스티어링 휠 각도를 정확하게 측정할 수 있는 스티어링 휠 각도 측정장치를 구현하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 차량의 횡가속도가 있을 경우와 없을 경우 모두 스티어링 휠 각도를 측정 가능하도록 하기 위하여 스티어링 휠 위에 고정 부착된 가속도 센서와 횡가속도가 존재할 경우에 스티어링 휠 각도를 정확하게 측정하기 위하여 보정용 가속도 센서를 차량 일측에 고정 설치하여 제안된 수식을 이용하여 스티어링 휠 각도를 신속 정확하게 측정할 수 있는 스티어링 휠 각도 측정장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)를 계산하기 위한 기본적인 개념으로 가속도가 1G 의 크기로 항상 지구 중심을 향해 작용한다는 것이고, 스티어링 휠이 회전을 하면 스티어링 휠에 부착되어 있는 가속도 센서의 값이 변하게 되며, 변화된 가속도 값을 본 발명에서 제안된 수식에 적용하여 스티어링 휠 각도를 신속 정확하게 측정할 수 있는 유리한 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 차량의 횡가속도가 있을 경우와 없을 경우 모두 측정 가능하도록 하기 위하여 스티어링 휠 위에 고정 부착된 가속도 센서와 보정용 가속도 센서를 차량 일측에 고정 설치하여 제안된 수식을 이용하여 스티어링 휠 각도를 신속 정확하게 측정하는데 있다.

도 1은 종래의 스티어링 휠 각도 측정장치를 도시한 것이다.
도 2는 가속도 센서들의 부착 위치를 도시한 것이다.
도 3은 횡가속도가 없을 경우에 스티어링 휠 각도 측정을 도시한 것이다.
도 4는 횡가속도가 있을 경우에 스티어링 휠 각도 측정을 도시한 것이다.
도 5는 실측정치와 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용하여 측정한 측정치를 비교 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따라 제작된 스티어링 휠 각도 측정장치를 고정 설치한 형상을 촬영한 사진을나타낸 것이다.
<도면의 주요부에 대한 부호의 설명>
1; 스티어링 휠 2; 가속도 센서
3; 데쉬보드 4; 보정용 가속도 센서

본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 살펴본다.

본 발명에 따른 스티어링 휠 각도 측정장치는 스티어링 휠(steering wheel)에 가속도 센서를 고정 설치하고, 차량의 횡가속도가 존재할 경우에 가속도를 보정 측정하기 위한 보정용 가속도 센서를 데쉬보드 등의 차량 일측에 고정 설치하여 각각 측정된 가속도 값을 입력 받아서 제안된 수식에 적용하여 차량의 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)를 측정할 수 있도록 구성되어 있다. 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 살펴본다.

<실시 예>

본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 살펴본다.

도 2는 가속도 센서들의 부착 위치를 도시한 것이다. 도 3은 횡가속도가 없을 경우에 스티어링 휠 각도 측정을 도시한 것이다. 도 4는 횡가속도가 있을 경우에 스티어링 휠 각도 측정을 도시한 것이다.

본 발명은 스티어링 휠(steering wheel)에 가속도 센서를 휠 중앙에 고정 설치하고, 차량의 횡가속도가 존재할 경우에 가속도를 측정하기 위한 보정용 가속도 센서를 데쉬보드 등의 차량 일측에 고정 설치하여 각각 측정된 가속도 값을 입력 받아서 제안된 수식에 적용하여 차량의 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)를 측정할 수 있도록 구성되어 있다.

종래의 스티어링 휠 각도 측정을 위한 장치는 설치가 어렵고, 설치하더라도 이질감 때문에 평가자가 기피하는 경우가 많아서 실차 계측 평가의 결과 분석에 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)를 활용하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 스티어링 휠 각도 측정장치의 문제점을 해결한 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)을 측정할 수 있는 장치이다.

본 발명에서는 도 2과 같이 스티어링 휠(steering wheel, 도2의 1)에 가속도 센서(도2의 2)를 고정설치하고, 차량의 가속도를 보정하기 위한 보정용 가속도 센서(도2의 4)를 데쉬보드(도2의 3) 위에 고정 설치한다.

본 발명에서 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)를 계산하기 위한 기본적인 원리로, 가속도는 1G 의 크기로 항상 지구 중심을 향해 작용한다는 것이다.

스티어링 휠(도2의 1)이 회전을 하면 스티어링 휠(1)에 부착되어 있는 가속도 센서(2)에서 측정되는 가속도 값이 변하게 된다.

차량의 횡가속도가 없는 경우에는 도 3에서와 같이 스티어링 휠 위에 부착된 가속도 센서의 값 a_sx와 a_sy를 이용하여 본 발명에 의하여 제안된 수식(1)을 이용하면 스티어링 휠 각도를 계산할 수 있다.

도 3에서와 같이 차량의 횡가속도가 없을 경우에, 식(1)에서와 같이 스티어링 휠 각도(θ)는 tan^-1(a_sy/a_sx)이다. 즉, 스티어링 휠 센서의 y 방향 가속도 계측 값(a_sy)을 스티어링 휠 센서의 x 방향 가속도 계측 값(a_sx)으로 나눈 값을 아크탄젠트(tan^-1) 취한 값이다.

(1)

여기서, a_sx : 스티어링 휠 센서의 x 방향 가속도 계측 값, a_sy : 스티어링 휠 센서의 y 방향 가속도 계측 값, θ : 스티어링 휠 각도 G : 중력가속도

하지만 차량 주행 시 발생하는 횡방향 가속도가 스티어링 휠(1)에 부착된 가속도 센서(2)에 영향을 미치기 때문에 스티어링 휠(1)에 부착되어 있는 가속도 센서(2) 하나에 의하여 측정되는 가속도로 정확한 스티어링 휠 각도를 계산할 수 없다.

따라서, 도 2와 같이 데쉬보드 또는 차량 일측에 부착 설치되는 보정용 가속도 센서(4)가 더 필요하다.

차량 주행 시 발생하는 횡방향 가속도는 차량의 어느 위치에서든 동일하게 작용한다고 가정하면, 차량의 데쉬 보드(3)와 같이 차량의 한 부분에 보정용 가속도 센서(4)를 장착하여 차량에서 발생하는 횡방향 가속도를 측정하고, 본 발명에서 제안된 수식(5)으로 스티어링 휠(1)에 장착된 가속도 센서(2)의 가속도 값과의 보정용 가속도 센서(4)의 가속도 값을 이용하여 스티어링 휠 각도를 구할 수 있다.

도 4와 수식(5)를 바탕으로 구체적으로 살펴본다.

스티어링 휠 각도(θ)는 각도 κ(kappa) 와 γ(gamma)를 합한 값이며, κ 값은 cos^-1(a_sx/a_s) 로 주어지고, γ 값은sin^-1(a_vy/a_s) 로 주어진다.

상기 수식에서 a_s 값은 a_sx 와 a_sy 각각을 제곱하여 더한 값을 루터(root)를 취한 값이다.

a_sx 는 스티어링 휠 센서의 x 방향 가속도 계측 값이고, asy 는 스티어링 휠 센서의 y 방향 가속도 계측 값이며, a_vy 는 보정용 센서의 y 방향 가속도 계측 값(차량의 횡가속도)이다.

또한, 스티어링 휠의 회전 방향은 a_sy를 이용하여 판별할 수 있다. a_sy가 감소하는 경우는 스티어링 휠이 시계반대 방향으로 회전하는 경우이고, a_sy가 증가하는 경우는 시계 방향으로 회전하는 경우이다.

즉, 본 발명은 스티어링 휠에 고정 설치된 가속도 센서와 횡가속도가 존재할 경우에 보정을 위하여 차량 일측에 고정 설치된 보정용 가속도 센서로 구성하되, 각각의 가속도 센서로부터 측정된 가속도 값을 입력받아서 스티어링 휠 각도를 연산하는 수단을 구비하고 있다.

스티어링 휠 각도를 연산하는 수단은 원 칩 마이컴 또는 메모리와 마이크로프로세서를 이용하여 프로그램을 메모리에 탑재하여 간단하게 구성할 수 있고, 계산된 결과를 표시하는 표시부를 구비할 수 있다.

본 발명은 스티어링 휠 위와 차량의 일측에 보정용 가속도 센서를 부착 설치함으로써 간단히 설치할 수 있고, 계측기가 운전자에게 아무런 영향을 미치지 않으면서 스티어링 휠 각도를 계측할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따라 두 개의 가속도 센서를 설치하여 스티어링 휠 각도를 측정한 결과이며, 참 값과 본 발명에서 제안된 수식과 두 개의 가속도 센서를 사용하여 얻은 값과 거의 동일한 결과를 얻을 수 있음을 보여주고 있다.

(2)

K = cos^-1(a_sx/a_s) (3)

V= sin^-1(a_vy/a_s) (4)

Θ = K + V (5)

여기서, a_sx : 스티어링 휠 센서의 x 방향 가속도 계측 값,

a_sy : 스티어링 휠 센서의 y 방향 가속도 계측 값

a_vy : 보정용 센서의 y 방향 가속도 계측 값, 차량의 횡가속도임

θ : 스티어링 휠 각도 G : 중력가속도

본 발명에 따른 스티어링 휠 각도 측정장치는 스티어링 휠(steering wheel)에 가속도 센서를 고정 설치하고, 차량의 횡가속도가 존재할 경우에 가속도를 보정 측정하기 위한 보정용 가속도 센서를 데쉬보드 등의 차량 일측에 고정 설치하여 각각 측정된 가속도 값을 입력 받아서 제안된 수식에 적용하여 신속하고 정확하게 차량의 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)을 측정할 수 있다.

본 발명은 스티어링 휠(steering wheel)에 가속도 센서를 고정 설치하고, 차량의 횡가속도가 존재할 경우에 가속도를 보정 측정하기 위한 보정용 가속도 센서를 데쉬보드 등의 차량 일측에 고정 설치하여 각각 측정된 가속도 값을 입력 받아서 제안된 수식에 적용하여 차량의 스티어링 휠 각도(steering wheel angle)을 측정할 수 있는 스티어링 휠 각도 측정장치를 제공하여 신속 정확하게 스티어링 휠 각도를 측정할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다.

Claims

스티어링 휠 각도 측정장치에 있어서,
스티어링 휠(1)에 고정 설치된 가속도 센서(2); 및
횡가속도가 존재할 경우에 보정을 위하여 차량 일측에 고정 설치된 보정용 가속도 센서(4)로 구성하되,
각각의 가속도 센서(2)로부터 측정된 가속도 값을 입력받아서 스티어링 휠 각도를 연산하는 수단을 구비한 스티어링 휠 각도 측정장치.
청구항 1에 있어서,
스티어링 휠 각도를 연산하는 수단 중에서 횡가속도가 존재하지 않을 경우에는 스티어링 휠 센서의 y 방향 가속도 계측 값(a_sy)을 스티어링 휠 센서의 x 방향 가속도 계측 값(a_sx)으로 나눈 값을 아크탄젠트(tan^-1) 취하여 스티어링 휠 각도를 연산함을 특징으로 하는 스티어링 휠 각도 측정장치.
청구항 1에 있어서,
스티어링 휠 각도를 연산하는 수단 중에서 횡가속도가 존재할 경우에는 스티어링 휠 각도(Θ)는 κ와 γ의 합으로 주어지고, 하기 식(1)과 식(2)로 주어짐을 특징으로 하는 스티어링 휠 각도 측정장치.
{ κ = cos^-1(a_sx/a_s) -- (3), γ= sin^-1(a_vy/a_s) --(4)}
(여기서, a_s 는 a_sx 와 a_sy 각각을 제곱하여 더한 값을 루터(root)를 취한 값이고, asx 는 스티어링 휠 센서의 x 방향 가속도 계측 값이고, a_sy 는 스티어링 휠 센서의 y 방향 가속도 계측 값이며, a_vy 는 보정용 센서의 y 방향 가속도 계측 값임)
청구항 1에 있어서,
상기 스티어링 휠 각도 측정장치에서 스티어링 휠의 회전 방향은 a_sy가 감소하는 경우에 스티어링 휠이 시계반대 방향으로 회전하고, a_sy가 증가하는 경우에 시계 방향으로 회전하는 것으로 판단함을 특징으로 하는 스티어링 휠 각도 측정장치.