KR101541222B1 - 노면마찰계수 측정방법 - Google Patents

노면마찰계수 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 노면마찰계수 측정방법은, 차량의 브레이크 입력을 인식하는 단계, 상기 차량의 종방향 하중이동량을 산출하는 단계, 상기 차량의 슬립률을 산출하는 단계 및 상기 차량의 종방향 하중이동량 및 슬립률을 이용하여 노면마찰계수를 산출하는 단계를 포함한다.
그리고 다른 방법에 따른 노면마찰계수 측정방법은, 차량의 선회를 인식하는 단계, 상기 차량의 횡방향 하중이동량을 산출하는 단계, 상기 차량의 횡가속도를 산출하는 단계 및 상기 차량의 횡방향 하중이동량 및 횡가속도를 이용하여 노면마찰계수를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

노면마찰계수 측정방법{Road Friction Coefficient Measuring Method}
본 발명은 노면의 마찰계수를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 하중이동량을 이용하여 노면의 마찰계수를 측정하는 노면마찰계수 측정방법에 관한 것이다.
최근에는 ABS(Anti-Lock Brake System)/ESC(Electronic Stability Control) 등과 같은 차체 안정성 향상 장치가 널리 보급되고 있으며, 이와 같은 장치들은 사고의 위험을 감소시키는 데 큰 기여를 하고 있다.
하지만, 아직도 상당수의 차량들에는 상기와 같은 ABS/ESC가 장착되지 않은 경우도 많으며, 설령 ABS/ESC가 장착된 차량이라 하더라도 겨울철 빙판길 등의 미끄럼 사고를 완전하게 방지하지는 못한다.
이와 같은 사고를 더욱 효과적으로 방지하기 위해서는 노면의 마찰계수를 신속하게 파악하여 각 장치를 제어하고, 이를 운전자에게 경고하여 경각심을 높여야 할 필요가 있다. 다만, 아직까지 고안된 노면의 마찰계수를 측정하는 방법들은 노면의 상태를 신속하게 운전자에게 전달할 수가 없어 실질적으로 차량에 적용하기에는 적합하지 않다는 문제가 있다.
따라서 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구되고 있는 상황이다.
한국등록특허 제10-1102819호
본 발명에 따른 노면마찰계수 측정방법은 노면마찰계수를 신속하고 정확하게 파악하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 노면마찰계수 측정방법은, 차량의 브레이크 입력을 인식하는 단계, 상기 차량의 종방향 하중이동량을 산출하는 단계, 상기 차량의 슬립률을 산출하는 단계 및 상기 차량의 종방향 하중이동량 및 슬립률을 이용하여 노면마찰계수를 산출하는 단계를 포함한다.
그리고 상기 종방향 하중이동량을 산출하는 단계는, 브레이크 입력에 따라 상기 차량의 전륜에 인가되는 하중을 검출하는 과정 및 차량의 총 중량 및 상기 전륜에 인가되는 하중을 이용하여 종방향 하중이동량을 산출하는 과정을 포함할 수 있다.
또한 상기 종방향 하중이동량을 산출하는 단계의 각 데이터는, 차륜에 구비된 인텔리전트 타이어로부터 전달될 수 있다.
그리고 상기 슬립률을 산출하는 단계는, 각 차륜의 속도를 검출하는 과정 및 차체의 속도 및 각 차륜의 속도를 이용하여 슬립률을 산출하는 과정을 포함할 수 있다.
또한 상기 노면마찰계수를 산출하는 단계 이후에는, 상기 노면마찰계수에 대한 정보를 운전자에게 제공하는 단계가 더 포함될 수 있다.
그리고 본 발명의 또 다른 형태에 따른 노면마찰계수 측정방법은, 차량의 선회를 인식하는 단계, 상기 차량의 횡방향 하중이동량을 산출하는 단계, 상기 차량의 횡가속도를 산출하는 단계 및 상기 차량의 횡방향 하중이동량 및 횡가속도를 이용하여 노면마찰계수를 산출하는 단계를 포함한다.
또한 상기 횡방향 하중이동량을 산출하는 단계는, 선회 방향의 반대측 차륜에 인가되는 하중을 검출하는 과정 및 차량의 총 중량 및 상기 선회 방향의 반대측 차륜에 인가되는 하중을 이용하여 횡방향 하중이동량을 산출하는 과정을 포함할 수 있다.
그리고 상기 횡방향 하중이동량을 산출하는 단계의 각 데이터는, 차륜에 구비된 인텔리전트 타이어로부터 전달될 수 있다.
또한 상기 노면마찰계수를 산출하는 단계 이후에는, 상기 노면마찰계수에 대한 정보를 운전자에게 제공하는 단계가 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 노면마찰계수 측정방법은 노면의 마찰계수를 신속하고 정확하게 파악할 수 있다는 장점이 있다.
그리고 차량의 정지 시뿐만 아니라 선회 시에도 노면마찰계수를 측정할 수 있다는 장점이 있다.
또한 이에 따라 운전 시 안전도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법의 각 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법에 있어서, 차량 제동 시 하중이동이 발생하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법에 있어서, 슬립률과 노면마찰계수를 통해 하중이동량을 산출하는 3D맵 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법에 있어서, 슬립률과 하중이동량을 통해 노면마찰계수를 산출하는 3D맵 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법에 있어서, 슬립률, 하중이동량 및 노면마찰계수 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법의 각 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법에 있어서, 차량 선회 시 하중이동이 발생하는 모습을 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 노면마찰계수 측정방법에 관하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법의 각 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법은 차량의 브레이크 입력을 인식하는 단계(S110)와, 상기 차량의 종방향 하중이동량을 산출하는 단계(S120)와, 상기 차량의 슬립률을 산출하는 단계(S130)와, 상기 차량의 종방향 하중이동량 및 슬립률을 이용하여 노면마찰계수를 산출하는 단계(S140)를 포함한다. 그리고 상기 차량의 종방향 하중이동량 및 슬립률을 이용하여 노면마찰계수를 산출하는 단계(S140) 이후에는, 상기 노면마찰계수에 대한 정보를 운전자에게 제공하는 단계(S150)가 더 포함될 수 있다.
이하에서는 이들 각 단계에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법에 있어서, 차량 제동 시 하중이동이 발생하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 차량(10)이 주행 중인 경우 전륜에 인가되는 하중(WR1)과 후륜에 인가되는 하중(WF1)은, 차량(10)이 제동 시 전륜 측으로 이동된다. 즉 제동 시 후륜제동하중(WR2)이 전륜제동하중(WF2)으로 이동되는 양인 종방향 하중이동량을 산출할 수 있다.
그리고 이와 같은 종방향 하중이동량과, 차량의 슬립률을 이용하여 노면의 마찰계수를 산출할 수 있게 된다. 이때 차량의 슬립률은 차체의 속도와 각 차륜의 개별 속도를 이용하여 산출할 수 있다.
한편 종방향 하중이동량, 차량의 슬립률 및 노면마찰계수 간의 관계식을 추출하기 위해, 실차실험을 수행하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법에 있어서, 슬립률과 노면마찰계수를 통해 하중이동량을 산출하는 3D맵 그래프이다.
실차실험은 차량의 슬립률과 노면마찰계수를 소정 범위 내에서 변화시키고, 이에 따른 하중이동량을 산출하는 것으로 진행되었다. 그리고 이에 따라 도 3에 도시된 바와 같이, 슬립률과 노면마찰계수에 따른 하중이동량 변화를 나타낸 3D-MAP을 도출할 수 있다.
이때 슬립률과 노면마찰계수에 따른 하중이동량의 변화 경향을 토대로, 슬립률과 하중이동량에 따른 노면마찰계수를 역으로 산출할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법에 있어서, 슬립률과 하중이동량을 통해 노면마찰계수를 산출하는 3D맵 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 슬립률과 노면마찰계수에 따른 하중이동량의 변화 경향을 토대로, 슬립률과 하중이동량 변화에 따른 노면마찰계수 변화를 3D-MAP으로 도출하였다. 이에 따라 실제 차량의 주행 시 노면의 마찰계수를 차량의 슬립률 및 하중이동량을 통해 도출해 낼 수 있다.
구체적으로 차량이 주행 중 브레이크 입력이 수행될 경우, 브레이크 입력에 따라 상기 차량의 전륜에 인가되는 하중을 검출하고, 차량의 총 중량 및 상기 전륜에 인가되는 하중을 이용하여 종방향 하중이동량을 산출한다. 그리고 제동 시 각 차륜의 속도를 검출하고, 차체의 속도 및 각 차륜의 속도를 이용하여 슬립률을 산출한다. 이후 산출된 종방향 하중이동량과 슬립률을 통해 노면마찰계수를 산출할 수 있다.
한편 종방향 하중이동량을 산출하는 단계의 각 데이터는, 차륜에 구비된 인텔리전트 타이어로부터 전달되도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법에 있어서, 슬립률, 하중이동량 및 노면마찰계수 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 실차실험을 통한 슬립률, 하중이동량 및 노면마찰계수의 관계를 그래프화하였다. 이들 간의 관계는 다음과 같은 수식들에 의해 표현될 수 있다. 이하의 각 수식은 하중이동량에 따라 나열되었다.
Figure 112013091834081-pat00001
수식에 나타난 바와 같이, 각 하중이동량에 따라 대응되는 수식에 슬립률을 입력하고, 노면마찰계수를 산출할 수 있다. 그리고 상기 수식에는 하중이동량이 200N의 간격으로 나열되었으나, 상기에 나타난 각 하중이동량 사이의 값은 보간법을 이용하여 산출할 수 있다.
이상으로 차량 제동 시 종방향 하중이동량을 이용한 노면마찰계수 산출방법에 대해 설명하였으며, 이하에서는 차량이 선회 시 횡방향 하중이동량을 이용한 노면마찰계수 산출방법에 대해 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법의 각 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법은 차량의 선회를 인식하는 단계(S210), 상기 차량의 횡방향 하중이동량을 산출하는 단계(S220), 상기 차량의 횡가속도를 산출하는 단계(S230) 및 상기 차량의 횡방향 하중이동량 및 횡가속도를 이용하여 노면마찰계수를 산출하는 단계(S240)를 포함한다.
그리고 상기 차량의 횡방향 하중이동량 및 횡가속도을 이용하여 노면마찰계수를 산출하는 단계(S240) 이후에는, 상기 노면마찰계수에 대한 정보를 운전자에게 제공하는 단계(S250)가 더 포함될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노면마찰계수 측정방법에 있어서, 차량 선회 시 하중이동이 발생하는 모습을 나타낸 도면이다. 본 도면에서는 차량이 좌측으로 선회하는 것으로 예시하였으며, 이를 기준으로 설명하도록 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 차량(10)이 주행 중인 경우 좌륜에 인가되는 하중(FL1)과 우륜에 인가되는 하중(FR1)은, 차량(10)이 좌측으로 선회 시 좌륜 측으로 이동된다. 즉 선회 시 우륜선회하중(FR2)이 좌륜선회하중(FL2)으로 이동되는 양인 횡방향 하중이동량을 산출할 수 있다.
그리고 이와 같은 횡방향 하중이동량과, 차량의 횡가속도를 이용하여 노면의 마찰계수를 산출할 수 있게 된다.
즉 상기 횡방향 하중이동량을 산출하는 단계는, 선회 방향의 반대측 차륜에 인가되는 하중을 검출하는 과정과, 차량의 총 중량 및 상기 선회 방향의 반대측 차륜에 인가되는 하중을 이용하여 횡방향 하중이동량을 산출하는 과정을 포함할 수 있다.
이때 상기 횡방향 하중이동량을 산출하는 단계의 각 데이터는, 차륜에 구비된 인텔리전트 타이어로부터 전달될 수 있음은 전술한 실시예와 같다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 차량
S110: 브레이크 입력 인식단계
S120: 종방향 하중이동량 산출단계
S130: 슬립률 산출단계
S140: 노면마찰계수 산출단계;
S150: 노면마찰계수 운전자 제공단계;

Claims (9)

  1. 차량의 브레이크 입력을 인식하는 단계(S110);
    상기 차량의 종방향 하중이동량을 산출하는 단계(S120);
    상기 차량의 슬립률을 산출하는 단계(S130); 및
    상기 차량의 종방향 하중이동량과 상기 차량의 슬립률에 따른 노면마찰계수 관계 데이터를 이용하여, 상기 차량의 종방향 하중이동량 및 상기 차량의 슬립률에 대응되는 차량의 노면마찰계수값을 산출하는 단계(S140)를 포함하며,
    상기 노면마찰계수 관계 데이터는,
    실차실험을 통해 추출된 차량의 종방향 하중이동량의 크기별로 구성된 차량의 슬립률과 노면마찰계수 간의 관계 데이터를 포함하는 노면마찰계수 측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 종방향 하중이동량을 산출하는 단계(S120)는,
    브레이크 입력에 따라 상기 차량의 전륜에 인가되는 하중을 검출하는 과정; 및
    차량의 총 중량 및 상기 전륜에 인가되는 하중을 이용하여 종방향 하중이동량을 산출하는 과정;
    을 포함하는 노면마찰계수 측정방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 종방향 하중이동량을 산출하는 단계(S120)의 각 데이터는,
    차륜에 구비된 인텔리전트 타이어로부터 전달되는 노면마찰계수 측정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬립률을 산출하는 단계(S130)는,
    각 차륜의 속도를 검출하는 과정; 및
    차체의 속도 및 각 차륜의 속도를 이용하여 슬립률을 산출하는 과정;
    을 포함하는 노면마찰계수 측정방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노면마찰계수를 산출하는 단계(S140) 이후에는,
    상기 노면마찰계수에 대한 정보를 운전자에게 제공하는 단계(S150)가 더 포함되는 노면마찰계수 측정방법.
  6. 차량의 선회를 인식하는 단계(S210);
    상기 차량의 횡방향 하중이동량을 산출하는 단계(S220);
    상기 차량의 횡가속도를 산출하는 단계(S230); 및
    상기 차량의 횡방향 하중이동량과 횡가속도에 따른 노면마찰계수 관계 데이터를 이용하여, 상기 차량의 횡방향 하중이동량 및 차량의 횡가속도에 대응되는 차량의 노면마찰계수값을 산출하는 단계(S240)를 포함하며,
    상기 노면마찰계수 관계 데이터는,
    실차실험을 통해 추출된 차량의 횡방향 하중이동량의 크기별로 구성된 차량의 횡가속도와 노면마찰계수 간의 관계 데이터를 포함하는 노면마찰계수 측정방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 횡방향 하중이동량을 산출하는 단계(S220)는,
    선회 방향의 반대측 차륜에 인가되는 하중을 검출하는 과정; 및
    차량의 총 중량 및 상기 선회 방향의 반대측 차륜에 인가되는 하중을 이용하여 횡방향 하중이동량을 산출하는 과정;
    을 포함하는 노면마찰계수 측정방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 횡방향 하중이동량을 산출하는 단계(S220)의 각 데이터는,
    차륜에 구비된 인텔리전트 타이어로부터 전달되는 노면마찰계수 측정방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 노면마찰계수를 산출하는 단계(S240) 이후에는,
    상기 노면마찰계수에 대한 정보를 운전자에게 제공하는 단계(S250)가 더 포함되는 노면마찰계수 측정방법.
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