KR101573117B1 - 휠 속도 센서와 가속도 센서를 사용하여 타이어의 상태 및 위치를 결정하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

타이어 상태 감지 장치는, 타이어가 회전할 때에 지평선에 대한 관련 타이어의 2개의 상대 회전 위치를 감지하고, 상대 회전 위치를 나타내는 제1 신호 및 제2 신호를 제공하는 타이어 기반 센서를 포함한다. 트랜스미터는 제1 신호 및 제2 신호에 응답하여 타이어 상태 정보와 신호 처리 시간 지연값을 전송한다. 차량 기반 센서는 차량 섀시에 대한 타이어 회전을 모니터링하고, 타이어 회전을 나타내는 신호를 제공한다. 컨트롤러는 전송된 타이어 상태 정보 신호, 신호 처리 시간 지연 값 및 차량 기반 센서로부터의 신호를 모니터링하고, 이에 응답하여 타이어 위치를 연관짓는다.

Description

휠 속도 센서와 가속도 센서를 사용하여 타이어의 상태 및 위치를 결정하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING TIRE CONDITION AND LOCATION USING WHEEL SPEED SENSORS AND ACCELERATION SENSORS}
본 발명은 휠 속도 센서 및 가속도 센서를 사용하여 타이어 압력 모니터링 시스템에서 타이어의 상태 및 차량에 대한 위치를 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
타이어 상태를 감지하고 감지된 타이어 상태 정보를 차량 탑승자에게 표시하는 시스템이 알려져 있다. 통상, 그러한 시스템은 압력뿐만 아니라 타이어 온도와 같은 타이어 상태를 감지할 수 있더라도 타이어 압력 모니터링(Tire Pressure Monitoring; "TPM") 시스템으로 알려져 있다. 그러한 TPM 시스템은, 예컨대 그 관련 타이어 내부의 공압과 온도를 감지하고 감지된 타이어 상태 정보를 차량 기반 리시버, 즉 차량에 장착된 리시버에 전송하는 타이어 기반 센서 조립체를 포함한다. 전송되는 감지된 타이어 상태 신호는 코딩된 무선 주파수(Radio Frequency; "RF") 신호일 수 있다. 차량 기반 리시버는, 예컨대 공기가 충분하게 들어가 있지 않은 타이어 압력 상태가 존재하거나 과열된 타이어 상태가 발생했을 때 경고 신호를 차량 조작자에게 표시하도록 차량 객실에 배치된 디스플레이에 연결된다.
각각의 타이어 기반 센서 조립체는 관련 고유 식별(IDentification; "ID") 코드를 가질 수 있다. 타이어 기반 센서 조립체는 감지된 타이어 상태와 함께 관련 고유 ID 코드를 포함하는 신호를 전송할 수 있다. 차량 기반 리시버는 수신된 타이어 신호 및 고유 ID를 차량에 대한 특정 타이어 위치, 예컨대 전방 우측(Front Right; "FR"), 전방 좌측(Front Left; "FL), 후방 우측(Rear Right; "RR") 또는 후방 좌측(Rear Left; "RL")과 연관시킨다. 타이어 ID를 차량에 대한 타이어 위치와 연관시키는 것에 의해, 차량 기반 리시버는 각각의 특정 타이어 위치에서 감지된 타이어 위치 정보를 표시할 수 있고, 이에 따라 차량 조작자는 어느 타이어(즉, 타이어 위치)가 감지된 부적절한 상태를 갖고 있는지 확인할 수 있다.
타이어 위치를 각각의 타이어 위치에 대한 타이어 기반 전송 ID 코드와 연관시키는 것은 차량 기반 리시버에 의한 "학습" 과정을 요구한다. 이러한 학습 과정을 달성하기 위한 방법들이 제안되었다. 가장 간단한 학습 시스템은 차량 기반 리시버를 그 현재 위치와 함께 타이어 기반 센서들 각각의 ID로 미리 프로그래밍하는 것을 포함한다. 타이어가 회전되거나 센서가 교체될 때, 차량 기반 시스템은 다시 프로그래밍되어야만 한다. 학습 과정을 자동화하는 다른 구성들도 제안되었다. 그러한 한가지 시스템은 국소 신호 문의(localized signal interrogation)를 사용하는데, 국소 신호 문의에서는 예컨대 각각의 타이어 기반 센서 조립체가 차량 기반 리시버에 의해 제어되는 국소 저주파수(Low Frequency; "LF") 문의 신호를 사용하는 타이어 외측에 배치되는 트랜스미터로부터 별도로 문의되는 리시버를 포함한다. 문의 신호 수신에 응답하여, 타이어 기반 센서 조립체는 그 고유 ID를 갖는 응답 신호를 전송한다. 응답 신호의 수신 시, 차량 기반 리시버는 타이어의 그 고유 ID와 타이어 위치를 연관시키는데, 그 이유는 시스템이 어느 타이어 위치가 방금 문의되었는지를 "인지"하고 있기 때문이다. 타이어 기반 시스템은 타이어 기반 센서 ID와 타이어 위치 연관성을 그 표시 과정에서의 추후의 사용을 위해 메모리에 저장한다. 문의 과정은 타이어 위치 및/또는 센서 교체를 자동으로 해결하기 위해 각각의 차량 시동 시에 발생할 수 있다.
타이어 기반 시스템이 휠 rpm(revolution per minute; 분당 회전수)을 측정하는 타이어 회전 센서를 포함하는 몇몇 TPM 시스템이 제안되었다. 타이어 기반 시스템은 타이어 ID, 타이어 회전 rpm값 및 타이어 상태 정보를 전송한다. 각각의 타이어는 휠 rpm도 또한 모니터링하는 관련 외부 휠 회전 센서를 갖는다. 차량 기반 리시버는 rpm값들을 매칭시키는 데 응답하여 2개의 rpm값을 수신하고 비교하여, 타이어 ID와 타이어의 위치를 연관시킨다.
Hannon 명의이고 본 발명의 양수인과 동일한 양수인에게 양도된 미국 특허 출원 제2012/0112899A1호는, 고유 ID, 타이어 상태 센서를 갖고, 타이어가 2개의 위치 중 하나를 통해 회전하는 시기를 감지하는 가속도 센서를 더 포함하는 타이어 기반 센서를 사용하여 타이어 상태 및 위치를 결정하는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 휠 속도 센서가 차량 기반 리시버에 연결된다. 차량 기반 리시버는 타이어 상태 신호의 수신에 응답하여 그리고 휠 속도 센서 신호에 응답하여 타이어 ID와 타이어 위치를 연관시킨다.
본 발명은 타이어의 상태 및 차량에 대한 위치를 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 타이어가 회전할 때에 지평선에 대한 관련 타이어의 2개의 상대 회전 위치를 감지하고, 상대 회전 위치를 나타내는 제1 신호 및 제2 신호를 제공하는 타이어 기반 센서를 포함하는 타이어 상태 감지 및 위치 확인 장치가 제공된다. 트랜스미터가 제1 신호 및 제2 신호에 응답하여 타이어 상태 정보와 신호 처리 시간 지연값을 전송한다. 차량 기반 센서는 차량의 섀시에 대한 타이어 회전을 모니터링하고, 타이어 회전을 나타내는 신호를 제공한다. 컨트롤러는 타이어 상태 정보 신호, 신호 처리 시간 지연값 및 차량 기반 센서로부터 전송된 신호를 모니터링하고, 이에 응답하여 타이어 위치를 연관짓는다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따르면, 타이어의 상태 및 차량에 대한 위치를 결정하는 방법으로서, 타이어가 회전할 때에 지평선에 대한 타이어의 2개의 상대 회전 위치를 감지하고, 상대 회전 위치를 나타내는 제1 신호 및 제2 신호를 제공하는 단계, 상기 제1 신호 및 제2 신호에 응답하여 타이어 상태 정보와 신호 처리 시간 지연값을 전송하는 단계, 차량의 섀시에 대한 타이어 회전을 모니터링하고 타이어 회전을 나타내는 신호를 제공하는 단계, 및 타이어 상태 정보 신호, 신호 처리 시간 지연값 및 차량 기반 센서로부터 전송된 신호를 모니터링하고, 이에 응답하여 타이어 위치를 연관짓는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 전술한 피쳐 및 장점과 다른 피쳐 및 장점은 첨부도면과 함께 아래의 상세한 설명을 고려할 시에 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 타이어 압력 모니터링 시스템을 갖는 차량의 개략도.
도 2는 타이어들 중 하나와 관련된 센서 구성을 더 상세히 보여주는 도 1의 타이어 압력 모니터링 시스템의 개략적인 블럭 다이어그램.
도 3은 신호 전송이 발생할 수 있는 2개의 회전 위치에 있는 타이어 기반 센서를 보여주는 도 2의 타이어 압력 모니터링 시스템의 개략도.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 타이어 기반 센서 유닛의 개략적인 블럭 다이어그램.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량 기반 리시버를 더 상세히 보여주는 도 1의 타이어 압력 모니터링 시스템의 기능적 블럭 다이어그램.
도 6은 각각의 타이어 기반 센서 위치를 차량에 대한 타이어 위치와 연관 짓는, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어 과정을 보여주는 흐름도.
도 7은 타이어 기반 센서의 제어 방법을 보여주는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어 과정을 보여주는 흐름도.
도 1을 참고하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 형성된 타이어 압력 모니터링("TPM") 시스템(10)이 차량(12)에 장착된 상태로 도시되어 있다. TPM 시스템(10)은 4개의 코너 각각, 즉 차량(12)의 전방 우측("FR"), 전방 좌측("FL"), 후방 우측("RR") 및 후방 좌측("RL")에 각각 배치되는 복수 개의 타이어 기반 센서[14("S1"), 16("S2"), 18("S3") 및 20("S4")]를 포함한다. 타이어 기반 센서(14, 16, 18, 20)는 다수의 기지의 구성 중 임의의 것을 사용하여 그 관련 타이어 내부에 장착된다는 점을 이해해야만 한다. 예컨대, TPM 타이어 기반 센서 각각은 밸브 스템 조립체의 일부로서 별도의 하우징에 장착되거나, 휠 림(wheel rim) 또는 타이어 자체의 내벽에 부착된다. 타이어 기반 센서(14, 16, 18, 20) 각각은, 타이어가 지구의 중력장을 통해 회전할 때에 가속을 감지하고 타이어의 적어도 하나의 상태, 예컨대 압력 및/또는 온도를 감지하는 센서를 포함한다. 타이어 기반 센서(14, 16, 18, 20) 각각은 고유 식별 코드를 갖고, 각각 회전 중에 타이어 가속을 분석하는 컨트롤러와, 타이어 가속이 2개의 가능한 값들 중 하나일 때에 시간 지연값, 타이어 ID 및 감지된 타이어 상태 정보를 전송하는 트랜스미터, 예컨대 무선 주파수("RF") 트랜스미터를 더 포함한다.
TPM 시스템(10)은, 차량의 관련 FR, FL, RR 및 RL 코너에 각각 배치되고 이 차량 코너 위치에서 관련 타이어의 외부에 장착되는 휠 회전 센서 조립체(22, 24, 26, 28)를 더 포함한다. 각각의 외부 휠 회전 센서 조립체(22)는 관련 타이어와 함께 회전하도록 장착되는 원형 치형(齒形)판 또는 디스크(30)를 포함한다. 센서(32)가 디스크에 인접하게 장착되고, 타이어가 회전할 때에 센서를 지나가는 디스크(30)의 각각의 치형부의 통과를 감지하여, 이것을 나타내는 전기 신호를 제공한다. 각각의 펄스는 회전 증분량(360/치형부의 개수)을 나타낸다. 휠 회전 센서 조립체(22, 24, 26, 28)는 차량의 잠김 방지 제동 장치(Anti-lock Braking System; "ABS")의 일부일 수 있고, 휠 속도 센서(Wheel Speed sensor; "WS")로 칭할 수 있다. 휠 회전 센서 조립체들의 각각의 센서(32)는 ABS 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit; "ECU")(40)에 연결된다.
TPM 시스템(10)은 차량 기반 리시버/컨트롤러(44)를 더 포함한다. 리시버/컨트롤러(44)는 ABS ECU(40)에 연결되고, 각각의 휠에 대한 휠 회전 신호를 수신한다. 센서(32)는 차량 섀시에 고정되기 때문에, 센서(32)에 의해 감지되는 디스크(그리고 사실상 타이어)의 상대 증분 각 회전(angular rotation)이 섀시에 대한 것이라는 점을 이해야만 한다.
차량 기반 리시버/컨트롤러(44)는 또한 타이어 기반 센서(14, 16, 18, 20) 각각으로부터 RF 신호를 수신하기 위한 수신 안테나(46)를 포함한다. 차량 기반 리시버/컨트롤러(44)는 각각의 차량 코너의 각각의 타이어에 대해 감지된 타이어 상태 정보를 표시하기 위한 디스플레이(48)에 연결된다. 디스플레이(48)는 액정 디스플레이("Liquid Crystal Display; "LCD")를 포함하는 다수의 기지의 형태 중 임의의 형태를 취할 수 있다.
시스템은 도 2 내지 도 5를 참고로 하여 더 잘 이해될 것이다. 도 2를 특별히 참고하면, 차량의 FR 코너에 배치되는 타이어(54)는, 고유 ID를 갖고, 지구 중력장을 통한 타이어 가속을 감지하고 타이어 상태를 감지하기 위해 타이어(54)에 작동 가능하게 장착되는 TPM 타이어 기반 센서(14)를 포함한다. FR 코너와 관련된 휠 회전 센서(22)는 타이어(54)와 함께 회전하도록 장착된 치형 디스크(30)를 갖는다. 센서(32)는 디스크에 인접하게 장착되고, 센서(32)를 통과하는 디스크(30)의 각각의 치형부를 나타내는 전기 신호를 제공한다. 본 발명의 예시적인 일실시예에 따르면, 치형 디스크는 디스크(30) 둘레에 균일하게 이격된 복수 개의 치형부(56)를 갖는다. 치형부가 센서(32)를 통과할 때마다 펄스가 제공된다. 각각의 치형부 펄스(예컨대, 구형파)는 상승 에지 및 하강 에지를 갖는다. ABS ECU(40)는 상승 에지, 하강 에지 또는 이들 양자 모두를 계수할 수 있다. 펄스 계수는 타이어(54)의 각각의 완벽한 회전 동안 지속될 것이다. 유도 센서, 홀 효과 센서 등을 포함하는 다수 타입의 센서 중 임의의 것이 센서(32)에 대해 사용될 수 있다.
센서(32)로부터의 출력은 ABS ECU(40)에 연결된다. 언급한 바와 같이, ABS ECU(40)는 센서(32)의 출력을 모니터링하고 현재 펄스 계수값을 주기적으로 제공한다. 또한, 센서(32)는 차량의 섀시에 대해 고정되고, 따라서 임의의 펄스 계수는 차량 섀시에 대한 회전을 나타낸다. ABS ECU(40)는, 타이어(54)가 정상 차량 이동 중에 연속적으로 회전할 때에 펄스의 연속적인 스트림을 수신한다. ABS ECU(40)는 차량 기반 TPM 리시버/컨트롤러(44)에 연결된다. 본 발명의 예시적인 일시시예에 따르면, ABS ECU(40)는 4개의 타이어 모두로부터의 휠 계수를 단일 메세지로 수신하고 차량 기반 컨트롤러(44)로 전송할 것이다. 차량 기반 컨트롤러(44)는 ABS ECU(40)로부터 수신된 계수값을 시각 표시(time stamp)할 것이며, 4개의 차량 코너 각각에 대한 과거 ABS 수신 계수값의 이력을 보관할 것이다. 예컨대, 펄스 계수 이력은 상세하게는 1초일 수 있다. 각각의 휠의 회전량의 결정은 차량 기반 컨트롤러(44)에 의해 수행될 수 있다. 임의의 타이어에 대한 절대 각도 기준의 결정이 없다는 것을 이해해야만 한다. 단지, 상대 회전 기준만이 필요하며, 상대 회전은 계수값으로 나타낸다.
타이어 기반 센서(14)는 고유 ID, 타이어 상태 센서 및 타이어 회전 센서를 포함하는 TPM 회로(60)를 포함한다. TMP 회로(60)는 타이어 기반 센서(14)의 외부에 있는 것으로 도시하였지만, 본 발명의 예시적인 일실시예에 따르면, 타이어 기반 센서(14)의 하우징 내에 배치된다. 타이어 기반 센서(14)는 가속을 감지한다. 감지된 가속에 기초하여, 타이어가 지평선에 대해 지구 중력장을 통해 회전할 때에 타이어(54)의 적어도 2개의 예정된 위치가 식별될 수 있다. 이들 2개의 예정된 위치의 식별은 TPM 트랜스미터를 기동시키는 데 사용된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 타이어 기반 센서(14)가 정상 차량 이동 중에 지평선에 대한 타이어(54)의 2개의 별도의 회전 위치에서의 그 타이어 상태 RF 신호를 전송하는, 본 발명의 예시적인 실시예가 제시된다.
도 4를 참고하면, 타이어 기반 센서(14)는 TPM 회로(60)를 포함한다. 당업자라면, TMP 회로(60)의 제어 기능이 이산 회로(discrete circuitry), 상이한 타입의 회로의 조합 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit; "ASIC")를 사용하는 것에 의해 마이크로컨트롤러와 같은 컨트롤러를 사용하여 수행되며, 아날로그나 디지털 도메인으로 구현될 수 있다. 타이어 기반 센서(14, 16, 18, 20)들 각각은 유사한 방식으로 구성 및 작동되며, 간략화를 위해 단지 차량의 전방 우축 코너에 있는 센서(14)만이 상세히 설명된다.
타이어 기반 센서(14)는 압전 변환기(PieZoelectric Transducer; "PZT")와 같은 가속도계(66)를 포함한다. 가속도계(66)는 타이어(54)가 회전할 때에 힘에 따라 변하는 전압을 제공하거나 생성한다. 가속도계(66)가 타이어의 회전 중에 겪는 2개의 힘은 구심력과 지구 중력장의 힘이다. 가속도계(66)는 1 타이어 회전 동안에 원을 주행하기 때문에, 타이어의 1 회전에 걸쳐 사인 곡선 패턴으로 + 1G 내지 -1G의 지구 중력 변화를 겪을 것이다. 회전 중에 지구 중력에서의 변화와 비교하여, 구심력은 차량이 일정한 속도로 주행할 때에 일정한 레벨의 것이거나, 차량 속도의 변화에 따라 천천히 변할 것이다.
가속도계 센서(66)는 아날로그 대 디지털 컨버터("Analog-to-Digital Converter; "ADC")(64)에 연결된다. 샘플링된 가속도 신호를 나타내는 ADC(64)의 출력은, 하드웨어로서 구현되거나 소프트웨어에서 수행되는 기능으로서 구현될 수 있는 저역 필터(Low Pass Filter; "LPF")(70)에 연결된다. LPF(70)는 가속도계 신호로부터 로드 노이즈를 제거하는 것을 지원한다. LPF(70)의 출력은 비교기(72)에서 플러스 조정 문턱값에 대해 비교되고, 데이터 슬라이서(data slicer; 76)에서의 사용을 위한 신호 기준 레벨을 제공한다. 데이터 슬라이서(76)는 아날로그 신호를 디지널 신호(0 또는 1)로 변환한다. 에지 검출기 회로(78)는, 타이어가 회전할 때에 지평선에 대한 센서(그리고 결국에는 타이어)의 제1 예정 각도 위치 및 지평선에 대한 센서(그리고 결국에는 타이어)의 제2 예정 각도 위치를 나타내기 위해 가속도계(66)로부터의 신호 출력의 상승("R") 또는 하강("F") 에지를 검출한다. 가속도 센서 신호 상승 에지와 가속도 신호 하강 에지 간의 각도 분리는 예컨대 대략 180도 떨어지도록 설정된다. 당업자라면, 상승 에지 검출과 하강 에지 검출 간의 각도 변화가 원하는 대로 설정될 수 있도록 다른 각도가 선택될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 어떠한 상대 각도가 선택되던지 간에, 타이어의 각각의 회전 중에 각도 분리는 일정하게 유지될 것이다. 에지 검출기(78)의 출력은 마이크로컴퓨터(80)에 연결된다. LPF(70), 문턱값 비교기(72, 74), 데이터 슬라이서(76) 및 에지 검출기 기능(78)은 마이크로컴퓨터(80) 내의 소프트웨어로 구현될 수 있다.
저역 필터(70), 문턱값 비교기(72, 74), 데이터 슬라이서(760) 및 에지 검출기(78)에서 일어나는 신호 처리에는 여기에서는 "신호 처리 시간 지연"이라고 칭하는 소정량의 시간이 걸린다는 점을 이해해야만 한다. 일단 문턱값(소망하는 상승 에지 또는 하강 에지값의 발생 탐지)이 가속도 신호의 값과 교차(crossing)되었는지 결정하도록 가속도 신호가 처리되고 나면, 가속도 신호 교차로 나타내는 회전 타이어의 각 위치는 이미 그 위치를 통과하였다. 실제 문턱값 교차와 문턱값 교차 이벤트의 처리 간의 임의의 시간 지연은 상대 회전 위치 오차값에 해당한다. 오차값의 크기는 필터 레이트(filter rate)를 포함하는 많은 요인에 좌우된다. 본 발명에 따르면, 타이어 기반 센서는 마이크로컴퓨터(80)를 통해 이 신호 처리 시간 지연을 계산하고, 그 결정된 시간 지연값을 차량 기반 리시버/컨트롤러(44)로의 전송을 위해 저장한다.
도 4에 도시한 센서 처리는 또한 데이터 슬라이서의 사용 외에도 다른 수단에 의해 수행될 수 있으며, 대신에 이산 주파수 처리를 사용했을 수도 있다는 점을 더 이해해야만 한다. 또한, 언급한 바와 같이 2개의 감지되는 회전 위치는 반드시 180도 이격될 필요는 없다. 이 설명에서 사용되는 180도 값은 본 발명의 예시적인 일실시예를 보여준다.
타이어 기반 센서(14)는 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면 타이어 압력 및/또는 타이어 온도를 감지하기 위한 타이어 상태 센서(82)를 더 포함한다. 타이어 상태 센서(82)의 출력은 신호 처리기 회로(84)에 연결되는데, 신호 처리기 회로는 센서(82)로부터의 신호를 디지털 포맷으로 변환하고 정보를, 궁극적인 전송을 위한 감지된 타이어 상태에 관한 정보를 갖는 디지털 패킷 또는 워드로 배열한다. 신호 처리기 회로(84)의 출력은 마이크로컴퓨터(80)에 연결된다.
마이크로컴퓨터(80)는 그 내부 메모리에 그 관련 고유 ID, 예컨대 이 예에서는 센서 ID = S1을 저장하였다. 언급한 바와 같이, 각각의 타이어는 그 관련 고유 타이어 ID를 갖는다. 마이크로컴퓨터(80)는 감지된 타이어 상태, 관련 ID, 계산된 처리 지연 시간 정보, 즉 상승 및 하강 에지 탐지값을 처리하는 데 필요한 시간을 포함하는, 전송을 위한 디지털 정보 패킷 또는 워드를 조립한다. 마이크로컴퓨터는 원한다면 웨이크업(wake-up) 부분, 체크섬(check-sum) 부분 등과 같은 정보 패킷의 부분으로서 다른 데이터를 추가로 포함할 수 있다. 그러나, 마이크로컴퓨터(80)는 차량 섀시에 대한 또는 지평선에 대한 타이어 위치에 관한 센서(66)로부터의 임의의 각도 정보를 정보 패킷의 부분으로서 포함하지는 않는다. 마이크로컴퓨터(80)의 출력은 안테나(88)를 통한 타이어 상태 정보를 갖는 정보 패킷의 전송을 위해 RF 트랜스미터 회로(86)에 연결된다.
도 5 내지 도 7을 참고하면, 타이어 기반 센서(14)가 따르는 전송 제어뿐만 아니라 차량 기반 리시버/컨트롤러(44)의 작동도 또한 이해될 것이다. 차량 기반 리시버/컨트롤러(44)는 차량의 계측 제어기 통신망 버스(Controller-Area Network bus; "CAN 버스")와 같은 적절한 연결부를 통해 ABS ECU(40)의 출력에 연결된다. 차량 기반 리시버/컨트롤러(44)는 각각의 휠과 연관된 센서(32) 및 치형 디스크(30)를 통해 차량의 각각의 휠의 각 회전을 모니터링하는데, 즉 WS FR, WS FL, WS RR 및 WS RL 각각으로도 나타내는 휠 속도 센서(22, 24, 26, 28) 각각을 모니터링한다. 차량 기반 리시버/컨트롤러(44)는 또한 타이어 기반 센서(14, 16, 18, 2)와 연관된 트랜스미터 각각으로부터의 타이어 상태 정보, 타이어 ID 및 시간 지연값을 수신하고 복조하기 위해 안테나(46)에 연결되는 RF 리시버(90)도 포함한다.
타이어 기반 유닛 각각으로부터 수신된 신호는 여기에서는 휠 또는 타이어 회전이 제1 위치(상승 또는 하강 에지 중 하나의 에지)일 때에는 메세지 A로, 휠 또는 타이어 회전이 제2 위치(상승 또는 하강 에지 중 다른 에지) - 예시적인 실시예에 따르면 대략 180도 이격됨 -일 때에는 메세지 B로 칭한다. 전송된 신호는 저장소(bin) A 또는 저장소 B 지정이 할당된다. 어느 교차이던지, 상승 에지가 먼저 탐지되었던지 하강 에지가 먼저 탐지되었든지 간에, 그것에는 저장소 A 지정이 할당되고, 두번째 것에는 저장소 B 지정이 할당된다.
이벤트 그래프(92)는 타이어 기반 센서(14)(ID S1)와 같은 타이어 기반 유닛 중 하나로부터 수신된 타이어 상태 신호의 발생을 나타낸다. 각각의 타이어 상태 신호가 수신될 때, 리시버/컨트롤러(44)는 ABS ECU 펄스의 개수 또는 기존에 수신된 타이어 상태 신호로부터 발생한 각 회전량을 계수한다. ABS ECU(40)로부터 수신된 휠 위치 정보(펄스 또는 각도값)는 수신 시에 시각 표시된다. 상대 각도 동작의 양은 각각의 휠 속도 센서로부터의 펄스의 계수를 게속하는 것에 의해 결정될 수 있다. 이와 유사하게, 타이어 기반 센서(14)로부터 수신된 전송값 모두는 시각 표시된다. 표(94)는 센서(14)로부터 수신된 동일 시각 표시된 전송값에 대응하는 ABS 휠 속도 센서에 의해 탐지된 4개의 휠에 대한 회전 계수값이다. 이들 계수값은 메모리에 저장된다. 이와 유사하게, 휠 속도 계수값은 타이어 기반 유닛(S2, S3, S4) 각각에 대해 저장된다.
각각의 타이어 기반 유닛으로부터의 신호의 전송은 언급한 바와 같이 센서의 관련 마이크로컴퓨터(80)에 의해 제어된다. 마이크로컴퓨터(80)는 가속도 센서에서 나온 신호로부터 타이어 회전이 발생하는 시기를 "인지"한다. 초기 타이어 회전이 시작된 후 처음 10분의 기간 동안에는, 타이어 상태 신호를 40회 전송하는 것이 바람직할 수 있다. 10분의 기간에 걸쳐 40회의 예정된 시간 슬롯(time slot) 동안, 마이크로컨트롤러(80)는 타이어 상태 센서(82)를 모니터링하고, 에지 검출기가 타이어가 상승 에지 또는 하강 에지 위치에 도달하였음을 나타낼 때에 타이어 상태 신호를 전송하고, 더욱이 신호 처리로 인해 계산된 신호 지연값을 전송한다. 마이크로컴퓨터는 타이어 회전 중에 상승 에지 문턱값 및 하강 에지 문턱값과의 교차에 응답하여 다수의 패턴 중 임의의 패턴으로 타이어 전송 신호를 전송할 수 있다. 그러나, 위치 A 또는 위치 B에 있는 타이어 각도에 관한 정의는 없다. 일련의 전송값에서, 상승 에지 교차는 위치 A로서 분류될 수 있고, 낙하 에지 교차는 위치 B로서 분류될 수 있다. 상이한 전송 시퀀스에서, 상승 에지 교차는 위치 B로 분류될 수 있고, 하강 에지 교차는 위치 A로 분류될 수 있다. 타이어 기반 시스템은 본 발명의 예시적인 일실시예에 따르면, 첫번째 전송은 상승 에지의 교차에 대응하는지 하강 에지의 교차에 대응하던지 간에 전송 A로 칭하고, 두번째 교차(상승 에지 도는 하강 에지 중 다른 에지)는 전송 B로 칭한다. 타이어 기반 센서로부터의 신호 전송은 지평선 또는 차량의 섀시에 대한 타이어의 특정 각 위치에 관한 표지가 없다는 점을 확실히 해야만 한다. 차량 기반 리시버/컨트롤러(44)가 필요로 하는 유일한 정보는, 상관 관계, 즉 타이어 ID와 특정 코너 위치를 연관시키기 위해 휠 속도 데이터(상대 각 회전)를 사용할 수 있도록 회전 중에 예정된 A 위치 및 B 위치에 도달하였가 하는 것이다. 데이터의 시각 표시와 시간 지연 정보는 시스템 변동을 보상한다.
리시버/컨트롤러(44)는 충분한 양의 데이터가 수집된 후[충분한 개수의 표(94)가 채워짐]에, 어느 타이어 상대 각 위치가, 동일한 시각 표시 그룹으로부터의 데이터를 처리하고 타이어 기반 센서에서 계산된 시간 지연을 고려하는 것에 의해 A 위치 및 B 위치에서 발생한 수신된 타이어 상태 신호와 최상으로 연관되는지를 결정한다. 마이크로컨트롤러(80)가 A, B, A, B로 전송하도록 트랜스미터(86)를 제어하고 있다고 가정하면, 패턴 검출기와 에지 검출기는 지평선에 대해 180도 이격된다. 또한 표(94)가, FR ABS 휠 속도 센서(WS FR)가 시간 지연값을 고려하여 전송들 간의, 180도를 나타내는 계수값 변화를 측정했다는 것을 나타낸다고 가정하면, 타이어 상태 신호는 매번 S1 ID를 가졌다. 그 후, 리시버는 타이어(ID S1)가 차량의 FR 코너에 위치한다는 것을 추정할 수 있다. 일단 타이어 상태 데이터가 예정된 문턱값을 상회하는 신뢰 레벨과 연관되면, 그 타이어 위치에 대한 타이어 ID가 리시버/컨트롤러(44)의 내부 메모리에 저장되어, 차후에 타이어 상태 정보, 예컨대 타이어가 공기로 충분히 충전되지 않은 것이 디스플레이(48) 상에 표시되어야 할 때에 타이어 위치를 확인하는 데 사용된다. 신뢰 레벨은 다수의 상이한 방법에 의해 결정될 수 있다. 일례는 표에 있는 WS 각도 데이터가 예정된 개수의 샘플에 대해 예정된 값을 초과하여 변동하지 않았는지 결정하는 것이다.
일단 센서 ID가 코너 위치와 연관되고 나면, 전송된 신호의 압력/온도 정보 부분이 각각의 센서에 대해 모니터링되고, 차량 조작자를 위해 타이어 상태 정보가 관련된 결정된 타이어 위치 정보와 함께 표시될 수 있다. 당업자라면, 타이어 상태 정보의 표시가 단지 비정상적인 타이어 상태로만 한정될 수도 있고, 필요하다면 연속적인 타이어 압력 및 온도 정보일 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
도 6을 참고하면, TPM 시스템에서 타이어 위치를 결정하기 위한, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어 과정(150)을 나타낸 흐름도가 도시되어 있다. 과정은 초기 상태, 플래그, 적절한 값 등이 설정되는 단계 152에서 시작된다. 단계 154에서, 각각의 차량 타이어로부터의 휠 각 회전을 나타내는 ABS 신호가 연속 포착되어 리시버/컨트롤러(44)에 제공된다. 수신된 데이터는 단계 155에서 시각 표시된다. 단계 156에서, 리시버/컨트롤러(44)는 타이어 기반 유닛으로부터 수신된 RF 타이어 상태 정보 신호에 대해 모니터링한다. 단계 158에서, RF 신호가 수신되었는지의 여부가 결정된다. 부정이면, 과정은, ABS 휠 속도 센서로부터의 휠 각 위치가 계속해서 포착되는 단계 154로 다시 돌아간다. 단계 158에서의 결정이 긍정이면, 수신된 RF 데이터는 단계 159에서 시각 표시된다. 단계 160에서, 4개의 휠 모두로부터의 휠 데이터는 임시로 저장된다(표 94). 단계 162에서, 위치 결정을 위해 충분한 양의 데이터가 수집되었는지의 여부에 관한 결정이 이루어진다. 예컨대, 위치 결정이 이루어지기 전에 10 내지 20개의 데이터 샘플링을 가질 것이 요망될 수 있다. 데이터가 충분하지 않은 경우, 과정은 충분한 양의 데이터가 수신되고 저장될 때까지 단계 154로 다시 돌아간다.
단계 164에서, 휠 위치의 결정은 시간 지연값을 고려하여 수신된 타이어 상태 신호의 이벤트에 최상으로 대응하는 휠 속도 센서로부터의 휠 각 위치를 연관 짓는 것에 의해 수행되는데, 예컨대 휠 FR은 S1 ID를 갖는 타이어 상태 신호가 수신될 때마다 180도 회전하고, 이에 따라 S1을 FR 위치와 연관짓는다. 단계 166에서, 결정된 타이어 위치 연관성이 예정된 값보다 큰 신뢰값을 갖는지의 여부에 관한 결정이 이루어진다. 결정의 신뢰 레벨이 충분하다고 가정하면, 타이어 기반 유닛 ID와 결정된 타이어 위치 정보가 단계 168에서 메모리에 저장된다. 신뢰값이 예정된 값보다 크지 않으면, 위치 정보가 저장되지 않고, 과정은 단계 154로 다시 돌아가서, 임의의 기존에 저장된 위치 정보가 보유된다. 차량 기반 유닛(44)은 센서(S1, S2, S3, S4)를 차량에 대한 타이어 위치(FR, FL, RR, RL)와 연관짓는다.
도 7을 참고하면, 타이어 기반 센서가 따르는 제어 과정(200)이 제시된다. 상기 과정은, 초기 상태, 플래그, 적절한 값등이 설정되는 단계 202에서 시작된다. 단계 204에서, 가속도 센서의 출력이 모니터링된다. 단계 206에서, 가속도 신호에 기초하여 차량이 이동하고 있는지의 여부가 결정된다. 동작이 탐지되지 않으면, 과정은 단계 204로 다시 돌아간다. 차량 동작이 있으면, 과정은 상승 에지 또는 하강 에지 교차가 발생하였는지의 여부를 단계 208에서 결정한다. 단계 208에서의 결정이 부정이면, 과정은 가속도 센서가 계속해서 모니터링되는 단계 204로 다시 돌아간다. 단계 208에서 상승 또는 하강 에지 교차가 발생한 경우(예컨대 관련 문턱값에 도달한 경우), 상승 에지든 하강 에지든지 간에 제1 탐지된 발생이 국소 위치 A로서 분류된다. 단계 210에서 다음 교차 이벤트(즉, 상승 에지와 하강 에지 중 다른 에지)는 국소 위치 B로서 분류된다. 단계 212에서, 타이어 기반 컨트롤러가 데이터 메세지를 전송할 준비를 한다. 데이터 메시지를 전송할 수 있기 전에, 과정은 단계 214에서, 실제 데이터 메세지의 전송이 일어날 때까지 상승 또는 하강 에지 교차 탐지 사이의 시간 지연을 나타내는 시간 지연값을 결정한다. 일단 시간 지연값이 단계 214에서 결정되고 나면, 데이터 패킷이 조립되고, 단계 216에서 전송된다. 타이어 기반 센서로부터의 메세지 패킷은 타이어 ID, 시간 지연값 및 타이어 상태 정보를 포함할 것이다.
원활한 도로면 상에서도 신호 필터링이 요구된다. 과도한 신호 감소 또는 배터리 에너지의 사용 없이 3 내지 20 헤르쯔의 주파수 범위에 걸쳐 신호를 매끄럽게 하기 위해 수동 및 적응형 디지털 필터링 기법 모두가 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 설명으로부터, 당업자라면, 개선, 변형 및 수정을 이해할 것이다. 예컨대, 타이어 기반 센서가 RF를 통해 ABS ECU와 통신할 수 있고, ABS ECU가 타이어 기반 유닛과 차량 코너 위치의 연관을 수행할 수 있는 것이 고려된다. 그러한 개선, 해당 기술 내에서의 변형 및/또는 수정은 첨부된 청구범위에 의해 포괄되는 것으로 의도된다.

Claims (5)

  1. 타이어의 상태 감지 장치로서,
    타이어가 회전할 때에 지평선에 대한 관련 타이어의 2개의 상대 회전 위치를 감지하고, 상대 회전 위치를 나타내는 제1 가속도 신호 및 제2 가속도 신호를 제공하는 타이어 기반 센서;
    상기 제1 가속도 신호 및 제2 가속도 신호 각각에 응답하여, 타이어 식별자, 타이어 상태 정보 및 처리 시간 지연값을 포함하는 타이어로부터의 신호들을 전송하는 트랜스미터로서, 상기 처리 시간 지연값은 타이어 회전 중에 상기 제1 가속도 신호 및 제2 가속도 신호의 검출값들을 처리하는데 있어서의 시간 지연을 나타내는 것인, 트랜스미터;
    차량 섀시에 대한 타이어 회전을 모니터링하고, 타이어 회전을 나타내는 신호를 제공하는 차량 기반 센서; 및
    전송된 타이어 식별 신호, 처리 시간 지연값 및 차량 기반 센서로부터의 신호를 모니터링하고, 이에 응답하여 타이어 식별자와 타이어 위치를 연관짓는 컨트롤러
    를 포함하는 타이어의 상태 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 타이어 기반 센서는 180도 이격된 2개의 상대 회전 위치를 감지하는 것인 타이어의 상태 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 타이어 기반 센서는 상대 회전 위치를 감지하기 위해 사용되는 가속도계를 포함하는 것인 타이어의 상태 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 차량 기반 센서는, 타이어와 함께 회전하도록 장착되는 치형(齒形) 디스크, 및 치형 디스크에 인접하게 장착되고 치형 디스크에 유도 결합되는 유도 센서(inductive sensor)를 포함하는 것인 타이어의 상태 감지 장치.
  5. 타이어의 상태를 감지하는 감지 방법으로서,
    가속도 센서를 사용하여, 타이어가 회전할 때에 지평선에 대한 타이어의 2개의 상대 회전 위치를 감지하고, 상대 회전 위치를 나타내는 제1 가속도 신호 및 제2 가속도 신호를 제공하는 단계;
    트랜스미터를 사용하여, 제1 가속도 신호 및 제2 가속도 신호에 응답하여 타이어 식별자, 타이어 상태 정보 및 신호 처리 시간 지연값을 포함하는 타이어로부터의 신호들을 전송하는 단계로서, 상기 처리 시간 지연값은 타이어 회전 중에 상기 제1 가속도 신호 및 제2 가속도 신호의 검출값들을 처리하는데 있어서의 시간 지연을 나타내는 것인, 전송 단계;
    차량 기반 센서를 사용하여, 차량 섀시에 대한 타이어 회전을 모니터링하고, 타이어 회전을 나타내는 신호를 제공하는 단계; 및
    컨트롤러를 사용하여, 전송된 타이어 식별자, 타이어 상태 정보, 신호 처리 시간 지연값 및 차량 섀시에 대한 타이어 회전을 나타내는 신호를 모니터링하는 단계로서, 상기 컨트롤러는 이에 응답하여 타이어 식별자를 타이어 위치와 연관짓는 것인, 모니터링 단계
    를 포함하는 타이어의 상태 감지 방법.
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