KR101735938B1 - 타이어 마모를 판단하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
니라 다이나믹스 에이비
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Abstract

차륜식 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 시스템은: 타이어들(11, 12, 13, 14)의 적어도 타이어 압력을 측정하도록 구성되는 직접 타이어 압력 판단부(17); 타이어들(11, 12, 13, 14) 중 적어도 일부에 대해, 각각의 타이어의 롤 반경에 대응하거나 그에 따라 좌우되는 롤 반경 인자를 판단하도록 구성되는 간접 타이어 압력 판단부(19); 타이어들(11, 12, 13, 14)에 인가된 수직력에 대응하거나 그에 따라 좌우되는 수직력 인자를 판단하도록 구성되는 타이어 힘 판단부(21); 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)에 대해 보상된 롤 반경 인자를 제공하기 위해 직접 타이어 압력 판단부(17)에 의해 제공된 각각의 타이어들의 타이어 압력 및 타이어 힘 판단부(21)에 의해 제공된 각각의 타이어들의 수직력 인자에 기초하여 간접 타이어 압력 판단부(19)에 의해 제공된 타이어들(11, 12, 13, 14)의 롤 반경 인자를 보상함으로써, 및 각각의 타이어의 보상된 롤 반경 인자와 기준 롤 반경 인자의 차가 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모를 제공하는 방식으로, 각각의 타이어에 대해 보상된 롤 반경 인자를 기준 롤 반경 인자와 비교함으로써, 간접 타이어 압력 판단부(19)가 각각의 롤 반경 인자를 제공하는 자동차의 이러한 타이어들(11, 12, 13, 14)에 대해 타이어 마모를 판단하는 처리부(23)를 포함한다.

Description

타이어 마모를 판단하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING TIRE WEAR}
본 발명은 차륜식 자동차의 타이어들에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
US 2010/0060443 A1에는, 차륜식 자동차의 타이어들에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 종래의 시스템이 개시되어 있다. 시스템은 타이어 마모를 계산하기 위해 차륜 속도 센서, 압력 센서, 및 GPS 수신기에 의해 제공된 신호들을 사용한다.
US 2010/0186492 A1에는, 차륜식 자동차의 타이어들에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 다른 종래의 시스템이 개시되어 있다. 시스템은 타이어 마모를 계산하기 위해 차륜 속도 센서 및 가속도 센서에 의해 제공된 신호들을 사용한다.
이러한 배경에 반하여, 본 발명은, 타이어 마모의 간단하며 신뢰할 만하고 확고한 판단을 가능하게 하는, 차륜식 자동차의 타이어들에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 신규의 시스템 및 신규의 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 차륜식 자동차의 타이어들에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 시스템은 청구항 제1항에 정의된다.
본 발명에 따른 시스템은 자동차의 타이어들의 적어도 타이어 압력을 측정하도록 구성되는 직접 타이어 압력 판단부를 포함한다. 본 발명에 따른 시스템은 자동차의 타이어들 중 적어도 일부에 대해, 각각의 타이어의 롤 반경에 대응하거나 그에 따라 좌우되는 롤 반경 인자를 판단하도록 구성되는 간접 타이어 압력 판단부를 더 포함한다. 본 발명에 따른 시스템은 자동차의 타이어들에 인가된 수직력에 대응하거나 그에 따라 좌우되는 수직력 인자를 판단하도록 구성되는 타이어 힘 판단부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 시스템은 간접 타이어 압력 판단부가 각각의 롤 반경 인자를 제공하는 자동차의 이러한 타이어들에 대해 타이어 마모를 판단하는 처리부를 더 포함한다. 처리부는 각각의 타이어에 대해 보상된 롤 반경 인자를 제공하기 위해 직접 타이어 압력 판단부에 의해 제공된 각각의 타이어들의 타이어 압력 및 타이어 힘 판단부에 의해 제공된 각각의 타이어들의 수직력 인자에 기초하여 간접 타이어 압력 판단부에 의해 제공된 타이어들의 롤 반경 인자를 보상한다. 처리부는 각각의 타이어의 보상된 롤 반경 인자와 기준 롤 반경 인자의 차가 각각의 타이어의 타이어 마모를 제공하는 방식으로, 각각의 타이어에 대해 보상된 롤 반경 인자를 기준 롤 반경 인자와 비교한다.
본 발명은, 타이어 마모의 간단하며 신뢰할 만하고 확고한 판단을 가능하게 하는, 자동차의 타이어들에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 신규의 시스템을 제공한다.
개선된 실시예에 따르면, 직접 타이어 압력 판단부는 타이어들의 타이어 온도를 측정하도록 추가로 구성되고, 처리부는 또한 직접 타이어 압력 판단부에 의해 제공된 각각의 타이어들의 타이어 온도에 기초하여 간접 타이어 압력 판단부에 의해 제공된 타이어들의 롤 반경 인자를 보상한다. 이는 타이어 마모의 더 신뢰할 만하며 더 확고한 판단을 가능하게 한다.
본 발명의 제1 대안에 따르면, 간접 타이어 압력 판단부는 상대 롤 반경 분석에 기초하여 자동차의 타이어들의 부분집합에 대해 상대 롤 반경 인자를 판단하도록 구성되고, 처리부는 타이어들의 상기 부분집합에 대해서만 상대 타이어 마모를 판단한다. 처리부는 입력 장치에 의해 수신된 입력 데이터에 기초하여 기준 롤 반경 인자를 판단한다. 상대 롤 반경 분석을 사용한 타이어 마모 판단은 입력 데이터가 입력 장치에 의해 제공되는 것을 필요로 한다. 게다가, 모든 타이어들이 대략 동일한 속도로 마모되는 경우, 이러한 타이어 마모는 상대 롤 반경 분석을 사용한 제1 대안의 특성으로 인해 검출되지 않을 것이다.
이러한 단점들은 본 발명의 제2 대안에 의해 방지될 수 있는데, 여기서 간접 타이어 압력 판단부는 절대 롤 반경 분석에 기초하여 자동차의 모든 타이어들에 대해 절대 롤 반경 인자를 판단하도록 구성되고, 처리부는 자동차의 모든 타이어들에 대해 절대 타이어 마모를 판단한다. 처리부는 자동차의 정규 주행 모드 중에 측정되고/측정되거나 계산되는 데이터에 기초하여 정규 주행 모드 중에 기준 롤 반경 인자를 판단한다.
본 발명에 따른 차륜식 자동차의 타이어들에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 방법은 청구항 제10항에 정의된다.
차륜식 자동차의 타이어들에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 컴퓨터 프로그램에 있어서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장되고, 처리 시스템 상에서 실행될 때, 전술한 방법의 단계들을 수행하기 위한 프로그램 코드를 포함하는, 컴퓨터 프로그램이 청구항 제14항에 정의된다.
삭제
자동차의 타이어들에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 시스템의 실시예들이 종속항들 및 후술하는 설명에 주어진다. 예시적인 실시예들이 도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 자동차의 타이어들에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 시스템의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 2는 도 1의 시스템의 다른 블록도를 도시한다.
도 3은 도 1 및 도 2의 시스템의 다른 블록도를 도시한다.
도 4는 자동차의 하나의 타이어를 도시한다.
도 5는 상대 롤 차륜 반경 분석을 사용한 본 발명의 제1 대안을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 6은 상대 롤 차륜 반경 분석을 사용한 본 발명의 제1 대안을 나타내는 다른 그래프를 도시한다.
도 7은 절대 롤 차륜 반경 분석을 사용한 본 발명의 제2 대안을 나타내는 그래프를 도시한다.
본 특허출원은 차륜식 자동차의 타이어들에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 시스템에 관한 것이다.
도 1은 전방 타이어들(11, 12) 및 후방 타이어들(13, 14)을 구비한 차륜식 자동차(10)의 개략적이며 예시적인 블록도를 도시한다. 본 발명은 이러한 자동차에 제한되지 않는다는 것을 주목해야 한다. 본 발명은 또한 단 하나의 전방 타이어 및 단 하나의 후방 타이어만을 구비한 오토바이와 같은 다른 자동차들과 관련하여 사용될 수 있다.
전방 타이어들(11, 12), 즉 좌측 전방 타이어(11) 및 우측 전방 타이어(12)는 자동차의 전방 차축(15)에 배정된다. 후방 타이어들(13, 14), 즉 좌측 후방 타이어(13) 및 우측 후방 타이어(14)는 자동차(10)의 후방 차축(16)에 배정된다.
자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모를 판단하기 위한 시스템은 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)의 적어도 타이어 압력을 측정하도록 구성되는 직접 타이어 압력 판단부(17)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 직접 타이어 압력 판단부(17)는 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)에 배정되는 센서들(18)을 포함하고, 직접 타이어 압력 판단부(17)의 센서들(18)은 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)의 적어도 타이어 압력을 측정하도록 구성된다.
바람직하게는, 직접 타이어 압력 판단부(17), 즉 그 센서들은 자동차(10)의 타이어들의 타이어 온도를 측정하도록 추가로 구성된다.
자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모를 판단하기 위한 시스템은, 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14) 중 적어도 일부에 대해, 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)의 롤 반경에 대응하거나 그에 따라 좌우되는 롤 반경 인자를 판단하도록 구성되는 간접 타이어 압력 판단부(19)를 더 포함한다.
도시된 실시예에서, 간접 타이어 압력 판단부(19)는 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)에 배정되는 센서들(20)을 포함하고, 간접 타이어 압력 판단부(19)의 센서들(20)은 자동차의 변수, 예컨대 롤 반경 인자들이 판단되어야 하는 타이어들(11, 12, 13, 14)의 차륜 속도를 측정하도록 구성된다. 롤 반경 인자들의 판단의 상세가 이하에 보다 상세히 설명될 것이다.
자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모를 판단하기 위한 시스템은 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)에 인가된 수직력에 대응하거나 그에 따라 좌우되는 수직력 인자를 판단하도록 구성되는 타이어 힘 판단부(21)를 더 포함한다. 타이어 힘 판단부(21)는 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)에 인가된 수직력에 대응하거나 그에 따라 좌우되는 수직력 인자를 제공하기 위해 타이어들(11, 12, 13, 14)의 높이 또는 타이어들(11, 12, 13, 14)이 배정되는 차축들(15, 16)의 높이를 측정하도록 구성되는 센서들(22)을 포함한다.
제1 실시예에 따르면, 상기 센서들(22)은 차축 높이 센서들로 설계된다. 제논 광제어 시스템, 즉 조절 가능한 빔 정렬을 갖는 헤드라이트가 장착되어 있는 자동차(10)에 대해, 자동차(10)의 피치각을 판단해야 한다. 각도의 추정은 후방 차축(16)과 섀시 사이의 거리를 측정하는 센서에 의해 달성된다. 다수의 자동차들에 대해, 이는 또한 전방 차축(15)과 섀시 사이의 거리를 측정하는 추가 센서로 확장된다. 제2 구현예에 따르면, 상기 센서들(22)은 개별 타이어 높이 센서들로 설계된다.
타이어(11, 12, 13, 14)와 섀시 사이의 높이를 측정하는 이러한 센서들은 예컨대 공기 현가 시스템을 구비한 차량에서 유효하다. 차축 높이 센서들과 달리, 이러한 센서들은 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)에 대해 별개인데, 이는 센서들이 차량 내의 측방향 하중 변화를 더 잘 검출할 수 있게 만든다.
자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모를 판단하기 위한 시스템은 간접 타이어 압력 판단부(19)가 각각의 롤 반경 인자를 제공하는 자동차의 이러한 타이어들에 대해 타이어 마모를 판단하는 처리부(23)를 더 포함한다. 처리부(23)는 각각의 타이어에 대해 보상된 롤 반경 인자를 제공하기 위해 적어도 직접 타이어 압력 판단부(17)에 의해 제공된 각각의 타이어들(11, 12, 13, 14)의 타이어 압력 및 타이어 힘 판단부(21)에 의해 제공된 각각의 타이어들(11, 12, 13, 14)의 수직력 인자에 기초하여 간접 타이어 압력 판단부(19)에 의해 제공된 타이어들(11, 12, 13, 14)의 롤 반경 인자를 보상한다. 직접 타이어 압력 판단부(17)가 자동차(10)의 타이어들의 타이어 온도를 측정하도록 추가로 구성되는 경우, 처리부(23)는 추가로 타이어 온도에 기초하여 타이어들(11, 12, 13, 14)의 롤 반경 인자를 보상한다. 간접 타이어 압력 판단부(19)에 의해 제공된 타이어들(11, 12, 13, 14)의 롤 반경 인자의 전술한 보상은 각각의 타이어들(11, 12, 13, 14)에 대한 롤 반경 인자의 보상을 가져온다. 이후, 처리부(23)는 각각의 타이어의 보상된 롤 반경 인자와 기준 롤 반경 인자의 차가 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모를 제공하는 방식으로, 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)에 대해 보상된 롤 반경 인자를 기준 롤 반경 인자와 비교한다.
본 발명은 각각의 타이어의 유효 롤 반경이 주로 각각의 타이어(11, 12, 13, 14) 내의 타이어 압력, 각각의 타이어(11, 12, 13, 14) 상에 인가된 수직력, 및 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)의 실제 타이어 마모의 함수라는 이해에 기초한다. 타이어 마모를 판단하기 위해, 본 발명에 따른 시스템은 적어도 각각의 타이어(11, 12, 13, 14) 내의 타이어 압력 및 각각의 타이어(11, 12, 13, 14) 상의 수직력을 보상한다.
도 2 및 도 3은 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모를 판단하기 위한 시스템의 추가 상세를 다른 블록도 형태로 나타낸다.
도 2의 블록(24)은 적어도 직접 타이어 압력 판단부(17), 간접 타이어 압력 판단부(19), 및 타이어 힘 판단부(21)의 센서들(18, 20, 22)로부터 입력 데이터(25)를 수신하는 타이어 마모 판단 시스템을 나타낸다. 시스템(24)은 출력 데이터(26), 즉 적어도 판단될 타이어 마모를 나타내는 출력 데이터를 생성한다.
도 2의 블록(27)은 신호 조절 및 공통 변수 계산을 수행하는 신호 전처리(SPP)부(27)를 나타낸다. 도 2의 블록(28)은 간접 타이어 압력 판단부(19)에 의한 롤 반경 인자들의 계산 및 처리부(23)에 의한 상기 롤 반경 인자들의 보상을 나타낸다. 도 2의 블록(29)은 보상된 롤 반경 인자들에 기초한 타이어들(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모의 판단을 나타낸다.
도 2는 주행 상태 검출부(30)를 추가로 나타낸다. 주행 상태 검출부(30)는 자동차(10)의 주행 상태를 검출하도록 구성된다. 처리부(23)는, 자동차(10)의 미리 정의된 주행 상태에서만, 바람직하게는 자동차(10)의 횡가속도가 비교적 낮은 경우 및 자동차(10)의 브레이크가 비활성인 경우 및 자동차(10)의 변속 시스템이 비활성인 경우 및 자동차(10)의 ESP부가 비활성인 경우에만 타이어들(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모를 판단한다.
도 3은 도 2의 블록들(28, 29)을 보다 상세히 나타낸다. 도 3에서, 도 2의 블록(28)은 3개의 서브-블록들(28a, 28b, 28c)로 표현되고, 도 2의 블록(29)은 2개의 서브-블록들(29a, 29b)로 표현된다. 서브-블록(28a)은 신호 품질 검사를 나타낸다. 서브-블록(28b)은 간접 타이어 압력 판단부(19)에 의한 롤 반경 인자들의 계산을 나타낸다. 서브-블록(28c)은 처리부(23)에 의한 상기 롤 반경 인자들의 보상을 나타낸다. 서브-블록(29a)은 서브-블록(28c)에 의해 제공된 보상된 롤 반경 인자들 및 서브-블록(29b)에 의해 제공된 기준 롤 반경 인자들에 기초한 타이어들(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모의 판단을 나타낸다. 타이어들(11, 12, 13, 14) 상의 원주력의 변화를 가져오는 자동차(10)의 속도 변화에 대해 롤 반경 인자들을 보상하는 것이 또한 가능하다.
제1 대안에 따르면, 간접 타이어 압력 판단부(19)는 상대 롤 반경 분석에 기초하여 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)의 부분집합에 대해 상대 롤 반경 인자를 판단하도록 구성되고, 처리부(23)는 타이어들(11, 12, 13, 14)의 상기 부분집합에 대해서만 상대 타이어 마모를 판단한다. 상세가 이하에 설명될 것이다.
상대 및 절대 롤 반경 분석은, 고정된 타이어 압력 및 고정된 수직 하중에 대해, 타이어(11, 12, 13, 14)의 롤 반경이 타이어 마모에 비례하여 작아지고, 그에 따라 차륜 속도가 증가한다는 원리에 기초한다. 타이어 마모 추정은 도 4에 도시된 형태를 고려한다. 자동차(10)의 구동된 차륜 또는 타이어(i; i = 11, 12, 13, 14)에서, 접촉면(contact patch) 내의 원주방향 속도(ωiri)는 통상적으로 차륜 허브와 도로 사이의 절대 속도(vi)와 상이하다. 이러한 차는 종방향 차륜 슬립(si)으로 지칭되며, 다음과 같이 정의된다:
Figure 112015075075318-pat00001
아울러, 표준화된 견인력(μi)이 차륜 반응력(Fi)과 법선력(Ni) 사이의 비로 정의된다:
Figure 112015075075318-pat00002
여기서, μi,max = max|Fi/Ni|는 각각의 개별 차륜에 대한 종방향으로의 최대 마찰값에 대응한다.
힘(Fi)은 자동차(10)의 기어박스 또는 변속 시스템 다음의 소정의 차륜에서 유효 토크(Ti)를 통해 계산될 수 있다:
Figure 112015075075318-pat00003
T는 기어박스 다음의 총 유효 토크를 나타낸다. 이후, 전방(F) 차축(15)과 후방(R) 차축(16) 사이의 토크 분포를
Figure 112015075075318-pat00004
로 가정함으로써(γ∈[0,1]은 주지의 토크 전달 파라미터), 차축 상의 각각의 차륜 또는 타이어에 대해 표준화된 견인력은 다음과 같이 산정될 수 있다:
Figure 112015075075318-pat00005
여기서, rF, rR, NF, 및 NR은 각각 전방(F) 및 후방(R) 차축들(15, 16)에서의 차륜 반경 및 법선력이다.
상대 타이어 마모 판단의 이면의 생각은, 타이어들(11, 12, 13, 14)의 현재 상대 타이어 마모를 식별하기 위해, 측정되고 표준화된 견인력 및 종방향 차륜 슬립을 사용하는 것이다. 이러한 방법은 전륜 구동 차량(후륜들은 속도 기준 역할을 함); 후륜 구동 차량(전륜들은 속도 기준 역할을 함); 구동 토크가 주행 상황에 따라 전방 차축 또는 후방 차축에 완전히 가변적으로 분배되는 행온 4륜 구동부(hang-on all wheel drive)를 구비한 차량을 위한 견인 모드에서 작동한다.
예컨대, 전류 구동 차량(10)에 대해, 전방 타이어들(11, 12)은 슬립에 의해 영향을 받고, 이는 다음과 같이 차륜 속도(ωi; i = 11, 12, 13, 14)로부터 직접 계산된다:
Figure 112015075075318-pat00006
전륜들(11, 12)의 표준화된 견인력(μi)은 엔진 토크에 기초하여 계산된다. 자동차(10)의 엔진 토크는 자동차(10)의 버스 시스템에서 입수할 수 있다.
전술한 계산은 바람직하게는 도 2의 블록(27) 내에서 수행된다.
이후, 신호 처리 기법이 선형 회귀 맞춤(도 5 참조)(μi 대 슬립 데이터(si))의 오프셋(δi) 및 경사(1/ki)를 계산하는 데에 사용된다:
Figure 112015075075318-pat00007
슬립(si) 대 표준화된 견인력(μi)의 선형 회귀는 상대 롤 반경 인자를 제공한다. 특히, 오프셋(δL, δR)은 상대 롤 반경 인자 역할을 한다.
전술한 선형 회귀는 바람직하게는 도 2 및 도 3의 블록(28, 28a) 내에서 수행된다.
상대 롤 반경 분석은 하나의 타이어 내지 3개의 타이어들의 상대 타이어 마모를 검출하도록 구현될 수 있고, 여기서 타이어 마모는 정상적인 소비자 관련 주행 중 구동된 차축 상에서 및 경주로 응용 중 전방 차축 상에서 두드러질 것으로 가정된다.
아울러, 후륜 구동 차량에 대해, 동일한 방정식들이 적용되되, 전륜들이 속도 기준 역할을 한다.
예컨대, 구동 토크가 전방 차축(15) 또는 후방 차축(16)에 완전히 가변적으로 분배되는 4륜 구동부 차량에 대해, 전술한 방정식들이 적용된다. 비제한적 예에서, 구동 토크의 대부분이 후방 차축(16) 상에 인가된 자동차(10)에 대해, 슬립은 다음과 같이 계산되고:
Figure 112015075075318-pat00008
이제 풀어야 할 선형 회귀는 예컨대 다음과 같을 수 있다:
Figure 112015075075318-pat00009
여기서, 간접 타이어 압력 판단부(19)는 절대 롤 반경 인자를 제공할 수 없다는 것을 주목한다. 이들은 본래 상대적이다.
전술한 바와 같이, 상대 롤 반경 인자는 수직 하중의 함수 및 타이어 압력의 함수이므로, 직접 타이어 압력 판단부(17) 및 타이어 힘 판단부(21)에 의해 제공된 데이터를 이용한 이러한 변수들에 기초하여 보상된다. 이러한 보상은 도 2 및 도 3의 블록(28, 28b) 내에서 수행된다. 보상은 각각의 타이어들(11, 12, 13, 14)에 대해 보상된 롤 반경 인자를 제공한다.
또한, 전술한 바와 같이, 처리부(23)는 각각의 타이어의 보상된 롤 반경 인자와 기준 롤 반경 인자의 차가 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모를 제공하는 방식으로, 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)에 대해 보상된 롤 반경 인자를 기준 롤 반경 인자와 비교한다.
상대 롤 반경 분석이 사용될 때, 처리부(23)는 입력 장치(31; 도 1 참조)에 의해 수신된 입력 데이터에 기초하여 기준 롤 반경 인자를 판단한다. 입력 장치(31)는 사용자 인터페이스를 통해 입력 장치(31)와 상호작용하는 사용자에 의해 제공된 입력 데이터를 수신하도록 구성되고, 처리부(23)는 입력 장치(31)에 의해 수신된 입력 데이터에 기초하여 상대 타이어 마모를 판단한다. 바람직하게는, 운전자는 새로운 타이어들(11, 12, 13, 14)이 장착되면 상기 데이터를 입력한다. 타이어 변경 후에, 운전자는 타이어 장착 시에 측정된 실제 트레드 깊이를 타이핑하기 위해 사용자 인터페이스를 사용한다. 이후, 이러한 정보는 타이어 마모에 대한 기준을 준다.
상대 롤 반경 분석은 학습 데이터를 추가로 사용한다. 이러한 데이터는 운전자에 의한 능동 리셋 후 정상 주행 중에 학습된다. 학습 데이터는 타이어 위치들 사이의 롤 반경 인자 비율들로 구성되고, 이러한 값들은 다양한 주행 속도 구간들에 대해 저장된다. 상대 롤 반경 분석을 위한 교정 데이터가 다수의 속도 슬롯들 내에 수집된다. 계산은 선형 회귀에 있어서 배치(batch) 기반이며, 각각의 속도 슬롯은 다수의 배치들을 포함할 수 있다.
특정한 타이어의 롤 반경 인자가 타이어 마모로 인해 변경된 경우, 타이어 마모의 상황이 검출될 수 있다. 롤 반경 인자는 외부 영향, 즉 적어도 수직 하중 변화 및 압력 변화에 대해 보상된다. 앞서 언급한 바와 같이, 상대 롤 반경 분석은 하나 내지 3개의 타이어들의 반경 변화에 대해 작동한다. 그러나, 타이어 마모는 후방 차축(16) 또는 전방 차축(15)에 장착된 타이어들에서 가장 심각할 것으로 예상되기 때문에, 이는 엄격한 제한으로 여겨지지 않는다. 본 발명의 명백한 이점은 타이어 마모의 상태를 모니터링하기 위해 추가 센서가 필요하지 않다는 것이다.
상대 롤 반경 분석을 사용한 예시적인 결과가 도 6에 주어져 있다. 여기서, 자동차(10)는 시간(t0)에 시작하여 모든 차륜들 상에 새로운 타이어들(11, 12, 13, 14)을 가지고 구동된다. 시간(t1)에서, 마모된 타이어들이 후방 차축(16)에 장착된다. 시스템이 후방 차축(16) 상의 타이어들(13, 14)에 대해 타이어 마모(TW13, TW14)를 분명히 나타내고 있음을 알 수 있다.
판단된 타이어 마모가 미리 정의된 임계값보다 클 때, 시스템은 운전자를 위한 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 판단된 타이어 마모가 미리 정의된 임계값보다 작을 때, 시스템은 이러한 경고 신호를 발생시키지 않을 것이다.
상대 롤 반경 분석의 주요 단점은 시작점 기준으로서 입력 장치(31)에 의해 트레드 깊이를 입력하기 위해 트레드 깊이의 측정을 필요로 한다는 것이다.
상대 롤 반경 분석의 다른 단점은, 모든 타이어들(11, 12, 13, 14)이 대략 동일한 속도로 마모되는 경우, 추정값들이 본래 상대적이기 때문에 이러한 타이어 마모가 검출되지 않을 것이라는 점이다.
이러한 상황에 대한 해결방안은 양호한 정확도로 각각의 개별 타이어(11, 12, 13, 14)에서 절대 속도를 추정하기 위해, 적응형 순항 제어로부터 차량 절대 속도의 추정값을 제공하는 레이더 속도, GPS 도플러 속도, 차등 의사거리들을 이용한 GPS 속도 등과 같은 다양한 입력 신호들을 이용한 절대 롤 반경 분석을 사용하는 것이다. 이를 위해, 이후, 차량의 절대 속도의 이러한 추정값은 개별 차륜 슬립을 계산하는 데에 사용된다. 표준화된 견인력에 대해, 상대 롤 반경 분석과 관련하여 설명된 방정식들이 여전히 적용되지만, 선형 회귀는 이제 다음과 같이 확장된다:
Figure 112015075075318-pat00010
여기서, Δri는 가정된 개별 차륜 반경(ri)의 추정된 오차이며, ωi는 측정된 각속도이다. 이러한 새로운 선형 회귀에 의하면, 앞서 제시된 바와 동일한 접근방안이 적용되지만, 교점은 이제 Δri이다. Δri는 절대 롤 반경 인자 역할을 한다.
그러므로, 사용된 차륜 반경(ri)은 이하에 명시되는 바와 같이 차량 속도, 개별 타이어 압력, 및 수직 하중의 함수로서 내삽/외삽되며 계산될 수 있다.
절대 타이어 마모 추정기는 기준 데이터를 필요로 한다. 이러한 데이터는 가능하게는 운전자에 의한 능동 리셋 후 정상 주행 중에 학습되지만, 반드시 그런 것은 아니다. 능동 리셋이 수행되는 경우, 이는 바람직하게는 타이어 교체 후에 이루어진다.
학습 데이터는 가정된 개별 차륜 반경(Δri)의 추정된 오차로 구성되고, 이러한 값들은 다양한 주행 속도 구간들에 대해 저장된다. 차륜 개별 반경에 대한 교정 데이터가 다수의 속도 슬롯들 내에 수집된다. 계산은 선형 회귀에 있어서 배치(batch) 기반이며, 각각의 속도 슬롯은 다수의 배치들을 포함할 수 있다.
교정 중에, 각각의 별개의 속도 범위에 대해, 별개의 교정이 계산된다. 속도 범위에 대한 교정값이 계산된 경우에만, 이러한 속도 범위에서 타이어 마모의 모니터링이 제공된다. 이를 위해, 차량은 실제로 이러한 속도 범위에 있었어야 할 필요가 있고, 이에 대해 타이어 마모 추정이 달성될 것이므로, 이러한 속도 범위에 대한 교정이 가능하다.
교정은 몇 분 걸린다. 그 결과, 예컨대 도시 또는 지방 환경에서 허용된 속도로 사전 구동되고 이제 예컨대 고속도로에서 더 높은 속도로 구동되는 자동차(10)에 대해, 각각의 더 높은 속도 범위에 대한 교정이 완료되지 않는 한, 타이어 마모 정보는 유효하지 않을 것이다. 즉, 적어도 몇 분 동안, 사전 교정된 속도 범위 내의 타이어 마모 모니터링은 가능하지 않거나 적어도 신뢰할 만하지 않다. 이러한 기간을 커버하기 위해, 타이어 압력 모니터링 응용에서는, 이러한 속도 범위들에 대한 교정값들을 추정하는 것이 알려져 있다.
EP 1 403 100 A1에는, 교정이 완료된 인접한 속도 범위들의 교정값들에 기초하여, 교정이 완료되지 않은 속도 범위들에 대한 교정값들을 외삽하는 것이 개시되어 있다. DE 103 60 723 A1에는, 특히 인접한 더 낮은 속도 범위 및 인접한 더 높은 속도 범위의 교정값들을 평균함으로써, 교정이 완료된 인접한 속도 범위들의 교정값들에 기초하여, 교정이 완료되지 않은 속도 범위들에 대한 교정값들을 추정하는 것이 개시되어 있다.
타이어(11, 12, 13, 14)의 롤 반경은 다양한 속도 범위들, 압력들, 및 수직 하중들에 대해 실험대에서 측정될 수 있기 때문에, 이러한 교정값들은 완전히 새로운 타이어에 대해 미리-정의된 교정 곡선으로서 사용될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 타이어 교정 데이터에 기초하여, 이러한 교정 곡선이 선택될 수 있고, 이는 이후 자동차(10)의 완전한 속도 범위에 대한 시작점으로 사용될 수 있다. 이후, 이러한 선택된 교정 곡선은, 직접 타이어 압력 판단부(17)로부터의 측정된 타이어 압력 및 타이어 힘 판단부로부터의 수직 하중과 함께, 보상된 절대 롤 반경 인자 역할을 하는 다양한 속도 범위들에 대해 보상된 차륜 반경(ri)을 계산하는 데에 사용될 수 있다.
절대 롤 반경 분석을 사용한 예시적인 결과가 도 7에 주어져 있다. 여기서, 차량은 시간(t0)에서 시간(t1)까지 모든 차륜들 상에 새로운 타이어들을 가지고 구동된다. 시간(t1)에서, 모든 차륜들 상의 마모된 타이어들이 장착된다. 절대 타이어 마모 추정기는 모든 타이어들(11, 12, 13, 14) 상의 타이어 마모(TW)를 분명히 나타낸다. 상대 속도가 변하지 않을 것이기 때문에, 이러한 타이어 마모는 상대 타이어 마모 추정기에 의해 검출되지 않은 상태로 남아있을 것이다. 게다가, 절대 타이어 마모 추정기는 전방 차축(15)과 후방 차축(16) 사이에 50:50 토크 분할을 갖는 영구적인 4륜 구동 차량을 비롯하여, 모든 유형의 전륜/후륜/4륜 구동 차량들을 위해 작동할 것이다.
앞서 언급된 바와 같이, 처리부(23)는 주행 상태 검출부(30)에 의해 검출된 자동차(10)의 정의된 주행 상태들에서만 타이어들(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모를 판단한다. 자동차(10)의 몇몇 주행 상태들에서, 센서 신호들은 단지 타이어 마모만이 아닌 다른 인자들에 의해 영향을 받을 수 있고, 이는 허위 표시와 같은 원하지 않는 거동으로 이어질 수 있다.
그 결과, 입력 데이터의 품질 검사가 샘플 별로 수행되고, 품질이 부적절한 것으로 판단되는 경우, 처리부(23)에 의한 타이어 마모 판단이 일시적으로 비활성화된다. 이러한 조건들로, 예컨대: 제동 진행 중; 기어 전환 진행 중; ABS, ESP와 같은 제어 시스템의 맞물림이 있다. 품질 검사는 주행 상태 검출부(30)에 의해 수행된다.
주행 상태 검출부(30)는 또한 데이터를 모니터링하는 데에 사용될 수 있고, 필요한 것으로 간주되는 경우 롤 반경 분석을 사용 불가능하게 할 것이다. 일정 시간 동안 어떤 특정한 조건(예컨대, 타원형 트랙 주행 상태 또는 로터리 주행 상태)이 해당되지 않았다면, 주행 상태 검출부(30)의 출력 신호가 유발되지 않을 수도 있다.
차륜 속도 신호들이 예컨대 ABS 시스템과 같은 하나 이상의 차륜 속도 센서를 사용하여, 및/또는 바람직하게는 이미 차량의 일부인 차량 내부 CAN/Flex Ray-버스 및/또는 임의의 적절한 차량 센서로부터 얻어질 수 있다.
본 발명과 함께 사용될 수 있는 센서 신호들을 발생시키기 위한 센서들은 예컨대, 차륜 속도 센서, 차륜 가속도 센서, 3D 주행 차량 위치 센서, 3D 주행 차량 속도 센서, 주행 차량 속도 센서, 차륜/타이어 압력 센서, 주행 차량 요 레이트(yaw rate) 센서, 엔진 토크 센서, 차륜 축 토크 센서, 현가 장치 (관련) 센서, 차륜 온도 센서, 및 주변 온도 센서 중 하나 이상의 집합이다. 적절한 센서 유형으로, 예컨대 차축 높이 센서, 임의의 다른 아날로그 거리 센서, 변위를 전압으로 변환하는 지오폰, 또는 예컨대 타이어 공기압/가속도 센서가 포함된다.
10 자동차
11 타이어
12 타이어
13 타이어
14 타이어
15 차축
16 차축
17 직접 타이어 압력 판단부
18 센서
19 간접 타이어 압력 판단부
20 센서
21 타이어 힘 판단부
22 센서
23 처리부
24 시스템
25 입력 데이터
26 출력 데이터
27 블록
28 블록
28a 서브-블록
28b 서브-블록
28c 서브-블록
29 블록
29a 서브-블록
29b 서브-블록
30 블록
31 입력 장치

Claims (15)

  1. 차륜식 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 타이어들(11, 12, 13, 14)의 적어도 타이어 압력을 측정하도록 구성되는 직접 타이어 압력 판단부(17);
    상기 타이어들(11, 12, 13, 14) 중 적어도 일부에 대해, 적어도 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)의 표준화된 견인력과 종방향 차륜 슬립을 판단하는 롤 반경 분석에 기초하여, 각각의 타이어의 롤 반경에 대응하거나 그에 따라 좌우되는 롤 반경 인자를 판단하도록 구성되는 간접 타이어 압력 판단부(19);
    상기 타이어들(11, 12, 13, 14)에 인가된 수직력에 대응하거나 그에 따라 좌우되는 수직력 인자를 판단하도록 구성되는 타이어 힘 판단부(21);
    상기 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)에 대해 보상된 롤 반경 인자를 제공하기 위해 상기 직접 타이어 압력 판단부(17)에 의해 제공된 상기 각각의 타이어들의 타이어 압력 및 상기 타이어 힘 판단부(21)에 의해 제공된 상기 각각의 타이어들의 수직력 인자에 기초하여 상기 간접 타이어 압력 판단부(19)에 의해 제공된 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)의 롤 반경 인자를 보상함으로써, 및 상기 각각의 타이어의 보상된 롤 반경 인자와 기준 롤 반경 인자의 차가 상기 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모를 제공하는 방식으로, 상기 각각의 타이어에 대해 보상된 롤 반경 인자를 기준 롤 반경 인자와 비교함으로써, 상기 간접 타이어 압력 판단부(19)가 상기 각각의 롤 반경 인자를 제공하는 상기 자동차의 이러한 타이어들(11, 12, 13, 14)에 대해 타이어 마모를 판단하는 처리부(23)를 포함하고,
    상기 직접 타이어 압력 판단부(17)는 상기 자동차의 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)에 배정되는 센서들(18)을 포함하고, 상기 직접 타이어 압력 판단부(17)의 상기 센서들(18)은 상기 자동차의 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)의 적어도 타이어 압력을 측정하도록 구성되고,
    상기 타이어 힘 판단부(21)는 상기 자동차의 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)에 인가된 수직력에 대응하거나 그에 따라 좌우되는 수직력 인자를 제공하기 위해 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)의 높이 또는 상기 타이어들이 배정되는 차축들(15, 16)의 높이를 측정하도록 구성되는 센서들(22)을 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 직접 타이어 압력 판단부(17)는 상기 자동차의 상기 타이어들의 타이어 온도를 측정하도록 추가로 구성되고, 상기 처리부(23)는 또한 상기 직접 타이어 압력 판단부(17)에 의해 제공된 상기 각각의 타이어들의 타이어 온도에 기초하여 상기 간접 타이어 압력 판단부(19)에 의해 제공된 상기 타이어들의 롤 반경 인자를 보상하는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 직접 타이어 압력 판단부(17)의 상기 센서들(18)은 상기 자동차의 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)의 타이어 온도를 측정하도록 구성되는, 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 간접 타이어 압력 판단부(19)는 상대 롤 반경 분석에 기초하여 상기 자동차(10)의 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)의 부분집합에 대해 상대 롤 반경 인자를 판단하도록 구성되고, 상기 처리부(23)는 상기 자동차의 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)의 상기 부분집합에 대해서만 상대 타이어 마모를 판단하는, 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 사용자에 의해 제공된 입력 데이터를 수신하도록 구성되는 입력 장치(31)로, 상기 사용자가 사용자 인터페이스를 통해 상기 입력 장치(31)와 상호작용하는, 입력 장치(31)를 더 포함하고, 상기 처리부(23)는 상기 입력 장치(31)에 의해 수신된 입력 데이터에 기초하여 상대 타이어 마모를 판단하는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 처리부(23)는 상기 입력 장치(31)에 의해 수신된 입력 데이터에 기초하여 기준 롤 반경 인자를 판단하는, 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 간접 타이어 압력 판단부(19)는 절대 롤 반경 분석에 기초하여 상기 자동차(10)의 모든 타이어들(11, 12, 13, 14)에 대해 절대 롤 반경 인자를 판단하도록 구성되고, 상기 처리부(23)는 상기 자동차의 모든 타이어들에 대해 절대 타이어 마모를 판단하는, 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 처리부(23)는 상기 자동차(10)의 정규 주행 모드 중에 측정되거나 계산되는 데이터에 기초하여 상기 정규 주행 모드 중에 기준 롤 반경 인자를 판단하는, 시스템.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리부(23)는, 상기 자동차(10)의 미리 정의된 주행 상태에서만, 상기 자동차의 횡가속도가 비교적 낮은 경우 또는 상기 자동차의 브레이크가 비활성인 경우 또는 상기 자동차의 변속 시스템이 비활성인 경우 또는 상기 자동차의 ESP부가 비활성인 경우에만 상기 타이어들의 타이어 마모를 판단하는, 시스템.
  10. 차륜식 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 방법에 있어서,
    직접 타이어 압력 판단부(17)를 사용하여, 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)의 적어도 타이어 압력을 측정하는 단계;
    간접 타이어 압력 판단부(19)를 사용하여, 상기 타이어들(11, 12, 13, 14) 중 적어도 일부에 대해, 적어도 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)의 표준화된 견인력과 종방향 차륜 슬립을 판단하는 롤 반경 분석에 기초하여, 각각의 타이어의 롤 반경에 대응하거나 그에 따라 좌우되는 롤 반경 인자를 판단하는 단계;
    타이어 힘 판단부(21)를 사용하여, 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)에 인가된 수직력에 대응하거나 그에 따라 좌우되는 수직력 인자를 판단하는 단계;
    상기 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)에 대해 보상된 롤 반경 인자를 제공하기 위해 상기 직접 타이어 압력 판단부(17)에 의해 제공된 상기 각각의 타이어들의 타이어 압력 및 상기 타이어 힘 판단부(21)에 의해 제공된 상기 각각의 타이어들의 수직력 인자에 기초하여 상기 간접 타이어 압력 판단부(19)에 의해 제공된 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)의 롤 반경 인자를 보상함으로써, 및 상기 각각의 타이어의 보상된 롤 반경 인자와 기준 롤 반경 인자의 차가 상기 각각의 타이어(11, 12, 13, 14)의 타이어 마모를 제공하는 방식으로, 상기 각각의 타이어에 대해 보상된 롤 반경 인자를 기준 롤 반경 인자와 비교함으로써, 상기 간접 타이어 압력 판단부(19)가 상기 각각의 롤 반경 인자를 제공하는 상기 자동차의 이러한 타이어들(11, 12, 13, 14)에 대해 타이어 마모를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 직접 타이어 압력 판단부(17)는 상기 자동차의 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)에 배정되는 센서들(18)을 포함하고, 상기 직접 타이어 압력 판단부(17)의 상기 센서들(18)은 상기 자동차의 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)의 적어도 타이어 압력을 측정하도록 구성되고,
    상기 타이어 힘 판단부(21)는 상기 자동차의 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)에 인가된 수직력에 대응하거나 그에 따라 좌우되는 수직력 인자를 제공하기 위해 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)의 높이 또는 상기 타이어들이 배정되는 차축들(15, 16)의 높이를 측정하도록 구성되는 센서들(22)을 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 직접 타이어 압력 판단부(17)를 사용하여, 상기 자동차의 상기 타이어들의 타이어 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 타이어 마모를 판단하는 단계에서, 상기 간접 타이어 압력 판단부(19)에 의해 제공된 상기 타이어들의 롤 반경 인자는 또한 상기 직접 타이어 압력 판단부(17)에 의해 제공된 상기 각각의 타이어들의 타이어 온도에 기초하여 보상되는, 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상대 롤 반경 분석에 기초하여 상기 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)의 부분집합에 대해 상대 롤 반경 인자가 성취되고, 처리부(23)는 상기 타이어들(11, 12, 13, 14)의 상기 부분집합에 대해서만 상대 타이어 마모를 판단하는, 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 절대 롤 반경 분석에 기초하여 상기 자동차(10)의 모든 타이어들(11, 12, 13, 14)에 대해 절대 롤 반경 인자가 성취되고, 처리부(23)는 상기 자동차의 모든 타이어들(11, 12, 13, 14)에 대해 절대 타이어 마모를 판단하는, 방법.
  14. 차륜식 자동차(10)의 타이어들(11, 12, 13, 14)에 대해 타이어 마모를 판단하기 위한 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장되고, 처리 시스템 상에서 실행될 때, 제10항 또는 제11항에 따른 방법의 단계들을 수행하기 위한 프로그램 코드를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
  15. 삭제
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