KR101938235B1 - 가속도센서를 이용한 차륜 속도의 이상 검출, 제어 시스템 및 방법. - Google Patents

가속도센서를 이용한 차륜 속도의 이상 검출, 제어 시스템 및 방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 차륜 속도센서(WSS, Wheel Speed Sensor)의 에러 검출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차륜 속도센서의 시그널이 아닌 다른 차륜 속도센서로 차량의 위험요소가 발생하지 않는 시간 내에 차륜 속도센서의 유효성을 검증하기 용이하도록, 타이어에 작용하는 가속도를 검출하여 이를 속도로 변환하여 차량의 위험 요소가 발생하지 않은 시간 내 차륜 속도센서의 속도값과 비교하는 차륜 속도의 이상 및 에러 검출 방법과 그에 따른 차량 주행 및 제동 안정성을 위한 제어시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차륜 속도센서의 에러 검출방법은, 차륜에 장착된 차륜 속도센서에 대한 에러 여부, 즉 유효성 검증을 위하여 각각 타이어의 내측 일면에 장착된 가속도센서를 이용함으로써, 기 마련된 가속도 센서를 활용하여 원가를 절감할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 차륜 속도센서의 에러 검출방법은, 차륜 속도센서의 에러를 검출 또는 검증함에 있어, ASIL(Automotive Safety Integrity Level) 수준을 만족시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

가속도센서를 이용한 차륜 속도의 이상 검출, 제어 시스템 및 방법. {Wheel speed abnormality detection and control system using acceleration sensor.}
본 발명은 차륜 속도센서(WSS, Wheel Speed Sensor)의 에러 검출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차륜 속도센서의 시그널이 아닌 다른 차륜 속도센서로 차량의 위험요소가 발생하지 않는 시간 내에 차륜 속도센서의 유효성을 검증하기 용이하도록, 타이어에 작용하는 가속도를 검출하여 이를 속도로 변환하여 차량의 위험 요소가 발생하지 않은 시간 내 차륜 속도센서의 속도값과 비교하는 차륜 속도의 이상 및 에러 검출 방법과 그에 따른 차량 주행 및 제동 안정성을 위한 제어시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근의 차량에는 주행 안정성 향상 및 제동 안정성을 위하여 다양한 장치가 설치된다. 이러한 다양한 장치로서 차륜의 슬립을 방지하기 위한 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program) 등이 있다.
이러한 장치들에는 차량의 정확한 차륜 속도가 입력되어야만 주행 안정성 향상 및 제동을 위한 정확한 연산이 가능하다.
통상적으로 차륜 속도센서는 각 차륜에 장착된 톤 휠(Tone Wheel)이 회전할 경우 센서가 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하여 구형파를 발생시킨다.
이러한 구형파는 일정한 주기로 발생되는 것이 아니고 해당 차륜 속도에 따라 다른 주기를 갖게 된다.
특히, 차륜의 회전속도가 낮은 경우에 차륜 속도센서는 긴 주기의 구형파를 발생시킨다.
이렇게 차륜 속도센서에서 전송되는 다른 주기의 구형파는 마이크로제어유닛(MCU)으로 입력되고, 마이크로제어유닛(MCU)은 구형파의 턴온(Turn On)/턴오프(Turn Off) 시점을 이용하여 차륜 속도를 측정한다.
이때, 차륜 속도센서가 고장나면 잘못 연산된 차륜 속도 정보가 상기 ABS, TCS, ESP 등의 차량 제어 시스템에 전달되어 차량의 안정성 및 제동에 치명적인 위험을 가할 수 있다.
일반적으로, 센서 자체 고장진단기능이 없이 출력되는 시그널만으로 감지하는 고장들은 자동차 전기/전자 제품의 안전 규격인 ISO26262에서 규정하는 ASIL(Automotive Safety Integrity Level) 수준의 고장진단 메커니즘만을 가지게 되고 이로 인하여 차륜 속도센서를 사용하는 차량 시스템의 전체 ASIL 수준이 저하되는 요인이 되었다. 상기 차륜 속도센서의 ASIL 수준을 높이기 위해서는 기존센서의 자가진단 기능을 추가하거나 같은 기능을 하는 센서를 추가해야 하는데 이는 모두 원가 상승의 요인이 된다.
최근 들어, 이러한 자가진단 기능을 센서를 추가하거나 하지 않고, 차량 내에 기 장착된 센서를 이용하여, 자가진단 기능을 수행하기 위한 연구가 진행 중에 있다.
KR 610080
본 발명의 목적은, 차륜 속도센서의 시그널이 아닌 가속도센서로 차량의 위험요소가 발생하지 않는 시간 내에 차륜 속도센서의 유효성을 검증하기 용이한 차륜 속도센서의 에러 검출방법을 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라, 차륜속도 이상 검출 및 제어시스템에 있어서, 차량의 차륜에 적어도 하나 이상 마련되어 각각의 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하여 구형파를 발생시켜 마이크로제어유닛(MCU)으로 전송하는 차륜 속도센서, 차량에 마련되는 다수개 타이어의 접지면 내측에 설치되어 각 타이어의 가속도를 측정하여 마이크로제어유닛(MCU)로 전송하는 가속도센서 및 상기 차륜 속도센서 및 가속도센서로부터 각각의 데이터를 전송받아 데이터 수치를 상호 비교하여 이상 여부를 판별하는 마이크로제어유닛(MCU)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어시스템이 제공되는 것이 가능하다.
이에 있어서, 상기 차륜 속도센서는 차량의 4개의 휠 각각에 마련되어 각각의 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하는 것이 가능하며, 상기 가속도센서는 차량의 4개의 타이어 각각의 접지면 내측 일면에 마련되되 상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상에 마련되는 것이 가능하다.
또한, 상기 가속도센서는 지면과 평행한 x, y축 방향(차량에 대한 종방향 및 횡방향) 및 지면과 수직한 z축 방향 성분의 가속도를 측정하는 것이 바람직하다.
추가적으로, 상기 마이크로제어유닛(MCU)은 상기 차륜 속도센서 및 가속도센서에서 전송된 데이터 값을 비교하며, 상기 차륜 속도센서의 속도값과 상기 가속도센서에서 산출된 속도값이 상이할 경우, 상기 가속도센서에서 산출된 속도값으로 속도 값을 결정하는 것이 가능하다.
여기서, 상기 마이크로제어유닛(MCU)은 상기 차륜 속도센서의 속도값과 상기 가속도센서에서 산출된 속도값이 상이할 경우, 상기 가속도센서에서 산출된 속도값으로 속도 값을 결정하며, 상기 결정된 속도값으로 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program)을 제어하는 것이 바람직하다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면, 차륜속도 이상 검출 및 제어방법에 있어서 차량의 차륜에 적어도 하나 이상 마련된 차륜 속도센서가 각각의 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하여 구형파를 발생시켜 마이크로제어유닛(MCU)로 전송하는 차륜 속도 측정단계, 차량에 마련되는 다수개의 타이어 접지면 내측에 설치되어 각 타이어의 가속도를 측정하는 가속도센서가 가속도를 측정하여 마이크로제어유닛(MCU)으로 전송하는 가속도 측정단계, 마이크로제어유닛(MCU)이 상기 차륜 속도센서 및 가속도센서로부터 각각의 데이터를 전송받아 데이터 수치를 상호 비교하여 이상여부를 판별하는 속도 값 판별단계 및 상기 속도 값 판별단계에서 산출된 속도 값을 이용하여 차량의 시스템을 제어하는 제어단계를 포함하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어방법이 제공되는 것이 가능하다.
여기서, 상기 가속도 측정단계는 차량의 4개의 타이어 각각의 내측 일면에 마련되되, 상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상에 마련되는 가속도센서를 이용하여 지면과 평행한 x, y축 방향 및 지면과 수직한 z축 방향 성분의 가속도를 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 속도 값 판별단계는 가속도센서에서 특정된 가속도 값을 속도값으로 변환하는 변환단계, 상기 변환단계에서 변환된 속도값과 차륜 속도센서에서 산출한 속도 값을 비교하는 비교단계 및 상기 비교단계를 거쳐 정확한 속도 값을 결정하는 판별단계를 포함하는 것이 가능하다.
이에 더하여, 상기 비교단계는 하나의 타이어에 마련된 가속도센서에서 산출된 속도값과 상기 타이어에 대응하는 차륜의 속도 값의 차이를 산출하고 상기 산출된 차이값이 기 설정한 범위를 벗어나는지 여부로 상호 속도 값을 비교하며, 차량에 마련된 각각의 휠 및 타이어 4개의 차륜 속도센서 및 가속도센서를 비교하며, 상기 차륜 속도센서의 속도값과 상기 가속도센서에서 산출된 속도값이 상이할 경우, 상기 가속도센서에서 산출된 속도값으로 속도 값을 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어단계는 상기 속도 값 판별단계에서 판별된 속도값이 각각 상이할 경우, 가속도센서에서 산출된 속도값으로 속도 값을 결정하며, 결정된 속도값으로 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program)을 제어하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 차륜 속도센서의 에러 검출방법은, 차륜에 장착된 차륜 속도센서에 대한 에러 여부, 즉 유효성 검증을 위하여 각각 타이어의 내측 일면에 장착된 가속도센서를 이용함으로써, 기 마련된 가속도 센서를 활용하여 원가를 절감할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 차륜 속도센서의 에러 검출방법은, 차륜 속도센서의 에러를 검출 또는 검증함에 있어, ASIL(Automotive Safety Integrity Level) 수준을 만족시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 가속도센서를 이용한 차륜 속도 이상 검출 및 제어방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 속도 값 판별단계의 구체적인 내용에 대한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 가속도센서를 이용한 차륜 속도 이상 검출 및 제어방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 입력부, 제어부 및 동작부로 구분하여 도시한 가속도센서를 이용한 차륜 속도 이상 검출 및 제어방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 가속도센서가 마련된 구성을 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명을 설명함에 있어 사용되는 용어에 대해 다음과 같이 간단하게 정의한다.
마이크로제어유닛(MCU)이란, 전자시스템을 제어하기 위한 전용 프로세서로서, 컴퓨터의 중앙연산처리장치(CPU)에 해당되는 것으로 정의하는 것이 가능하다.
전자제품의 두뇌역할을 하는 핵심칩으로 단순 시간예약에서부터 특수한 기능에 이르기까지 제품의 다양한 기능을 수행한다.
도면을 참조하여 본 발명의 일 측면에 따른 무단변속기 차량의 변속비 제어장치를 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 가속도센서를 이용한 차륜 속도 이상 검출 및 제어방법의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전반적인 가속도센서를 이용한 차륜 속도 이상 검출 및 제어방법을 파악하는 것이 가능하다.
이에 있어서, 본 발명은 상기 방법구성뿐만 아니라, 장치구성을 포함하는 가속도센서를 이용한 차륜 속도 이상 검출 및 제어시스템이 마련되는 것이 가능하다 할 것이다.
구체적으로는, 차륜속도 이상 검출 및 제어시스템에 있어서 차량의 차륜에 적어도 하나 이상 마련되어 각각의 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하여 구형파를 발생시켜 마이크로제어유닛(MCU)로 전송하는 차륜 속도센서, 차량에 마련되는 다수개의 타이어 접지면 내측에 설치되어 각 타이어의 가속도를 측정하여 마이크로제어유닛(MCU)으로 전송하는 가속도센서 및 상기 차륜 속도센서 및 가속도센서로부터 각각의 데이터를 전송받아 데이터 수치를 상호 비교하여 이상 여부를 판별하는 마이크로제어유닛(MCU)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어시스템이 마련되는 것이 가능하다.
이 경우에, 상기 차륜 속도센서는 차량의 4개의 휠 각각에 마련되어 각각의 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하는 것이 바람직하며, 상기 가속도센서는 차량의 4개의 타이어 각각의 접지면 내측 일면에 마련되되 상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상에 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가속도센서는 지면과 평행한 x, y축 방향 및 지면과 수직한 z축 방향 성분의 가속도를 측정하는 것이 바람직하다.
여기서 도 5를 참고하면, 상기 가속도센서는 가속도를 측정하여 타이어 정보획득 및 해석이 가능하도록 타이어 각각의 접지면 내측 일면에 마련되는 센서인 것이 가능하다.
통상적으로 상기 차륜 속도센서는 차량의 4개의 휠 각각에 마련되어 각각의 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하며, 톤 휠(Tone Wheel)이 회전할 경우 센서가 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하여 구형파를 발생시킨다.
이러한 구형파는 일정한 주기로 발생되는 것이 아니고 해당 차륜 속도에 따라 다른 주기를 갖게 된다.
특히, 차륜의 회전속도가 낮은 경우에 차륜 속도센서는 긴 주기의 구형파를 발생시킨다.
이와 같이, 차륜 속도센서에서 전송되는 상이한 주기의 구형파는 마이크로제어유닛(MCU)으로 입력되고, 마이크로제어유닛(MCU)은 상기 구형파의 턴온/턴오프 시점을 이용하여 휠 속도를 측정하는 것이 가능하다.
가속도센서는, 차량의 4개의 타이어 각각의 내측 일면에 마련되되 상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상에 마련되는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상 일지점에 마련되어 가속도를 포함한 변수를 측정하며, 무선으로 측정된 가속도 데이터 값을 마이크로제어유닛 등에게 전송하게 된다.
또한, 상기 마이크로제어유닛(MCU)은 상기 차륜 속도센서 및 가속도센서에서 전송된 데이터 값을 비교하며, 상기 차륜 속도센서의 속도값과 상기 가속도센서에서 산출된 속도값이 상이할 경우, 상기 가속도센서에서 산출된 속도값으로 속도 값을 결정하는 것이 가능하다.
또한, 상기 차륜 속도센서의 속도값과 상기 가속도센서에서 산출된 속도값이 상이한 경우는, 차륜 속도센서의 이상이 있음을 전제로 하며, 이를 위한 상기 차륜속도센서의 이상판단은, 마이크로제어유닛(MCU)에서 전좌륜휠속도센서와 전우륜휠속도센서와 후좌륜휠속도센서와 후우륜휠속도센서 중 하나의 휠속도센서를 선택하며, 선택된 휠속도센서로부터 출력되는 구형파신호를 카운팅하여 휠속도를 감지하고, 감지된 휠속도에 따라 차량의 주행 안정성 향상 및 제동을 위한 연산을 수행한다.
여기에 마련되는 주문형 반도체회로는, 전술한 과정에서와 같이 휠속도센서를 선택하며, 다시 한번 선택된 휠속도센서로부터 출력되는 구형파신호를 카운팅하여 휠속도를 감지하고, 전술한 과정 및 두번째 과정에서 감지된 휠속도를 비교하여 그 오차가 임계값 이상이면 차륜 속도센서 이상으로 판단하는 역할을 수행함으로써, 상기 차륜 속도센서의 이상여부를 판단하는것이 가능하다.
이에 있어서, 상기 마이크로제어유닛(MCU)은 상기 차륜 속도센서의 속도값과 상기 가속도센서에서 산출된 속도값이 상이할 경우, 상기 가속도센서에서 산출된 속도값으로 속도 값을 결정하며, 상기 결정된 속도값으로 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program)을 제어하는 것이 바람직하다 할 것이다.
상세하게는, 상기 차륜 속도센서의 속도값과 상기 가속도센서에서 산출된 속도값이 상이한 경우는 '하나의 타이어에 마련된 가속도센서에서 산출된 속도값과 상기 타이어에 대응하는 차륜의 속도 값의 차이를 산출하고 상기 산출된 차이값이 기 설정한 범위를 벗어나는 경우'를 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같은 경우, 차륜 스피드 속도 (V_FL, V_FR, V_RL, V_RR), 가속도 (a_FL, a_FR, a_RL, a_RR), 가속도로부터 변환된 속도 (V_FL’, V_FR’, V_RL’, V_RR’)가 정의될 수 있으며, Alpha <= || V_FL-V_FL’; V_FR-V_FR’ ; V_RL-V_RL’; V_RR-V_RR’|| <= beta , 0<= alpha <= gamma, 0<= beta<=delta, 0 <= alpha <= gamma <= beta <= delta로 정의되는 것이 가능하다.
즉, 각각의 타이어에 마련된 가속도센서에서 산출된 속도값과 상기 타이어에 대응하는 차륜의 속도 값의 차이가 기 설정된 소정의 범위 내에 속하는 경우에는 '상기 차륜 속도센서의 속도값과 상기 가속도센서에서 산출된 속도값이 상이한 경우'로 판단하는 것이 바람직하다.
이 경우, 가속도 센서에서 측정된 각가속도는 각속도의 변화량을 시간으로 나누어 산출한다.
a = dw/dt 를 적분하여 w를 구하고, 이 경우 속도는 v = wr 이다.
각가속도를 적분하며 각속도로 변환하고, 속도는 각속도에 타이어의 반지름의 곱으로 나타난다.
또한, 타이어는 반지름(r)은 타이어 센서로부터 정보를 받으며, 타이어 공기압의 권장 공기압 여부에 따라 상시 변화한다.
r = 타이어 반지름 +- 타이어 공기압에 따른 반지름
차륜에 타이어가 없는 상태에 타이어/차륜 외경은 림 외경과 일치하며, 자동차 제조사에서 타이어 추천 공기압 kPa(psi)을 제공해주고 있다.
타이어 센서로부터 받은 타이어 공기압에 따른 타이어 동반경의 변화를 보정함에 따라 차량 속도를 정확하게 계산한다.
타이어 공기압에 따른 반지름 보정은 기억 장치에 저장된 정보를 사용하는 것이 가능하다.
이 경우, 타이어 전체 높이(mm)는, 타이어 단면폭 * 시리즈/100)*2 +(림 외경*25.4)으로 표현되는 것이 가능하다.
상기의 타이어 단면폭, 시리즈 및 림 외경은 타이어의 측면에 표기된 수치로부터 확인가능하다.
또한, 상기 타이어 센서는 타이어 내압이나 온도에 의해서도 변화하므로, 타이어의 공기압이나 타이어 온도를 별도 측정해 두어, 타이어 높이 및 상기 차륜 속도를 보정하도록 하면, 추정 정밀도를 또한 향상시키는 것이 가능하다.
도 1을 참고하여 본 발명의 가속도센서를 이용한 차륜 속도 이상 검출 및 제어방법에 대해 설명하면, 차륜속도 이상 검출 및 제어방법에 있어서, 차량의 차륜에 적어도 하나 이상 마련된 차륜 속도센서가 각각의 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하여 구형파를 발생시켜 마이크로제어유닛(MCU)로 전송하는 차륜 속도 측정단계(S10), 차량에 마련되는 다수개의 타이어 접지면 내측에 설치되어 각 타이어의 가속도를 측정하는 가속도센서가 가속도를 측정하여 마이크로제어유닛(MCU)으로 전송하는 가속도 측정단계(S20), 마이크로제어유닛(MCU)이 상기 차륜 속도센서 및 가속도센서로부터 각각의 데이터를 전송받아 데이터 수치를 상호 비교하여 이상여부를 판별하는 속도 값 판별단계(S30) 및 상기 속도 값 판별단계에서 산출된 속도 값을 이용하여 차량의 시스템을 제어하는 제어단계(S40)를 포함하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어방법(S1)이 제공되는 것이 가능하다.
이 경우, 전술한 바와 같은 장치구성을 활용하여 차륜 속도센서 및 각속도센서로부터 각각 속도 값을 산출하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가속도 측정단계(S20)는 차량의 4개의 타이어 각각의 내측 일면에 마련되되, 상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상에 마련되는 가속도센서를 이용하여 지면과 평행한 x, y축 방향 및 지면과 수직한 z축 방향 성분의 가속도를 측정하는 것이 가능하다.
이때 지면과 평행한 x, y축 방향은 차량의 종방향 및 횡방향을 의미하는 것이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 속도 값 판별단계의 구체적인 내용에 대한 흐름도이다.
도 2를 참고하면, 속도 값 판별단계를 구체화한 변환단계, 비교단계 및 판별단계가 마련됨을 확인할 수 있다.
구체적으로는, 상기 속도 값 판별단계(S30)는 가속도센서에서 특정된 가속도 값을 속도값으로 변환하는 변환단계(S31), 상기 변환단계(S31)에서 변환된 속도값과 차륜 속도센서에서 산출한 속도 값을 비교하는 비교단계(S32) 및 상기 비교단계(S32)를 거쳐 정확한 속도 값을 결정하는 판별단계(S33)를 포함하는 것이 가능하다.
상기 변환단계의 내용은 전술한 바와 같이, 가속도 센서에서 측정된 각가속도는 각속도의 변화량을 시간으로 나누어 산출하며, 이를 적분하고 타이어의 반지름을 구하여 속도를 산출하게 된다.
a = dw/dt 를 적분하여 w를 구하고, 이 경우 속도는 v = wr 이다.
각가속도를 적분하며 각속도로 변환하고, 속도는 각속도에 타이어의 반지름의 곱으로 나타난다.
또한, 타이어는 반지름(r)은 타이어 센서로부터 정보를 받으며, 타이어 공기압의 권장 공기압 여부에 따라 상시 변화한다.
r = 타이어 반지름 +- 타이어 공기압에 따른 반지름
차륜에 타이어가 없는 상태에 타이어/차륜 외경은 림 외경과 일치하며, 차 제조사에서 타이어 추천 공기압 kPa(psi)을 제공해주고 있다.
타이어 센서로부터 받은 타이어 공기압에 따른 타이어 동반경의 변화를 보정함에 따라 차량 속도를 정확하게 계산한다.
타이어 공기압에 따른 반지름 보정은 기억 장치에 저장된 정보를 사용하는 것이 가능하다.
이 경우, 타이어 전체 높이(mm)는, 타이어 단면폭 * 시리즈/100)*2 +(림 외경*25.4)으로 표현되는 것이 가능하다.
상기의 타이어 단면폭, 시리즈 및 림 외경은 타이어의 측면에 표기된 수치로부터 확인가능하다.
또한, 상기 타이어 센서는 타이어 내압이나 온도에 의해서도 변화하므로, 타이어의 공기압이나 타이어 온도를 별도로 측정해 두어, 타이어 높이 및 상기 차륜 속도를 보정하도록 하면, 추정 정밀도를 또한 향상시키는 것이 가능하다.
이 경우, 상기 비교단계는 하나의 타이어에 마련된 가속도센서에서 산출된 속도값과 상기 타이어에 대응하는 차륜의 속도 값의 차이를 산출하고 상기 산출된 차이값이 기 설정한 범위를 벗어나는지 여부로 상호 속도 값을 비교하는 것이 가능하다.
보다 상세하게는, 상기 차륜 속도센서의 속도값과 상기 가속도센서에서 산출된 속도값이 상이한 경우는 '하나의 타이어에 마련된 가속도센서에서 산출된 속도값과 상기 타이어에 대응하는 차륜의 속도 값의 차이를 산출하고 상기 산출된 차이값이 기 설정한 범위를 벗어나는 경우'를 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같은 경우, 차륜 스피드 속도 (V_FL, V_FR, V_RL, V_RR), 가속도 (a_FL, a_FR, a_RL, a_RR), 가속도로부터 변환된 속도 (V_FL’, V_FR’, V_RL’, V_RR’)가 정의될 수 있으며, Alpha <= || V_FL-V_FL’; V_FR-V_FR’ ; V_RL-V_RL’; V_RR-V_RR’|| <= beta , 0<= alpha <= gamma, 0<= beta<=delta, 0 <= alpha <= gamma <= beta <= delta로 정의되는 것이 가능하다.
즉, 각각의 타이어에 마련된 가속도센서에서 산출된 속도값과 상기 타이어에 대응하는 차륜의 속도 값의 차이가 기 설정된 소정의 범위 내에 속하는 경우에는 '상기 차륜 속도센서의 속도값과 상기 가속도센서에서 산출된 속도값이 상이한 경우'로 판단하는 것이 바람직하다.
추가적으로, 상기 비교단계(S32)는 차량에 마련된 각각의 휠 및 타이어 4개의 차륜 속도센서 및 가속도센서를 비교하며, 상기 차륜 속도센서의 속도값과 상기 가속도센서에서 산출된 속도값이 상이할 경우, 상기 가속도센서에서 산출된 속도값으로 속도 값을 결정하는 것이 바람직하며, 상기 속도 값 판별단계(S30)에서 판별된 속도값이 각각 상이할 경우, 가속도센서에서 산출된 속도값으로 속도 값을 결정하며, 결정된 속도값으로 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program)을 제어하는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 가속도센서를 이용한 차륜 속도 이상 검출 및 제어방법의 흐름도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 이상 검출 및 제어시스템과 이상 검출 및 제어방법에 따른 차량 속도판별과정과 그에 따른 제어방법을 확인하는 것이 가능하다 할 것이다.
구체적으로는, 전술한바와 같이 차륜(휠) 센서 신호와 타이어(가속도)센서의 신호를 비교하여 이상 검출을 실시한 후, 이상이 발견된 경우, 가속도센서로부터 산출된 속도값으로 차륜 속도센서의 속도 값을 대체하는 것이 바람직하다.
또한, 차륜 속도센서의 측정값이 이상이 있다고 판단되는 경우, 비상등이 점멸되며 운전자에게 센터페시아 등을 통한 경보가 가동되는 것이 가능하다.
또한, 차량 안정성을 위하여 가속도센서로부터 산출된 속도값으로 차륜 속도센서의 속도 값을 대체하여 ESC 및 MCU를 포함한 차량 내부에 마련된 다수개의 시스템을 제어하는 것이 바람직하다 할 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 입력부, 제어부 및 동작부로 구분하여 가속도센서를 이용한 차륜 속도 이상 검출 및 제어방법의 흐름도이다.
도 4를 참고하면, 입력부, 제어부 및 동작부로 구분되어 마련된 본 발명의 이상 검출 및 제어시스템과 이상 검출 및 제어방법에 따른 제어방법을 확인하는 것이 가능하다 할 것이다.
구체적으로는, 입력부에서 전술한 바와 같이 차륜(휠) 센서 신호와 타이어(가속도)센서의 신호를 비교하여 이상 검출을 실시한 후, 이상이 발견된 경우, 가속도센서로부터 산출된 속도값으로 차륜 속도센서의 속도 값을 대체하는 것이 바람직하다.
또한, 이와 같은 과정은 'ESC(Electronic controlled suspension)', 'BCM(Body control module)', 'ECU(Electronic control unit)' 및 '인텔리전트 타이어 모니터링 시스템' 등을 포함하는 제어부로 전송이 되며, 동작부는 차륜 속도센서의 측정값이 이상이 있다고 판단되는 경우, ESC가 경고등을 점등하고, 비상등이 점멸되며 운전자에게 센터페시아 등을 통한 경보가 가동되는 것이 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S1 : 차량 제어방법
S10 : 차륜 속도 측정단계
S20 : 가속도 측정단계
S30 : 속도 값 판별단계
S31 : 변환단계
S32 : 비교단계
S33 : 판별단계
S40 : 제어단계

Claims (12)

  1. 차륜속도 이상 검출 및 제어시스템에 있어서,
    차량의 차륜에 적어도 하나 이상 마련되어 각각의 차륜의 속도를 측정하여 마이크로제어유닛(MCU)로 전송하는 차륜 속도센서;
    차량에 마련되는 다수개의 타이어 접지면 내측에 설치되어 각 타이어의 가속도를 측정하여 마이크로제어유닛(MCU)으로 전송하는 가속도센서; 및
    상기 차륜 속도센서 및 가속도센서로부터 각각의 데이터를 전송받아 데이터 수치를 상호 비교하여 이상 여부를 판별하는 마이크로제어유닛(MCU);
    을 포함하며,
    상기 마이크로제어유닛(MCU)은,
    상기 차륜 속도센서 및 가속도센서에서 전송된 데이터 값을 비교하며, 상기 차륜 속도센서의 속도값에 이상이 존재할 경우, 상기 가속도센서에서 산출된 속도값으로 속도 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차륜 속도센서는,
    차량의 4개의 휠 각각에 마련되어 각각의 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가속도센서는,
    차량의 4개의 타이어 각각의 내측 일면에 마련되되,
    상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상에 마련되는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가속도센서는,
    지면과 평행한 x, y축 방향 및 지면과 수직한 z축 방향 성분의 가속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로제어유닛(MCU)은,
    상기 차륜 속도센서 및 가속도센서에서 전송된 데이터 값을 비교하며, 상기 차륜 속도센서의 속도값에 이상이 존재할 경우, 상기 가속도센서에서 산출된 속도값으로 속도 값을 결정하며, 상기 결정된 속도값으로 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program)을 제어하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어시스템.
  7. 차륜속도 이상 검출 및 제어방법에 있어서,
    차량의 차륜에 적어도 하나 이상 마련된 차륜 속도센서가 각각의 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하여 구형파를 발생시켜 마이크로제어유닛(MCU)로 전송하는 차륜 속도 측정단계(S10);
    차량에 마련되는 다수개의 타이어 접지면 내측에 설치되어 각 타이어의 가속도를 측정하는 가속도센서가 가속도를 측정하여 마이크로제어유닛(MCU)으로 전송하는 가속도 측정단계(S20);
    마이크로제어유닛(MCU)이 상기 차륜 속도센서 및 가속도센서로부터 각각의 데이터를 전송받아 데이터 수치를 상호 비교하여 이상여부를 판별하는 속도 값 판별단계(S30); 및
    상기 속도 값 판별단계에서 산출된 속도 값을 이용하여 차량의 시스템을 제어하는 제어단계(S40);
    를 포함하며,
    상기 제어단계(S40)는,
    상기 속도 값 판별단계(S30)에서 판별된 속도값이 각각 상이할 경우, 가속도센서에서 산출된 속도값으로 속도 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어방법(S1).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가속도 측정단계(S20)는,
    차량의 4개의 타이어 각각의 내측 일면에 마련되되, 상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상에 마련되는 가속도센서를 이용하여 지면과 평행한 x, y축 방향 및 지면과 수직한 z축 방향 성분의 가속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어방법(S1).
  9. 제7항에 있어서,
    상기 속도 값 판별단계(S30)는,
    가속도센서에서 특정된 가속도 값을 속도값으로 변환하는 변환단계(S31);
    상기 변환단계(S31)에서 변환된 속도값과 차륜 속도센서에서 산출한 속도 값을 비교하는 비교단계(S32); 및
    상기 비교단계(S32)를 거쳐 정확한 속도 값을 결정하는 판별단계(S33);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어방법(S1).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비교단계(S32)는,
    하나의 타이어에 마련된 가속도센서에서 산출된 속도값과 상기 타이어에 대응하는 차륜의 속도 값의 차이를 산출하고 상기 산출된 차이값이 기 설정한 범위를 벗어나는지 여부로 상호 속도 값을 비교하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어방법(S1).
  11. 제9항에 있어서,
    상기 비교단계(S32)는,
    차량에 마련된 각각의 휠 및 타이어 4개의 차륜 속도센서 및 가속도센서를 비교하며, 상기 차륜 속도센서의 속도값과 상기 가속도센서에서 산출된 속도값이 상이할 경우, 상기 가속도센서에서 산출된 속도값으로 속도 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어방법(S1).
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제어단계(S40)는,
    상기 속도 값 판별단계(S30)에서 판별된 속도값이 각각 상이할 경우, 가속도센서에서 산출된 속도값으로 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program)을 제어하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 차륜속도 이상 검출 및 제어방법(S1).
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