KR102042288B1 - 노면마찰계수 측정 장치 및 방법 - Google Patents
노면마찰계수 측정 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 노면마찰계수 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타이어에 장착된 힘 센서를 이용하여 노면마찰계수를 정확하게 추정할 수 있도록 한 노면마찰계수 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 타이어의 변형량을 측정하는 힘 센서와; 타이어 변형량을 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중으로 변환하는 힘 변환기와; 차량의 주행 중 슬립율을 측정하는 슬립율 측정부와; 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량 및 슬립율을 기반으로 노면마찰계수를 추정하는 제어부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 장치 및 방법을 제공한다.
즉, 본 발명은 타이어의 변형량을 측정하는 힘 센서와; 타이어 변형량을 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중으로 변환하는 힘 변환기와; 차량의 주행 중 슬립율을 측정하는 슬립율 측정부와; 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량 및 슬립율을 기반으로 노면마찰계수를 추정하는 제어부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 장치 및 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 노면마찰계수 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타이어에 장착된 힘 센서를 이용하여 노면마찰계수를 정확하게 추정할 수 있도록 한 노면마찰계수 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량이 노면마찰계수가 서로 다른 도로를 주행 할 때, 급제동을 하게 되면 마찰계수가 낮은 노면에 놓인 타이어는 많은 슬립 현상이 발생하고, 반면 마찰계수가 높은 노면에 놓인 타이어에는 슬립 현상이 덜 발생되므로, 결국 차량이 한쪽 방향으로 급선회하여 사고로 이어질 수 있다.
이러한 슬립 현상을 방지하는 동시에 제동시 주행 안정성을 향상시키기 위한 장치로서, ABS(Anti-lock Brake System), TCS(Traction Control System) 등이 탑재되어, 제동시 차량의 자세를 안정적으로 유지시킬 수 있다.
상기 주행 안정성을 향상시키기 위한 장치들이 작동하기 위해서는 무엇보다 노면마찰계수를 정확하게 측정하는 것이 필요하다.
상기 노면마찰계수(이하 μ)를 정확하게 추정 가능하다면, 차체 제어를 위한 샤시제어 시스템에서 중요한 파라미터로 유용하게 활용될 수 있지만, 실시간으로 다양한 주행상황에서 노면마찰계수를 정확하게 추정하기는 쉽지 않다.
종래의 노면마찰계수 추정 방법으로서, 슬립률을 이용하는 방법, 광센서를 이용하는 방법, 음향센서를 이용하는 방법, 타이어의 내부에 마찰계수 측정용 센서를 부착하여 추정하는 방법 등 다양한 기술이 연구되어 왔다.
그럼에도 불구하고, 차체 제어를 위한 샤시제어 시스템에서 중요한 파라미터로 유용하게 활용될 수 있을 정도로 노면마찰계수를 정확하게 추정하는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 타이어의 내부에 힘 센서를 부착하여 타이어 힘을 산출하고, 산출된 타이어 힘을 이용하여 노면마찰계수를 정확하게 추정할 수 있도록 한 노면마찰계수 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 타이어에 장착되어, 타이어의 변형량을 측정하는 힘 센서와; 타이어 변형량을 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중으로 변환하는 힘 변환기와; 차량의 주행 중 슬립율을 측정하는 슬립율 측정부와; 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량 및 슬립율을 기반으로 노면마찰계수를 추정하는 제어부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 측정 장치는 상기 힘 센서의 출력신호를 힘 변환기로 무선 전송하기 위한 안테나 및 신호수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬립율 측정부는 휠속도 검출부 및 차량속도 검출부로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량 및 슬립율 대비 노면마찰계수를 갖는 3-D 맵 데이터가 저장된 것임을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 힘 센서를 이용하여 차량의 각 타이어에 대한 변형량을 측정하는 단계와; 측정된 타이어 변형량을 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중으로 변환하는 단계와; 전후륜의 슬립율을 측정하는 단계와; 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량 및 슬립율을 기반으로 노면마찰계수를 추정하는 단계; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 방법을 제공한다.
또한, 상기 전후륜의 수직하중 변동량은 차량의 가감속시 전륜의 수직하중 합과 후륜의 수직하중 합 간의 차이값으로 계산되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 좌우륜의 수직하중 변동량은 차량의 선회시 전후 좌륜의 수직하중 합과 전후 우륜의 수직하중 합 간의 차이값으로 계산되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬립율은 차량속도와 휠속도 간의 차이로 계산되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 노면마찰계수는 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량 및 슬립율 대비 노면마찰계수 실험 데이터를 갖는 3-D 맵 데이터로부터 검출되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 타이어에 장착한 힘 센서로부터 계측한 타이어 변형량을 이용하여 타이어 힘(전후륜 또는 좌우륜의 수직하중)을 연산하고, 연산된 수직하중을 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량으로 변환한 후, 이를 3-D 맵 데이터에 대입하여 노면마찰계수를 정확하게 추정할 수 있다.
둘째, 타이어 힘으로부터 노면마찰계수를 추정할 때, 기타 상태추정기를 이용하지 않기 때문에 알고리즘이 단순하고 비용절감을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 노면마찰계수 측정 장치를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 노면마찰계수 측정 방법을 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 노면마찰계수 추정을 위한 3-D 맵 데이터의 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 노면마찰계수 측정을 위한 타이어 수직하중을 연산하는 과정을 도시한 순서도,
도 5는 본 발명에 따른 노면마찰계수 측정을 위한 전후륜의 수직하중 차이 및 좌우륜의 수직하중 변동량을 구하는 원리를 나타낸 개략도,
도 6은 노면마찰계수와 슬립율과 수직하중 변동량 간의 상관관계를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 노면마찰계수 측정 방법을 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 노면마찰계수 추정을 위한 3-D 맵 데이터의 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 노면마찰계수 측정을 위한 타이어 수직하중을 연산하는 과정을 도시한 순서도,
도 5는 본 발명에 따른 노면마찰계수 측정을 위한 전후륜의 수직하중 차이 및 좌우륜의 수직하중 변동량을 구하는 원리를 나타낸 개략도,
도 6은 노면마찰계수와 슬립율과 수직하중 변동량 간의 상관관계를 나타낸 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 노면마찰계수 측정 장치를 도시한 구성도이다.
도 1에서, 도면부호 10은 4륜 타이어에 장착되어 타이어의 변형량을 측정하는 힘 센서를 지시한다.
상기 힘 센서(10)는 타이어 내부의 인너라이너에 장착되는 일종의 변형량 감지센서로서, 타이어의 변형량을 센싱하는 기능을 한다.
상기 힘 센서(10)에서 센싱된 타이어 변형량 출력신호는 휠 하우징에 장착된 안테나(11)를 통하여 차량내 신호 수신기(12)로 무선 전송된다.
또한, 상기 신호 수신기(12)에서 수신된 타이어 변형량 출력신호는 차량내 힘 변환기(13)로 전송된다.
상기 힘 변환기(13)는 타이어 변형량을 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중으로 변환하는 역할을 한다.
보다 상세하게는, 상기 힘 변환기(13)는 타이어 변형량으로부터 접지길이를 구하고, 그 접지길이에 접지폭(일정)을 곱하여 접지면적을 구한 다음, 이 접지면적에 타이어 내부 공기압을 곱하여 타이어 힘, 즉 4륜에 작용하는 수직하중(Fz)을 산출하는 역할을 한다.
이렇게 산출된 4륜의 수직하중은 제어부(14)로 전송되어, 제어부(14)에서 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량을 계산하는 인자로 활용된다.
첨부한 도 5를 참조하면, 상기 제어부(14)에서 계산되는 전후륜의 수직하중 변동량은 차량의 가감속시 전륜의 수직하중 합과 후륜의 수직하중 합 간의 차이값(ΔFz1)으로 계산되고, 상기 좌우륜의 수직하중 변동량은 차량의 선회시 전후 좌륜의 수직하중 합과 전후 우륜의 수직하중 합 간의 차이값(ΔFz2)으로 계산된다.
참고로, 첨부한 도 6에 도시된 바와 같이 가감속시 전후륜의 수직하중 차이인 ΔFz1 및 선회시 좌우륜의 수직하중 차이인 ΔFz2는 저마찰 노면에서 작고, 고마찰 노면에서는 크며, 각 Δ값에 대한 노면마찰계수(μ)는 비례적인 관계를 나타내므로, 각 Δ값을 이용하면 노면마찰계수의 추정이 가능함을 알 수 있다.
따라서, 상기 제어부(14)에서 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량 및 슬립율을 기반으로 노면마찰계수를 추정하되, 3-D 맵 데이터를 이용하여 추정하게 된다.
첨부한 도 3을 참조하면, 상기 3-D 맵 데이터는 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량 및 슬립율 대비 노면마찰계수 실험 데이터로서, 제어부에 저장되어 활용된다.
이에, 상기 제어부(14)는 상기와 같이 계산된 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량과, 슬립율 측정부에서 측정된 차량의 주행 중 슬립율을 3-D 맵 데이터에 대입하여, 그에 맞는 노면마찰계수를 추출하는 연산을 하게 된다.
한편, 상기 슬립율 측정부는 차량속도 검출부 및 휠속도 검출부로 구성되고, 슬립율은 차량속도 검출부에서 검출된 차량속도와 휠속도 검출부에 검출된 휠속도 간의 차이로 구해질 수 있다.
여기서, 상기한 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 노면마찰계수 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 노면마찰계수 측정 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 노면마찰계수 측정을 위한 타이어 수직하중을 연산하는 과정을 도시한 순서도이다.
먼저, 4륜 타이어에 장착된 힘 센서(10)를 이용하여 각 타이어에 대한 변형량을 측정한다.
이어서, 측정된 타이어 변형량을 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중으로 변환하는 단계가 진행된다.
보다 상세하게는, 상기와 같이 힘 변환기(13)에서 힘 센서(10)로부터 전송된 타이어 변형량으로부터 접지길이를 구하고, 그 접지길이에 접지폭(일정)을 곱하여 접지면적을 구한 다음, 이 접지면적에 타이어 내부 공기압을 곱해줌으로써, 4륜에 작용하는 수직하중(Fz)이 계산될 수 있다.
다음으로, 힘 변환기(13)에서 변환된 4륜의 수직하중(Fz)이 제어부(14)로 전송되고, 제어부(14)에서 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량을 계산하는 단계가 진행된다.
상기와 같이, 제어부(14)에서 계산되는 전후륜의 수직하중 변동량은 차량의 가감속시 전륜의 수직하중 합과 후륜의 수직하중 합 간의 차이값(ΔFz1)으로 계산되고, 상기 좌우륜의 수직하중 변동량은 차량의 선회시 전후 좌륜의 수직하중 합과 전후 우륜의 수직하중 합 간의 차이값(ΔFz2)으로 계산된다.
다음으로, 상기 제어부(14)에서 전후륜의 수직하중 변동량(ΔFz1) 또는 좌우륜의 수직하중 변동량(ΔFz2) 및 슬립율을 기반으로 노면마찰계수를 추정하는 단계가 진행된다.
이때, 상기 슬립율은 차량속도 검출부에서 검출된 차량속도와 휠속도 검출부에 검출된 휠속도 간의 차이로 구해진다.
따라서, 상기 제어부(14)에서 가감속시 발생된 전후륜의 수직하중 변동량(ΔFz1) 및 슬립율을 3-D 맵 데이터에 대입하여, 그에 맞는 노면마찰계수를 추출하는 연산을 하거나, 또는 선회시 발생된 좌우륜의 수직하중 변동량(ΔFz2) 및 슬립율을 3-D 맵 데이터에 대입하여, 그에 맞는 노면마찰계수를 추출하는 연산을 하게 된다.
이와 같이, 타이어에 장착한 힘 센서로부터 계측한 타이어 변형량을 이용하여 타이어 힘(전후륜 또는 좌우륜의 수직하중)을 연산하고, 연산된 수직하중을 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량으로 변환한 후, 이를 3-D 맵 데이터에 대입하여 노면마찰계수를 정확하게 추정할 수 있다.
10 : 힘 센서
11 : 안테나
12 : 신호 수신기
13 : 힘 변환기
14 : 제어부
11 : 안테나
12 : 신호 수신기
13 : 힘 변환기
14 : 제어부
Claims (9)
- 타이어에 장착되어, 타이어의 변형량을 측정하는 힘 센서와;
타이어 변형량을 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중으로 변환하는 힘 변환기와;
차량의 주행 중 슬립율을 측정하는 슬립율 측정부와;
전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량 및 슬립율을 기반으로 노면마찰계수를 추정하는 제어부;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 힘 센서의 출력신호를 힘 변환기로 무선 전송하기 위한 안테나 및 신호수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 슬립율 측정부는 휠속도 검출부 및 차량속도 검출부로 구성된 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량 및 슬립율 대비 노면마찰계수를 갖는 3-D 맵 데이터가 저장된 것임을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 장치.
- 힘 센서를 이용하여 차량의 각 타이어에 대한 변형량을 측정하는 단계와;
측정된 타이어 변형량을 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중으로 변환하는 단계와;
전후륜의 슬립율을 측정하는 단계와;
전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량 및 슬립율을 기반으로 노면마찰계수를 추정하는 단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 전후륜의 수직하중 변동량은 차량의 가감속시 전륜의 수직하중 합과 후륜의 수직하중 합 간의 차이값으로 계산되는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 좌우륜의 수직하중 변동량은 차량의 선회시 전후 좌륜의 수직하중 합과 전후 우륜의 수직하중 합 간의 차이값으로 계산되는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 슬립율은 차량속도와 휠속도 간의 차이로 계산되는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 노면마찰계수는 전후륜 또는 좌우륜의 수직하중 변동량 및 슬립율 대비 노면마찰계수 실험 데이터를 갖는 3-D 맵 데이터로부터 검출되는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 방법.
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