KR102042288B1 - 노면마찰계수 측정 장치 및 방법 - Google Patents

노면마찰계수 측정 장치 및 방법 Download PDF

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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.

Description

노면마찰계수 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ROAD FRICTION COEFFICIENT ESTIMATING}
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.
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

Claims (9)

  1. 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.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 힘 센서의 출력신호를 힘 변환기로 무선 전송하기 위한 안테나 및 신호수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬립율 측정부는 휠속도 검출부 및 차량속도 검출부로 구성된 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 장치.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전후륜의 수직하중 변동량은 차량의 가감속시 전륜의 수직하중 합과 후륜의 수직하중 합 간의 차이값으로 계산되는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 방법.
  7. 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.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬립율은 차량속도와 휠속도 간의 차이로 계산되는 것을 특징으로 하는 노면마찰계수 측정 방법.
  9. 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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