KR102351949B1 - 타이어 센서 무선 충전 시스템 및 방법 - Google Patents

타이어 센서 무선 충전 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 센서 무선 충전 시스템 및 방법으로서, 차량 타이어의 상태를 검출하는 타이어 센서의 배터리를 무선 충전할 수 있는 방안을 제시한다.

Description

타이어 센서 무선 충전 시스템 및 방법{System and method for charging tier sensor}
본 발명은 타이어 센서 무선 충전 시스템 및 방법으로서, 보다 상세하게는 차량 타이어의 상태를 검출하는 타이어 센서의 배터리를 무선 충전할 수 있는 방안에 대한 것이다.
일반적으로 자동차 타이어의 공기압이 너무 높거나 낮으면 타이어가 터지거나 차량이 쉽게 미끄러져 대형사고로 이어질 가능성이 있다. 또한 연료 소모량이 많아져 연비가 악화되고, 타이어 수명이 짧아질 뿐 아니라, 승차감과 제동력도 많이 떨어진다. 이러한 타이어의 결함을 막기 위해 차량에 장착하는 안전장치 중 하나로서 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS; tire pressure monitoring system)이 적용되고 있다.
타이어 압력 모니터링 시스템은 타이어의 상태 감지 센서의 하나로서 공기압 감지센서를 부착하여 타이어의 공기압과 온도 등을 감지한 후 이를 운전자에게 통보함으로써, 타이어의 내구성과 승차감, 제동력 등을 향상시켜 주는 장치이다.
즉, 타이어에 부착된 감지 센서로 타이어의 압력과 온도 등을 감지한 뒤, 이 정보를 운전석으로 무선 전송하여 운전자가 실시간으로 타이어의 압력 상태를 점검할 수 있게 설계되어 있다. 이러한 안전 장치를 이용하면 타이어의 내구성, 승차감, 제동력 향상은 물론, 연비도 높일 수 있고, 주행 중 차체가 심하게 흔들리는 것도 막을 수 있다.
감지 센서는 전원을 공급받아 동작할 수 있는 장치인데, 차량 주행시 타이어가 계속 회전하는 구조적 문제로 인하여 감지 센서에 전원을 공급하기 어려운 문제가 있어 감지 센서 자체에 배터리를 내장하는 구조가 채용된다.
허나 감지 센서의 배터리를 교체하기 위해서 타이어 휠에 장착된 감지 센서를 분리하는 것은 상당히 번거로우며 사용자가 자체적으로 배터리를 교체할 수 없고 정비소 등을 통해 배터리 교체가 가능하기에 장소적 제약과 비용적 소요가 드는 문제가 있다.
이러한 감지 센서의 배터리 교체 문제를 해소하기 위해 감지 센서의 배터를 무선 충전하는 방식이 제안된 바 있다.
허나 종래기술에 따른 무선 충전 방식은 배터리 용량, 감지 센서 소비 전력, 충전 시간 등을 전혀 고려하지 않고 계속적 또는 주기적으로 반복하여 무선 충전을 시도함으로써 배터리 수명을 단축시키는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 타이어 안전 모니터링 시스템의 감지 센서에 구비된 배터리를 무선 충전할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
특히, 차량 주행시 타이어가 계속 회전하는 구조적 문제로 인하여 감지 센서의 배터리를 유선 충전할 수 없는 문제를 해결하고자 하며, 배터리 무선 충전 방식의 채용시 배터리 용량, 감지 센서 소비 전력, 충전 시간 등을 전혀 고려하지 않고 계속적 또는 주기적으로 반복하여 무선 충전을 시도함으로써 배터리 수명을 단축되는 문제를 해결하고자 한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 시스템의 일실시예는, 차량의 타이어 휠하우스 내측에 배치되어 충전 영역으로 무선 전력을 전송하는 무선 전력 송전 수단; 차량의 타이어 내측면에 배치되어, 타이어 회전시마다 상기 충전 각도 범위에서 무선 전력을 수신하여 상기 타이어의 감지 센서에 구비된 배터리를 충전하는 무선 충전 수단; 및 타이어 1회전당 상기 배터리의 소비량을 고려하여 요구되는 충전량이 충족되도록 상기 무선 전력 송전 수단을 제어하는 무선 전력 제어 수단을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 무선 전력 송전 수단은, 타이어 1회전당 상기 배터리의 소비량을 고려하여 요구되는 충전량이 충족되는 충전 영역을 제공하도록 사이즈가 조절된 송전부를 포함할 수 있다.
일례로서, 상기 충전 각도 범위는, 하기 [식 1]을 기초로 판단하며,
[식 1]
Figure 112021098368113-pat00001
여기서, 상기
Figure 112021098368113-pat00002
는 충전 각도, 상기 a는 상기 코일 패치의 가로 길이, 상기 b는 상기 코일 패치의 세로 길이, 상기 l은 타이어의 외경 반지름, 상기 d는 타이어 외측과 타이어 휠하우스 내측 간의 이격 거리 및 상기 k는 타이어 내부 금속 메쉬의 밀도(density)를 나타내며, 상기 충전 영역은, 2
Figure 112021098368113-pat00003
에 대응되는 영역이 될 수 있다.
나아가서 상기 무선 전력 제어 수단은, 타이어 회전에 따른 충전 각도 범위를 판단하여 이에 대응되는 충전 영역으로 무선 전력을 전송하도록 상기 무선 전력 송전 수단을 제어하는 전력 송전 제어부; 및 차량의 ECU를 통해 상기 감지 센서의 동작 정보를 제공받는 감지 센서 모니터링부를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 무선 전력 제어 수단은, 상기 감지 센서의 배터리 잔량을 확인하는 배터리 관리부를 더 포함하며, 상기 전력 송전 제어부는, 상기 배터리 잔량을 기초로 상기 배터리의 충전을 위한 무선 전력 전송을 제어할 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 배터리 관리부는, 상기 배터리 잔량이 기설정된 범위를 유지하도록 배터리 충전 정보를 상기 전력 송전 제어부로 제공할 수 있다.
나아가서 상기 무선 전력 제어 수단은, 상기 충전 각도 범위로 상기 무선 충전 수단의 진입과 퇴출에 따라 상기 충전 영역으로 무선 전력을 선택적 전송하도록 무선 전력 송전 수단을 제어할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 방법의 일실시예는, 타이어 회전에 따른 충전 각도 범위를 고려하여 충전 영역이 설정되는 충전 영역 설정 단계; 상기 충전 영역으로 무선 전력을 전송하는 무선 전력 전송 단계; 타이어 회전에 따른 충전 각도 범위에서 상기 충전 영역으로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신 단계; 및 감지 센서의 배터리를 충전하는 배터리 충전 단계를 포함할 수 있다.
일례로서, 상기 충전 영역 설정 단계는, 하기 [식 1]을 기초로 충전 각도 범위를 판단하며,
[식 1]
Figure 112021098368113-pat00004
여기서, 상기
Figure 112021098368113-pat00005
는 충전 각도, 상기 a는 상기 코일 패치의 가로 길이, 상기 b는 상기 코일 패치의 세로 길이, 상기 l은 타이어의 외경 반지름, 상기 d는 타이어 외측과 타이어 휠하우스 내측 간의 이격 거리 및 상기 k는 타이어 내부 금속 메쉬의 밀도(density)를 나타내며, 상기 충전 영역은, 2
Figure 112021098368113-pat00006
에 대응되는 영역이 될 수 있다.
나아가서 상기 무선 전력 전송 단계부터 상기 배터리 충전 단계를 반복적으로 수행하되, 상기 무선 전력 전송 단계 이전에 상기 감지 센서의 배터리 잔량을 파악하여 충전 필요 여부를 판단하는 충전 필요 판단 단계; 및 상기 배터리 충전 단계의 수행 후 상기 감지 센서의 배터리 잔량을 파악하여 충전 유지 여부를 판단하는 충전 유지 판단 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 타이어 압력 모니터링 시스템의 감지 센서에 구비된 배터리에 대한 무선 충전을 수행할 수 있게 된다.
특히, 차량 주행시 타이어가 계속 회전하는 구조적 문제로 인하여 감지 센서의 배터리를 유선 충전할 수 없는 문제를 무선 충전 방식을 통해 해결할 수 있다.
나아가서 배터리의 잔량과 충전량을 종합적으로 고려하여 무선 충전을 수행함으로써 배터리의 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 효과는 위에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 타이어 안전 모니터링 시스템의 개념도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 시스템의 일실시예에 대한 구성도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 타이어 감지 센서의 일실시예에 대한 구성도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 충전 시스템이 차량에 적용된 일례를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 시스템의 무선 전력 제어 수단에 대한 일실시예의 구성도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 무선 전력 제어 수단의 동작에 대한 일례를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 방법의 일실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
도 8 및 도 9는 본 발명에서 충전 각도 범위와 충전 영역의 일례를 도시한다.
도 10 및 도 11은 본 발명에서 무선 충전 영역에서 무선 충전 제공에 따른 전력 변동에 대한 그래프를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 차량 타이어의 상태를 검출하는 타이어 센서의 배터리를 무선 충전할 수 있는 방안을 개시한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 타이어 안전 모니터링 시스템의 개념도를 도시한다.
본 발명에서 언급하는 타이어 안전 모니터링 시스템은 차량의 타이어에 대한 다양한 상태를 측정하여 운행 안전을 도모하기 위한 것으로서, 예를 들어 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS)을 포함할 수 있으며, 타이어 압력 모니터링뿐만 아니라 타이어 마모 정도, 온도, 미끄러움 정도 등 차량 운행 중 타이어와 관련된 다양한 안전 상황을 파악하기 위한 모니터링 시스템이 될 수 있다.
차량(1)의 각 타이어(10)에는 타이어의 상태를 측정하는 감지 센서(200)가 장착될 수 있으며, 감지 센서(200)는 타이어(10)의 상태를 감지하고 감지 정보를 패킷화하여 무선 전송할 수 있다.
여기서 감지 센서(200)는 타이어의 압력, 온도, 미끄러움, 마모 등 각각의 상태를 측정할 수 있는 다양한 센서를 포함할 수 있다.
무선 전송되는 감지 정보는 차량(1)에 구비된 호스트 컨트롤러(300)가 수신하여 차량(1)의 인스트루먼트 패널(Instrument Panel) 등을 통해 운전자에게 해당 정보를 제공할 수 있는데, 여기서 호스트 컨트롤러는 ECU(Electronic Control Unit) 등이 될 수도 있다.
본 발명은 이러한 타이어 안전 모니터링 시스템에 적용될 수 있으며, 보다 세부적으로는 타이어 안전 모니터링 시스템의 일구성인 감지 센서의 배터리를 무선 충전하기 위한 무선 충전 시스템과 무선 충전 방법을 제시한다.
도 2는 본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 시스템의 일실시예에 대한 구성도를 도시한다.
본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 시스템(100)은 무선 전력 송전 수단(110), 무선 충전 수단(130), 무선 전력 제어 수단(150) 등을 포함할 수 있다.
무선 전력 송전 수단(110)은 타이어 감지 센서의 배터리를 충전하기 위한 전력을 무선으로 전송할 수 있다.
이를 위해 무선 전력 송전 수단(110)은 전자기유도 방식으로 전력을 무선 공급하기 위한 송전부를 포함할 수 있으며, 여기서 송전부는 차량의 타이어 휠하우스 내측에 배치되는 코일 패치 등으로 구성될 수 있다.
무선 충전 수단(130)은 무선 전력 송전 수단(110)으로부터 제공되는 무선 전력을 수신하여 타이어 감지 센서의 배터리를 충전할 수 있다.
여기서 무선 충전 수단(130)은 타이어 감지 센서와는 별개의 장치로서 구성될 수도 있고, 또는 타이어 감지 센서의 일부 구성으로 구성될 수도 있다.
타이어 감지 센서와 관련하여, 도 3은 본 발명에 따른 타이어 감지 센서의 일실시예에 대한 구성도를 도시한다.
감지 센서(200)는 센싱부(210), 제어부(220), 배터리(230), 무선 송신부(240) 등을 포함할 수 있으며, 아울러 무선 충전 수단(130)을 내부 구성으로 포함할 수도 있다.
센싱부(210)는 타이어의 가속도, 회전력, 공기압, 온도 등의 상태를 측정하기 위한 다양한 센서를 포함할 수 있다. 일례로서 공기압 측정 센서, 2축 또는 3축 가속도 센서, 자이로 센서 등 차량 운행시 타이어를 통해 감지할 수 있는 다양한 상황을 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
제어부(220)는 센싱부(210)를 제어하여 센성부(210)에서 측정한 타이어 상태 정보를 무선 송신부(240)를 통해 차량의 호스트 컨트롤러로 제공할 수 있다. 나아가서 제어부(220)는 감지 센서(200)의 각종 상태 정보를 호스트 컨트롤러로 제공할 수 있는데, 가령 배터리(230)의 잔량 정보 등을 호스트 컨트롤러로 제공할 수 있다.
배터리(230)는 감지 센서(200)의 각 구성들이 동작하기 위한 전원을 공급할 수 있다.
무선 송신부(240)는 차량의 호스트 컨트롤러와 무선 통신을 통해 각종 정보를 송수신할 수 있다.
무선 충전 수단(130)은 본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 시스템(100)의 일구성으로서, 무선 전력 송전 수단(110)으로부터 전자기유도 방식으로 무선 전력을 전송받을 수 있으며, 수신된 전력으로 배터리(230)를 충전할 수 있다. 이를 위해 무선 충전 수단(130)은 전자기유도 방식으로 전력을 수신하는 코일 형태의 수전부를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 충전 시스템이 차량에 적용된 일례를 도시한다.
무선 전력 송전 수단(110)은 차량의 타이어 휠하우스(30) 내측면에 배치될 수 있는데, 보다 상세하게는 전자기유도 방식으로 무선 전력 전송이 가능한 코일 패치가 타이어 휠하우스(30)의 내측면에 장착될 수 있다.
무선 전력을 전송하는 상기 코일 패치는, 타이어 1회전당 감지 센서의 배터리 소비량을 고려하여 요구되는 충전량이 충족되는 충전 영역을 제공하도록 사이즈가 조절될 수 있다.
그리고 무선 충전 수단(130)은 타이어(10)의 내측면에 배치되어 무선 전력 송전 수단(110)으로부터 전송되는 무선 전력을 수신하여 감지 센서의 배터리를 충전할 수 있다.
상기 도 4에 도시된 바와 같이 무선 전력 송전 수단(110)은 차량의 타이어 휠하우스(30) 내측면에 배치되고 무선 충전 수단(130)은 타이어(10)의 내측면에 배치되므로, 타이어(10)의 회전에 따라 무선 전력 전송과 수신이 가능한 영역이 제한될 수 있다.
즉, 타이어 회전에 따라 무선 충전 수단(130)의 무선 전력 수신이 가능한 각도 범위가 제한되는데, 본 발명에서는 이를 충전 각도 범위라고 정의한다. 또한 무선 전력 송전 수단(110)의 배치 위치와 크기 등에 따른 전력 전송이 가능한 영역이 제한되는데, 본 발명에서는 이를 충전 영역이라고 정의한다.
본 발명에서는 타이어 회전에 따른 충전 각도 범위를 판단하고 이에 대응되는 충전 영역을 설정하여 무선 전력 전송과 수신이 이루어질 수 있는데, 이에 대해서는 이하에서 실시예를 통해 좀더 자세히 설명하기로 한다.
다시 상기 도 2로 회귀하여 본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 시스템(100)의 구성을 계속하여 살펴보기로 한다.
무선 전력 제어 수단(150)은 무선 전력 송전 수단(110)의 무선 전력 전송을 제어할 수 있다.
바람직하게는 타이어 회전에 따른 충전 각도 범위를 판단하고 이에 대응되는 충전 영역으로 무선 전력을 전송하도록 무선 전력 송전 수단(110)을 제어할 수 있다.
여기서 무선 전력 제어 수단(150)은 무선 전력 송전 수단(110)의 송전부 사이즈, 타이어의 외경 반지름 및 송전부와 무선 충전 수단(130)의 수전부 간 이격 거리 등을 고려하여 충전 각도 범위를 판단할 수 있다.
무선 전력 제어 수단(150)과 관련하여, 도 5는 본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 시스템의 무선 전력 제어 수단에 대한 일실시예의 구성도를 도시한다.
무선 전력 제어 수단(150)은 배터리 관리부(151), 전력 송전 제어부(153), 감지 센서 모니터링부(155) 등을 포함할 수 있다.
배터리 관리부(151)는 감지 센서의 배터리 잔량을 확인할 수 있다. 감지 센서의 배터리 잔량 등의 정보는 호스트 컨트롤러로 전송될 수 있으며, 배터리 관리부(151)는 이러한 호스트 컨트롤러 등을 통해 감지 센서의 배터리 잔량을 확인할 수 있다.
아울러 배터리 관리부(151)는 감지 센서의 배터리 잔량을 기초로 배터리 충전 필요 여부를 판단할 수 있으며, 또한 무선 충전 상황을 확인하여 배터리 충전을 유지할지 아니면 종료할지 등을 판단할 수도 있다.
바람직하게는 배터리 관리부(151)는 배터리의 효율성을 고려하여 배터리 잔량이 유지되어야 하는 범위를 설정할 수 있으며, 이러한 잔량 유지 범위를 기초로 충전 필요 여부를 판단하거나 무선 충전시 충전 유지와 충전 종료 여부를 판단할 수 있다.
전력 송전 제어부(153)는 타이어 회전에 따른 충전 각도 범위를 판단하여 이에 대응되는 충전 영역으로 무선 전력을 전송하도록 무선 전력 송전 수단(110)을 제어할 수 있다.
일례로서, 전력 송전 제어부(153)는 하기 [식 1]을 기초로 충전 각도 범위를 판단하여 충전 영역을 설정할 수 있다.
[식 1]
Figure 112021098368113-pat00007
여기서, 상기
Figure 112021098368113-pat00008
는 충전 각도, 상기 a는 상기 코일 패치의 가로 길이, 상기 b는 상기 코일 패치의 세로 길이, 상기 l은 타이어의 외경 반지름, 상기 d는 타이어 외측과 타이어 휠하우스 내측 간의 이격 거리 및 상기 k는 타이어 내부 금속 메쉬의 밀도(density)를 나타낸다.
상기 [식 1]을 기초로 충전 각도
Figure 112021098368113-pat00009
가 판단되면, 충전 영역은 2
Figure 112021098368113-pat00010
의 영역으로 설정될 수 있다.
바람직하게는 전력 송전 제어부(153)는 배터리 관리부(151)가 확인한 배터리 잔량을 기초로 배터리의 충전을 위한 무선 전력 전송을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는 배터리 관리부(151)에서 충전 필요 여부 또는 충전시 충전 유지와 충전 종료 여부를 판단한 결과를 기초로 전력 송전 제어부(153)는 무선 전력 송전 수단(110)을 제어할 수 있다.
감지 센서 모니터링부(155)는 차량의 호스트 컨트롤러를 통해 감지 센서의 동작 정보를 제공받을 수 있다. 여기서 호스트 컨트롤러는 차량의 ECU 등이 될 수 있다.
나아가서 감지 센서 모니터링부(155)는 무선 충전 수단(130)의 위치를 파악할 수 있는데, 무선 충전 수단(130)의 위치 정보는 호스트 컨트롤러로부터 제공될 수도 있고 또는 감지 센서로부터 방출되는 무선 신호를 기초로 파악할 수도 있다.
감지 센서 모니터링부(155)는 파악된 무선 충전 수단(130)의 위치 정보를 전력 송전 제어부(153)로 제공할 수 있다. 이를 통해 전력 송전 제어부(153)는 충전 각도 범위를 판단하고 충전 영역을 설정할 수 있다. 즉, 감지 센서 모니터링부(155)에서 파악한 무선 충전 수단(130)의 위치 정보를 기초로 무선 전력 전송을 위한 얼라이먼트가 수행될 수 있다.
도 6은 본 발명에 무선 전력 제어 수단의 동작에 대한 일례를 도시한다.
무선 전력 제어 수단(150)은 타이어(10)에 배치된 무선 충전 수단(130)의 배터리 잔량 정보를 기초로 무선 전력 송전 수단(110)을 제어하여 무선 전력 전송이 이루어질 수 있다.
또한 무선 전력 제어 수단(150)은 타이어(10) 회전에 따른 무선 충전 수단(130)의 위치를 파악하여 전력 송전 제어부(153)로 제공함으로써 충전 각도 범위의 판단과 충전 영역의 설정이 이루어질 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 시스템을 통해 타이어 감지 센서의 배터리에 대한 무선 충전이 효율적으로 수행될 수 있게 된다.
나아가서 본 발명에서는 상기에서 설명한 본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 시스템을 이용한 타이어 센서 무선 충전 방법을 제시한다.
이하에서는 앞서 살펴본 본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 시스템의 실시예를 같이 참조하여 본 발명에 따른 타이어 무선 충전 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 방법의 일실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
무선 전력 제어 수단(150)은 타이어 회전에 따른 충전 각도 범위를 판단(S10)하여 충전 영역을 설정(S20)할 수 있다.
충전 각도 범위를 판단하여 충전 영역을 설정하는 과정과 관련하여 도 8 및 도 9는 본 발명에서 충전 각도 범위와 충전 영역의 일례를 도시한다.
상기 도 8에 도시된 바와 같이 타이어(10)의 중심부로부터 외측까지의 타이어(10) 외경 반지름이 l이고, 타이어 휠하우스(30)의 내측면에 배치된 무선 전력 송전 수단(110)의 코일 패치가 가로 a 길이, 세로 b 길이로 형성되며, 타이어(10)의 외측과 타이어 휠하우스(30)의 내측 간의 이격 거리가 d인 경우를 가정해본다.
상기 도 9에 도시된 바와 같이 타이어 회전에 따라 무선 충전 수단도 회전하여 무선 전력 송전 수단(110)에 대응되어 제1 위치의 무선 충전 수단(130a)으로부터 제2 위치의 무선 충전 수단(130b)으로 회전 이동하게 된다.
이와 같이 타이어 회전에 따른 무선 충전 수단(130)의 회전으로 인해 충전 각도는 제한될 수 있으며, 무선 전력 전송 수단(110)의 배치 위치를 기초로 무선 충전 수단(130)의 충전 가능 각도는 2
Figure 112021098368113-pat00011
의 범위가 될 수 있다.
즉, 충전 각도 범위 2
Figure 112021098368113-pat00012
에 대응되는 영역이 충전 영역으로 설정될 수 있다.
무선 전력 제어 수단(150)은 충전 각도 범위를 판단하고 이를 기초로 충전 영역을 설정하는데, 하기 [식 1]을 기초로 충전 각도를 판단하여 충전 영역을 설정할 수 있다.
[식 1]
Figure 112021098368113-pat00013
여기서, 상기
Figure 112021098368113-pat00014
는 충전 각도, 상기 a는 상기 코일 패치의 가로 길이, 상기 b는 상기 코일 패치의 세로 길이, 상기 l은 타이어의 외경 반지름, 상기 d는 타이어 외측과 타이어 휠하우스 내측 간의 이격 거리 및 상기 k는 타이어 내부 금속 메쉬의 밀도(density)를 나타내며, 충전 영역은, 2
Figure 112021098368113-pat00015
로 설정할 수 있다.
상기 도 8에서 충전 각도 범위 2
Figure 112021098368113-pat00016
에 대응되어 충전 영역(500)이 설정될 수 있다.
충전 영역이 설정되면, 무선 전력 제어 수단(150)은 무선 전력 송전 수단(110)을 제어하여 충전 영역 상에 무선 전력 전송(S30)이 이루어지며, 무선 충전 수단(130)은 타이어의 회전에 따라 회전하면서 충전 영역에 대응되는 충전 각도 범위에서 무선 전력 수신(S40)을 할 수 있다.
그리고 무선 충전 수단(130)은 수신되는 전력으로 감지 센서의 배터리를 충전(S50)할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 타이어 센서 무선 충전 방법을 통해 감지 센서의 배터리 충전이 이루어질 수 있는데, 도 10 및 도 11은 본 발명에서 무선 충전 영역에서 무선 충전 제공에 따른 전력 변동에 대한 그래프를 도시한다.
상기 도 9에서 설명한 바와 같이 타이어 회전에 따른 충전 각도 범위 2
Figure 112021098368113-pat00017
에 대응되는 충전 영역으로 무선 전력 전송이 이루어질 수 있으며, 이에 따라 상기 도 10에 도시된 바와 같이 무선 충전 수단(130)은 충전 각도 범위 2
Figure 112021098368113-pat00018
에서 무선 전력을 수신할 수 있다.
이와 같이 수신된 전력으로 감지 센서의 배터리 충전이 수행될 수 있는데, 상기 도 11에 도시된 그래프를 참조하여 배터리 충전과 소모를 살펴본다.
타이어의 1회전에 대응되는 시간 구간은 시간 t1부터 t3이며, 무선 충전이 수행되는 시간 구간은 t1부터 t2이고, 충전 각도 범위를 벗어나 배터리가 소모되는 시간 구간은 t2부터 t3이다.
충전 각도 범위에서 V3의 충전 전압으로 배터리 충전이 수행될 수 있고, 이를 통해 V2까지 배터리의 잔량 전압이 늘어날 수 있다. 그리고 충전 각도 범위를 벗어나 감지 센서가 배터리의 전원을 소모하면 배터리 잔량은 V1까지 떨어질 수 있다.
타이어 1회전 주기마다 이러한 배터리 전원 변동이 일어날 수 있으며, 타이어의 매회전마다 반복적으로 배터리 충전과 잔량 소모가 이루어지므로 일정 수준 범위 이내로 배터리 잔량을 지속적 유지할 수 있게 된다.
나아가서 배터리를 완충하거나 배터리 잔량이 일정 수준 이하로 떨어지는 경우 배터리의 효율과 수명은 저하되므로, 본 발명에서 배터리의 특성을 고려하여 충전을 수행할 수 있다.
무선 전력 제어 수단(150)은 감지 센서의 배터리 잔량을 파악하여 충전이 필요한 상태인지 여부를 판단하고, 만약 배터리 특성을 고려하여 일정 수준 이상으로 잔량이 남아 있는 경우, 무선 충전을 수행하지 않는다.
만약 배터리 잔량이 일정 수준 이하로 떨어지는 경우 무선 전력 제어 수단(150)은 무선 전력 송전 수단(110)을 제어하여 감지 센서의 배터리에 대한 무선 충전을 수행하게 된다.
또한 감지 센서의 배터리에 대한 무선 충전이 수행되고 있는 상황에서 무선 전력 제어 수단(150)은 배터리의 충전량을 파악하여 무선 충전을 계속적으로 유지해야 되는지 아니면 일정 수준까지 배터리 잔량이 도달하였으므로 무선 충전을 종료하여야 되는지를 판단할 수 있다.
그리고 판단 결과에 따라 무선 전력 제어 수단(150)은 무선 전력 송전 수단(110)을 제어하여 무선 충전을 지속적으로 유지하거나 또는 무선 충전을 종료할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 타이어 안전 모니터링 시스템의 감지 센서에 구비된 배터리에 대한 무선 충전을 수행할 수 있게 된다.
특히, 차량 주행시 타이어가 계속 회전하는 구조적 문제로 인하여 감지 센서의 배터리를 유선 충전할 수 없는 문제를 무선 충전 방식을 통해 해결할 수 있다.
나아가서 배터리의 잔량과 충전량을 종합적으로 고려하여 무선 충전을 수행함으로써 배터리의 효율을 높일 수 있다.
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 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 타이어 센서 무선 충전 시스템,
110 : 무선 전력 송전 수단,
130 : 무선 충전 수단,
150 : 무선 전력 제어 수단,
151 : 배터리 관리부,
153 : 전력 송전 제어부,
155 : 감지 센서 모니터링부.

Claims (10)

  1. 차량의 타이어 휠하우스 내측에 배치되어 충전 영역으로 무선 전력을 전송하는 무선 전력 송전 수단;
    차량의 타이어 내측면에 배치되어, 타이어 회전시마다 상기 충전 각도 범위에서 무선 전력을 수신하여 상기 타이어의 감지 센서에 구비된 배터리를 충전하는 무선 충전 수단; 및
    타이어 1회전당 상기 배터리의 소비량을 고려하여 요구되는 충전량이 충족되도록 상기 무선 전력 송전 수단을 제어하는 무선 전력 제어 수단을 포함하고,
    상기 무선 전력 송전 수단은,
    타이어 1회전당 상기 배터리의 소비량을 고려하여 요구되는 충전량이 충족되는 충전 영역을 제공하도록 사이즈가 조절된 송전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 센서 무선 충전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 각도 범위는, 하기 [식 1]을 기초로 판단하며,
    [식 1]
    Figure 112021139395670-pat00019

    여기서, 상기
    Figure 112021139395670-pat00020
    는 충전 각도, 상기 a는 상기 코일 패치의 가로 길이, 상기 b는 상기 코일 패치의 세로 길이, 상기 l은 타이어의 외경 반지름, 상기 d는 타이어 외측과 타이어 휠하우스 내측 간의 이격 거리 및 상기 k는 타이어 내부 금속 메쉬의 밀도(density)를 나타내며,
    상기 충전 영역은, 2
    Figure 112021139395670-pat00021
    에 대응되는 영역인 것을 특징으로 하는 타이어 센서 무선 충전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 전력 제어 수단은,
    타이어 회전에 따른 충전 각도 범위를 판단하여 이에 대응되는 충전 영역으로 무선 전력을 전송하도록 상기 무선 전력 송전 수단을 제어하는 전력 송전 제어부; 및
    차량의 ECU를 통해 상기 감지 센서의 동작 정보를 제공받는 감지 센서 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 센서 무선 충전 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 무선 전력 제어 수단은,
    상기 감지 센서의 배터리 잔량을 확인하는 배터리 관리부를 더 포함하며,
    상기 전력 송전 제어부는,
    상기 배터리 잔량을 기초로 상기 배터리의 충전을 위한 무선 전력 전송을 제어하는 것을 특징으로 하는 타이어 센서 무선 충전 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배터리 관리부는,
    상기 배터리 잔량이 기설정된 범위를 유지하도록 배터리 충전 정보를 상기 전력 송전 제어부로 제공하는 것을 특징으로 하는 타이어 센서 무선 충전 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 전력 제어 수단은,
    상기 충전 각도 범위로 상기 무선 충전 수단의 진입과 퇴출에 따라 상기 충전 영역으로 무선 전력을 선택적 전송하도록 무선 전력 송전 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 타이어 센서 무선 충전 시스템.
  8. 타이어 회전에 따른 충전 각도 범위를 고려하여 충전 영역이 설정되는 충전 영역 설정 단계;
    상기 충전 영역으로 무선 전력을 전송하는 무선 전력 전송 단계;
    타이어 회전에 따른 충전 각도 범위에서 상기 충전 영역으로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신 단계; 및
    감지 센서의 배터리를 충전하는 배터리 충전 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 센서 무선 충전 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 충전 영역 설정 단계는,
    하기 [식 1]을 기초로 충전 각도 범위를 판단하며,
    [식 1]
    Figure 112021098368113-pat00022

    여기서, 상기
    Figure 112021098368113-pat00023
    는 충전 각도, 상기 a는 상기 코일 패치의 가로 길이, 상기 b는 상기 코일 패치의 세로 길이, 상기 l은 타이어의 외경 반지름, 상기 d는 타이어 외측과 타이어 휠하우스 내측 간의 이격 거리 및 상기 k는 타이어 내부 금속 메쉬의 밀도(density)를 나타내며,
    상기 충전 영역은, 2
    Figure 112021098368113-pat00024
    에 대응되는 영역인 것을 특징으로 하는 타이어 센서 무선 충전 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 단계부터 상기 배터리 충전 단계를 반복적으로 수행하되,
    상기 무선 전력 전송 단계 이전에 상기 감지 센서의 배터리 잔량을 파악하여 충전 필요 여부를 판단하는 충전 필요 판단 단계; 및
    상기 배터리 충전 단계의 수행 후 상기 감지 센서의 배터리 잔량을 파악하여 충전 유지 여부를 판단하는 충전 유지 판단 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 센서 무선 충전 방법.
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