KR102456621B1

KR102456621B1 - 공기입 타이어 모니터링 시스템 및 이를 이용한 공기입 타이어 모니터링 방법

Info

Publication number: KR102456621B1
Application number: KR1020210010796A
Authority: KR
Inventors: 이동규; 배성렬; 박현철
Original assignee: 한국타이어앤테크놀로지 주식회사
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2022-10-21
Also published as: KR20220108274A

Abstract

본 발명은 공기입 타이어 모니터링 시스템 및 이를 이용한 공기입 타이어 모니터링 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 변위센서와 이미지센서 및 스마트디바이스를 이용하여 효율적인 모니터링 효과를 제공하는 한 공기입 타이어 모니터링 시스템 및 이를 이용한 공기입 타이어 모니터링 방법을 제공한다.

Description

공기입 타이어 모니터링 시스템 및 이를 이용한 공기입 타이어 모니터링 방법{A PNEUMATIC TIRE MONITORING SYSTEM AND PNEUMATIC TIRE MONITORING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 공기입 타이어 모니터링 시스템 및 이를 이용한 공기입 타이어 모니터링 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 변위센서와 이미지센서 및 스마트디바이스를 이용하여 효율적인 모니터링 효과를 제공하는 한 공기입 타이어 모니터링 시스템 및 이를 이용한 공기입 타이어 모니터링 방법에 관한 것이다.

중하중용 트럭버스레디얼(TBR) 타이어의 경우 장착되는 타이어 수량이 많으며 경제적으로 높음 마모성능(마일리지)이 필요하다. 또한 적재물이 고하중이며 타이어 파손시 인명, 재산의 피해가 크기 때문에 이에 대한 관리가 필요하다. 이를 위해 필요한 기술은 크게 두 가지 인데 첫 번째는 마모평가기술, 두 번째는 타이어 이상신호 감지이다.

마모 평가시술은 도1의 표와 같이 진행한다. 타이어 단품의 접지형상을 계측하여 형상 및 접지압력의 분포를 분석하여 목표 형상과 접지압 분포를 검증한다. 그 다음으로는 주행시 특성을 분석하기 위하여 저속주행시 접지압, 슬립(Slip)량 등을 분석한다. 마일리지 평가를 위해 실내평가와 실차평가가 있는데 실내평가의 경우 주행조건(공기압, 하중, 속도)를 조절하여 타이어를 마모시킨 후 마모량을 측정하는 평가이며, 실차평가는 실제 차량에 장착하여 주행하고, 스키드뎁스(Skid Depth)를 계측하여 주행거리에 따른 마모량을 계측한다. 상기와 같은 마모평가의 가장 큰 문제점은 단품평가와 실제차량의 마모예측치의 낮은 상관성과 실제 차량에서는 일부 타이어에서 이상마모가 발생하여도 그 원인을 파악하기 어려움에 있다. 또 다른 문제점은 차량 전체의 타이어의 마모가 균일하게 발생하는 것이 필요하나 육안으로 관측하여 타이어 위치 및 교환을 한다는 것이다. 또 다른 문제는 도2와 같이 차량의 축 정렬 및 관리에 따라 마모의 형태에 영향을 크게 받는다는 것이다. 이것의 문제점은 타이어의 영향도와 차량의 영향도를 알기 어렵다는데 있다.

타이어 이상신호 감지의 경우 일반적으로 사고가 발생하기 전에 인지하기가 어려운 부분이 있다. 현재 TPMS(타이어 공기압 측정 시스템)를 활용하여 타이어 공기압을 계측하는 시스템이 있으나 이는 차량주행시 타이어의 축정렬 문제 및 주행에 따른 가혹도를 평가하는데 어려움이 있다. TPMS의 경우 계측이 가능하나 일반적으로 주행시 이상음 혹은 진동을 운전자가 감지하는 경우가 대부분이다.

이하 관련된 선행문헌을 살펴본다. 대한민국 등록특허 제10-1230878호 '타이어마모 및 차량쏠림 모니터링 시스템 및 그 방법' 은 타이어마모 및 차량쏠림 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타이어휠 속도센서 및 타이어 공기압센서의 데이터 정보에 의해 타이어 동반경 차이를 감지하여 차량쏠림 및 타이어 마모 상태를 운전자에게 모니터링해 주는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 제10-1230878호 에 따른 타이어마모 및 차량쏠림 모니터링 시스템은 차량 스티어링휠의 조향각을 감지하는 스티어링휠 각 센서와, 상기 차량의 전후좌우에 장착되는 각 타이어휠의 회전속도를 감지하는 타이어휠 속도센서와, 상기 각 타이어 내부의 공기압을 감지하는 타이어 공기압센서와, 차량의 제동에 사용되는 브레이크의 작동 여부를 감지하는 브레이크 스위치와, 상기 스티어링휠의 조향각이 커브 도로의 기준이 되는 기준각 이내이고 브레이크 신호가 입력되지 않은 경우에, 상기 타이어휠 속도센서 및 타이어 공기압센서에서 감지한 타이어휠 회전속도와 타이어 공기압을 기설정된 기준값과 비교하여 차량쏠림 및 타이어 마모 상태를 판단하고, 그 판단결과를 출력하는 제어유닛과, 상기 제어유닛의 출력에 의해 차량쏠림이나 타이어 마모상태를 눈으로 확인할 수 있도록 화면에 표시하는 디스플레이를 포함한다.

대한민국 등록특허 제10-1469714호 '타이어 편마모 점검 시스템 및 그 방법'은 노면 또는 그 근처에 초음파, 적외선, 가압센서 등을 이용하여 타이어를 스캔하는 모듈을 설치하여 타이어의 스캔된 정보를 분석하여 타이어의 편마모를 점검하는 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로서, 주차장 또는 고속도로 요금소를 포함하는 공공장소에 설치되어 통과하는 차량의 식별정보 및 타이어의 상태정보를 취득하여 출력하는 타이어 스캐너 모듈과, 상기 타이어 스캐너 모듈에서 전달되는 차량의 식별 정보 및 타이어의 상태 정보를 기반으로 기존에 수집된 타이어 상태 데이터와 현재 수집된 타이어 상태 데이터를 비교 분석하여 그차이값을 이용하여 편마모를 판정하는 타이어 점검 시스템을 개시하였다.

그러나, 제10-1230878호나 제10-1469714호는 주행 중에도 실시간으로 측정되는 데이터가 제공되지는 아니하였으며, 이에 따라 충분한 모니터링이 이루어지지 못하는 문제가 있었다.

(특허문헌 1) 등록특허공보 제10-1230878호(2013.02.07.)

(특허문헌 2) 등록특허공보 제10-1469714호(2014.12.12.)

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 레이저센서 및 이미지센서를 스마트폰과 실시간으로 동기화하여 타이어의 마모상태, 타이어 외곽선 처리 및 이상진동현상을 실시간으로 용이하게 모니터링할 수 있는 공기입 타이어 모니터링 시스템 및 이를 이용한 공기입 타이어 모니터링 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 공기입 타이어 모니터링 시스템에 있어서, 차량에 설치하는 마운트부를 포함하며, 각도조절이 가능한 플렉시블 프레임(100); 상기 플렉시블 프레임(100)에 설치되며, 타이어의 마모에 따른 변위를 측정하기 위하여 발신부와 수신부가 포함된 레이저 변위 장치로서 분해능이 0.1mm 이하인 레이저센서(200); 상기 플렉시블 프레임(100)에 설치되며, 타이어의 이미지 검출이 가능한 CCD 이미지센서(300); 상기 플렉시블플레임(100)에 설치되며, 상기 레이저센서(200) 및 이미지센서(300)에 의해 수집된 데이터를 처리하는 제어장치(400); 수집된 데이터를 전송하는 발신안테나(500); 및 상기 발신안테나(500)로붙터 송신된 데이터를 수신하고 내부 알고리즘에 의해 시각적으로 처리하여 모니터링하는 스마트 디바이스(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어 모니터링 시스템 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 레이저센서(200)의 데이터 수집범위는 0.01~1mm인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 CCD 이미지센서(300)는 타이어의 외곽라인을 검출하며, 상기 제어장치(400) 또는 스마트 디바이스(600)의 데이??처리부는 상기 이미지센서(300)에 의해 주행전과 주행중의 획득된 타이어 외곽라인의 차이를 비교하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 전술한 바에 따른 공기입 타이어 모니터링 시스템을 이용한 공기입 타이어 모니터링 방법에 있어서, 상기 레이저 센서(200)에서 조사되는 레이저를 통해 타이어(1000)의 마모에 따른 변위(a)가 계측되는 단계(s100); 영상처리를 활용한 타이어 외곽선 처리를 통한 이상신호 검출 단계(s200); 및 산출된 변위(a) 데이터와 이상신호 데이터가 스마트폰(600)의 디스플레이를 통하여 모니터링되는 단계(s300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어 모니터링 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 레이저 센서(200)에서 조사되는 레이저를 통해 타이어(1000)의 마모에 따른 변위(a)가 계측되는 단계(s100)는, 시간간격 샘플링타임(Sampling time) 설정단계(s110); 수신된 신호 정량화과정(Root Mean Square)단계(s120); 및 표준편차의 계산을 통하여 계측되는 데이터의 편차수준을 분석하는 단계(s130);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 시간간격 샘플링타임(Sampling time) 설정단계(s110)는, 5~25Hz의 주파수로 0.2~0.04초의 간격으로 설정되며, 1,000~10,000 회의 측정이 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 수신된 신호 정량화과정(Root Mean Square)단계(s120)는,

을 통해 정량화되며, 여기서, a는 변위, n은 데이터의 수인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 표준편차의 계산을 통하여 계측되는 데이터의 편차수준을 분석하는 단계(s130)는,

에 의해 연산되며, 여기서 xi는 데이터값, x_bar는 평균, N은 데이터수인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 영상처리를 활용한 타이어 외곽선 처리를 통한 이상신호 검출 단계(s200)는, 상기 이미지센서(300)에 의한 타이어 외곽라인 검출단계(s210); 검출된 외곽라인과 주행 중 변화화는 외곽라인의 차이를 대조하는 단계(s220); 및 정지시 타이어 외곽라인과 주행 중 외곽라인의 편차를 계측하는 단계(s230);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 산출된 변위(a) 데이터와 이상신호 데이터가 스마트폰(600)의 디스플레이를 통하여 모니터링되는 단계(s300)는 수신모듈을 통해 산출된 변위(a) 데이터와 이상신호 데이터를 수신하는 단계(s310); 다수의 레이저 변위센서를 통해 계측된 위치별 변위량에 따른 마모량과 데이터베이스에 구축된 마모형태의 변위를 대조하여 매핑(mapping)하는 단계(s320); 및 하기의 식, 리스크(Risk) = σ_measure / (σ_high - σ_low) * 100 (%)을 통해 이미지 센서에서 검출된 최외측 검출선과 주행 중 발생하는 검출선의 변위를 비교하여 리스크(Risk)를 산출하는 단계(s330);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 종래기술에서 타이어 마모상태 및 이상진동 등의 정보에 대하여 실시간 모니터링이 이루어지지 않은 문제점을 해소하기 위해 레이저센서 및 이미지센서를 스마트폰과 실시간으로 동기화하여 타이어의 마모상태, 타이어 외곽선 처리 및 이상진동현상을 실시간으로 용이하게 모니터링함으로써 사용자에게 타이어의 위치 교환시기를 제공하고 이상발생 시 신속한 대처가 가능하며 타이어의 정보를 정량적으로 축적하여 IT정보와 연계 후 유용한 정보로 활용할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도1은 타이어 성능예측 프로세스에 있어서 마모평가부문의 분석 예이다.
도2는 차량축 정렬을 설명하는 설명도이다.
도3은 실제 차량의 접지형상/압을 계측하는 장비의 사진이다.
도4는 접지형상/압을 계측한 결과의 이미지이다.
도5는 본 발명의 공기입 타이어 모니터링 시스템의 구성도이다.
도6은 초기 타이어와 주행에 따른 마모현상을 설명하는 설명도이다.
도7은 레이저 센서에서 조사되는 레이저를 통해 타이어의 마모에 따른 변위가 계측되는 단계를 설명하는 신호처리프로세스의 설명도이다.
도8은 타이어 이미지를 통한 이상신호 계측 프로세서의 설명도이다.
도9은 타이어의 이상진동 검출을 위한 로직의 설명도이다.
도10은 스마트디바이스를 이용한 모니터링 시스템의 예시도이다.
도11은 차량을 구분하기 위한 차량구분도이다.
도12는 타이어의 이상마모를 분류하기 위한 이상마모분류도이다.
도13은 본 발명의 플렉시블 프레임의 가변상태의 설명도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 중하중용 TBR 타이어의 마모상태와 이상진동을 실시간으로 평가할 수 있는 기술에 관한 것이다. 트럭, 버스, 덤프 등 상용차의 경우 다축에 다수의 타이어가 장착되어 구동된다. 도3은 실제 차량의 접지형상/압을 계측하는 장비의 사진이며, 도4는 접지형상/압을 계측한 결과를 도시한다. 계측결과를 보면 각 타이어별 접지압력과 형상이 상이한 것을 볼 수 있으며 이로 인해 타이어의 마모가 불균일이 발생하게 되고, 마일리지가 감소 된다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 다수의 레이저 변위센서와 카메라(이미지 처리장치)를 활용하여 실시간으로 타이어 상태를 계측하고, 이를 모니터링 한 결과를 외부 단말기에서 분석한 정보를 사용자에게 제공하여 타이어 위치교환 시점 및 리스크 예측기술을 제공한다.

도5는 본 발명의 공기입 타이어 모니터링 시스템의 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어 모니터링 시스템은 공기입 타이어 모니터링 시스템에 있어서, 차량에 설치하는 마운트부를 포함하며, 각도조절이 가능한 플렉시블 프레임(100)과; 상기 플렉시블 프레임(100)에 설치되며, 타이어의 마모에 따른 변위를 측정하기 위하여 발신부와 수신부가 포함된 레이저 변위 장치로서 분해능이 0.1mm 이하인 레이저센서(200)와 상기 플렉시블 프레임(100)에 설치되며, 타이어의 이미지 검출이 가능한 CCD 이미지센서(300)와 상기 플렉시블플레임(100)에 설치되며, 상기 레이저센서(200) 및 이미지센서(300)에 의해 수집된 데이터를 처리하는 제어장치(400)와 수집된 데이터를 전송하는 발신안테나(500)와 상기 발신안테나(500)로부터 송신된 데이터를 수신하고 내부 알고리즘에 의해 시각적으로 처리하여 모니터링하는 스마트 디바이스(600)를 포함하는 공기입 타이어 모니터링 시스템을 제공한다.

각도조절이 가능한 플렉시블 프레임(100)은 조인트(110)가 설치되어 굽혀질 수 있는 구조가 바람직하며, 필요에 따라서 탄성을 갖는 재질로 구성될 수 있다.

또한, 플렉시블 프레임(100)은 마운트부에 의해 타이어의 위쪽에 설치되며, 각 센서들이 설치되게 된다. 각 센서들은 슬라이드 구조로 설치되어 타이어의 크기에 따라 위치를 이동시킬 수 있는 것이 바람직하다. 차량의 주행시 진흙 등의 이물질들로부터 센서들을 보호하기 위하여 커버를 포함할 수 있다.

상기 레이저센서(200)의 데이터 수집범위는 0.01~1mm인 것이 바람직하며 3개 이상 설치되는 것이 바람직하다. 도5에서는 타이어(1000)의 숄더부에 대응되는 양 측면과, 트레드 중앙부에 설치되는 실시예가 도시되어 있다. 상기 레이저센서(200)들은 레이저의 발신부와 수신부를 포함하며, 거리를 측정하여 타이어의 마모정도를 파악하게 된다.

도6은 초기 타이어와 주행에 따른 마모현상을 설명하는 설명도이다. 도6에서 도시된 바와 같이, 타이어는 주행 중 회전, 병진운동이 마모형상에 반영되게 된다. 상게의 마모형상을 효율적으로 전산해석하기 위하여 상기의 레이저센서는 마모형상 중 변위가 두드러지는 양측 숄더부와, 전체적인 마모수준을 파악하기 위한 트레드 중앙부에 위치하게 된다.

상기 CCD 이미지센서(300)는 타이어의 외곽라인을 검출하기 위한 것으로서, 타이어의 경우 회전체로 정상주행시 외곽선이 일정한 반면 이상진동 발생시 외곽선의 변형으로 차량의 이상을 감지할 수 있다. 제어장치(400) 또는 스마트 디바이스(600)의 데이터 처리 부는 상기 이미지센서(300)에 의해 주행전과 주행중의 획득된 타이어 외곽라인의 차이를 비교하게 된다.

상기 발신안테나(500)로부터 송신된 데이터를 수신하고 내부 알고리즘에 의해 시각적으로 처리하여 모니터링하는 스마트 디바이스(600)는 널리 보급된 스마트폰이 적용될 수 있으며, 상기 내부알고리즘과 시작적으로 처리하기 위한 인터페이스는 어플리케이션으로 구현된다. 상기 스마트 디바이스(600)은 안테나(500)로부터의 신호를 수신하며, 이때 수신하는 신호의 프로토콜은 블루투스, 와이파이 등이 적용될 수 있다.

본 발명은 이에 나아가, 공기입 타이어 모니터링 시스템을 이용한 공기입 타이어 모니터링 방법에 있어서, 상기 레이저 센서(200)에서 조사되는 레이저를 통해 타이어(1000)의 마모에 따른 변위(a)가 계측되는 단계(s100); 영상처리를 활용한 타이어 외곽선 처리를 통한 이상신호 검출 단계(s200); 산출된 변위(a) 데이터와 이상신호 데이터가 스마트폰(600)의 디스플레이를 통하여 모니터링되는 단계(s300);를 포함하는 공기입 타이어 모니터링 방법을 제공한다.

도7은 레이저 센서에서 조사되는 레이저를 통해 타이어의 마모에 따른 변위가 계측되는 단계를 설명하는 신호처리프로세스의 설명도이다. 도7에서 도시된 바와 같이, 상기 레이저 센서(200)에서 조사되는 레이저를 통해 타이어(1000)의 마모에 따른 변위(a)가 계측되는 단계(s100)는, 시간간격 샘플링타임(Sampling time) 설정단계(s110), 수신된 신호 정량화과정(Root Mean Square)단계(s120), 표준편차의 계산을 통하여 계측되는 데이터의 편차수준을 분석하는 단계(s130)를 포함한다.

상기 시간간격 샘플링타임(Sampling time) 설정단계(s110)는, 5~25Hz의 주파수로 0.2~0.04초의 간격으로 설정되며, 충분한 표본을 얻기 위하여 1,000~10,000 회의 측정이 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 0.2~0.04초의 간격으로 설정되는 이유는 차량의 주행에 따른 타이어의 회전속도를 감안한 것으로서 유의미하다.

상기 수신된 신호 정량화과정(Root Mean Square)단계(s120)는 다음의 [수학식 1]을 통해 정량화된다.

여기서, a는 변위, n은 데이터의 수가 된다. 본 발명의 계측단계에서는 1000개 이상의 포인트를 표본으로 하기 때문에 타이어 회전에 따른 편차를 고려하여 상기와 같은 정령화 과정이 요구된다.

상기 표준편차의 계산을 통하여 계측되는 데이터의 편차수준을 분석하는 단계(s130)는, 다음의 [수학식 2]에 의해 연산된다.

여기서 xi는 데이터값, x_bar는 평균, N은 데이터수이다. 즉, 정량화된 데이터로부터 편차수준을 분석하여 마모수준의 척도로 삼는다.

타이어의 경우 회전체로 정상주행시 외곽선이 일정한 반면 이상진동 발생시 외곽선의 변형으로 차량의 이상을 감지할 수 있다. 영상처리를 활용한 타이어 외곽선 처리를 통한 이상신호 검출 단계(s200)는, 도8에서 나타난 바와 같은 처리과정을 통해 타이어 이상진동을 분석하는 기술이다. 먼저 이미지 센서를 통해 타이어 이미지를 획득한다(b), 이미지 프로세싱을 통해 타이어 외곽선을 추출해낸다(c), 검출된 외곽선을 가늘게 만든다(d), 이렇게 검출된 이미지의 좌, 우측 선을 추출해낸다(e), 타이어 주행시 타이어 운동상태를 이미지 센서로 획득하여 초기 외곽선과의 거리차이를 추출한다(f), 위치별 변위량을 계측한다(g).

즉, 영상처리를 활용한 타이어 외곽선 처리를 통한 이상신호 검출 단계(s200)는, 이미지센서(300)에 의한 타이어 외곽라인 검출단계(s210), 검출된 외곽라인과 주행 중 변화화는 외곽라인의 차이를 대조하는 타이어 운동계측 단계(s220), 정지시 타이어 외곽라인과 주행 중 외곽라인의 편차 및 변위량를 계측하는 단계(s230)를 포함한다.

이미지센서(300)에 의한 타이어 외곽라인 검출단계(s210)는, 이미지센서(300)에 의한 이미지추출단계(s211), 추출된 이미지를 라플라시안 필터를 통한 경계선 추출단계(s212), 이미지프로세싱을 통하여 선을 가늘게 하는 세션화단계(s213) 및 좌표추출을 통한 최외곽라인 추출단계(s214)를 포함할 수 있다.

정지시 타이어 외곽라인과 주행 중 외곽라인의 편차 및 변위량를 계측하는 단계(s230)에서 이상진동을 검출할 수 있다. 타이어가 일반주행시 이상진동이 발생하면 회전축을 중심으로 요(Yaw)운동을 하게 된다. 도9은 타이어의 이상진동 검출을 위한 로직의 설명도이다 도9에서 나타난 바와 같이, 이상진동을 검출하기 위한 파라메타는 하기와 같다.

L0 : 타이어 외곽 검출길이

θ : 초기 검출라인과 이상시 외과라인사이의 각도

θ_low : 초기 검출라인과 이상시 외과라인사이의 각도(초기 주행시 각도)

θ_high : 초기 검출라인과 이상시 외과라인사이의 각도(이상 주행시 각도)

X_i : 진동폭

σ_low : θ에서 초기 검출라인과 외곽라인 사이의 표준편차

σ_high : θ에서 초기 검출라인과 외곽라인 사이의 표준편차

상기의 파라메타를 기준으로 타이어 주행시 이상진동을 판단하게 된다.

이때 수집된 이상진동에 대한 데이터는 정량화과정(Root Mean Square)단계(s231), 표준편차의 계산을 통하여 계측되는 데이터의 편차수준을 분석하는 단계(s232)를 통해 처리될 수 있으며, 이는 상술한 정량화과정과 데이터 편차수준을 분석하는 단계와 같다.

상기에서 처리된 데이터들은 데이터 처리 및 모니터링 기술(처리데이터를 활용한 타이어 마모상태 및 이상상태 진단기술)에 의해 사용자에게 제공된다. 도10은 스마트디바이스를 이용한 모니터링 시스템의 예시도이다. 도10에서의 식별부호에 대한 설명은 하기와 같다.

1 : 도11에 도시된 바와 같은 차량정보를 선택하는 모듈이다. 여기서 선택된 차량과 축수와 축별 단륜/복륜 정보가 입력된다.

2 : 타이어 상태 모듈, 실시간으로 처리된 데이터를 대쉬보드 형태로 볼 수 있다. 색상으로 쉽게 타이어 상태를 확인할 수 있으며 선택된 타이어에 대한 세부정보는 “3”부분에 나타내어진다. 이상마모의 경우 청색으로 표시되고, 적색의 경우 이상신호를 나타낸다.

3 : 2에서 선택된 타이어의 세부정보를 나타내며 타이어 마모상태를 나타낸다. 이상마모 분류는 도12에 도시된 바와 같다. 이미지센서에 의해 획득된 영상에서 이상신호가 검출되어지는 경우 그 크기를 Risk Index(max. 100, 높을수록 위험)를 수치화하여 나타낸다.

이후, 본 발명은 산출된 변위(a) 데이터와 이상신호 데이터가 스마트폰(600)의 디스플레이를 통하여 모니터링되는 단계(s300)를 가지며, 상기 단계(S300)는, 수신모듈을 통해 산출된 변위(a) 데이터와 이상신호 데이터를 수신하는 단계(s310), 다수의 레이저 변위센서를 통해 계측된 위치별 변위량에 따른 마모량과 데이터베이스에 구축된 마모형태의 변위를 대조하여 매핑(mapping)하는 단계(s320), 리스크(Risk) = σ_measure / (σ_high - σ_low) * 100 (%)의 식을 통해 이미지 센서에서 검출된 최외측 검출선과 주행 중 발생하는 검출선의 변위를 비교하여 리스크(Risk)를 산출하는 단계(s330)를 포함할 수 있다.

사고가 발생하기 전에 타이어의 이상신호를 감지하는 것은 매우 어려운 일이나, 본 발명을 적용하는 경우 이미지 센서를 통해 타이어 주행시 발생하는 이상신호를 실시간으로 모니터링하며, 신뢰도 높은 리스크수치를 산출하여 줌으로써 이상발생시 신속한 대처를 할 수 있게 할 수 있게 한다.

도13은 본 발명의 플렉시블 프레임의 가변상태의 설명도이고, 도13에서의 식별부호는 하기와 같다.

L1 : 센터 레이저 센서와 좌측 레이저 센서간의 거리

L2 : 센터 레이저 센서와 우측 레이저 센서간의 거리

θ : 힌지(hinge)(110)로 연결된 플렉시블프레임(100)의 센터부와 측면부의 사이각

L_left :플렉시블프레임(100)의 슬라이드 홈을 따라 이동될 수 있는 좌측길이

L_c : 플렉시블프레임(100)의 슬라이드 홈을 따라 이동될 수 있는 센터길이

L_Right : Flexible Body의 슬라이드 홈을 따라 이동될 수 있는 우측길이

도13의 실시예에 따르면, 상기 플렉시블프레임(100)은 힌지(110)에 의해 가변되는 구조를 가지며, 설치된 레이저센서(200)들과 이미지센서(300)는 각 프레임의 센터부, 좌우측 측면부를 각각 L_c, L_left, L_Right의 길이만큼 슬라이드되어 이동할 수 있다. 이러한 구조는 타이어의 크기 등에 따라 최적의 센서위치를 확보하기 위함이다.

상기한 바에 따른 본 발명은 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.

첫째, 타이어의 균일마모를 통한 마일리지 향상시킬 수 있다.

타이어 개발시 이상마모 및 마일리지 향상은 소비자와 업체 양쪽에서 매우 중요한 문제이다. 타이어 개발단계에서 도1의 표에서와 같은 많은 검증단계가 필요하고 각 단계는 수일에서 수개월이 소요되기도 한다. 하지만 실제 차량의 축정렬 및 주행 조건에 따라 타이어의 접지가 불균일 하고 이는 하중의 균일분포에 좋지 않은 영향을 주게 된다. 이상마모가 발생하고 이에 대한 적절한 대처가 없는 경우(위치 교환/타이어 교환)이 없게 되면 타이어 마모가 급격이 진행되게 된다.

본 발명기술에 따르면 다수의 레이저 센서를 통해 얻게 되는 마모량과 타이어 부위별 이상마모 발생여부를 확인하여 사용자에게 이와 같은 정보를 실시간으로 가시화 시켜 적절한 시기에 타이어 위치교환을 할 수 있게 한다.

또한, 단품과 실차 차량의 상관성이 낮으며 이를 높이는 것은 현실적으로 매우 어려운 문제이므로 본원발명에서와 같이 실측을 통해 대응하는 것이 가장 효율적이며, 타이어의 관리에도 유리하다.

둘째, 이상신호 검출을 통한 타이어 사고를 방지한다.

실제 차량의 타이어 파손은 심각한 사고를 유발 할 수 있다. 현재 TPMS(타이어 압력 모니터링 시스템; tire pressure monitoring system)를 활용한 공기압과 운전자가 스스로 점검하는 방식으로 리스크를 감소시키고 있으나 사고가 발생하기 전에 타이어의 이상신호를 감지하는 것은 매우 어려운 일이다.

본 발명기술을 적용하는 경우 이미지 센서를 통해 타이어 주행시 발생하는 이상신호를 실시간으로 모니터링하며, 이상발생시 신속한 대처를 할 수 있게 할 수 있게 한다.

셋째, 스마트 폰을 활용한 모니터링 시스템과 유용한 기술데이터 축적하여 활용할 수 있다.

타이어 마모평가의 경우 타이어 비용뿐 아니라 시간 소요(1년)도 매우 크게 필요하다. 하지만 실차평가는 3~4회 정도 중간평가와 최종 마모 종료된 타이어에 대해서 분석할 수 있다. 또한 단품 타이어에 대한 분석과 더불어 차량 위치에 따른 마모도와 이에 따른 타 타이어의 마모에 미치는 교호작용에 대해 분석하는데 어려움이 있다.

본 발명의 기술을 적용하는 경우 사용자에게 실시간으로 차량에 부착된 타이어의 정보를 제공할 수 있고, 이에 관련된 정보를 정량적으로 축적할 수 있다. 이를 통해 기존에 비해 보다 세밀한 분석이 가능하며, IT정보와 연계하여 유용한 정보를 제공/축적 할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 플렉시블 프레임
110: 힌지
200: 레이저센서
300: 이미지센서
400: 제어장치
500: 발신안테나
600: 스마트디바이스

Claims

공기입 타이어 모니터링 시스템에 있어서,
차량에 설치하는 마운트부를 포함하며, 각도조절이 가능한 플렉시블 프레임(100);
상기 플렉시블 프레임(100)에 설치되며, 타이어의 마모에 따른 변위를 측정하기 위하여 발신부와 수신부가 포함된 레이저 변위 장치로서 분해능이 0.1mm 이하인 레이저센서(200);
상기 플렉시블 프레임(100)에 설치되며, 타이어의 이미지 검출이 가능한 CCD 이미지센서(300);
상기 플렉시블 프레임(100)에 설치되며, 상기 레이저센서(200) 및 이미지센서(300)에 의해 수집된 데이터를 처리하는 제어장치(400);
수집된 데이터를 전송하는 발신안테나(500); 및
상기 발신안테나(500)로부터 송신된 데이터를 수신하고 내부 알고리즘에 의해 시각적으로 처리하여 모니터링하는 스마트 디바이스(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어 모니터링 시스템.
제1항에 있어서,
상기 레이저센서(200)의 데이터 수집범위는 0.01~1mm인 것을 특징으로 하는 공기입 타이어 모니터링 시스템.
제1항에 있어서,
상기 CCD 이미지센서(300)는 타이어의 외곽라인을 검출하며,
상기 제어장치(400) 또는 스마트 디바이스(600)의 데이??처리부는 상기 이미지센서(300)에 의해 주행전과 주행중의 획득된 타이어 외곽라인의 차이를 비교하는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어 모니터링 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 공기입 타이어 모니터링 시스템을 이용한 공기입 타이어 모니터링 방법에 있어서,
상기 레이저 센서(200)에서 조사되는 레이저를 통해 타이어(1000)의 마모에 따른 변위(a)가 계측되는 단계(s100);
영상처리를 활용한 타이어 외곽선 처리를 통한 이상신호 검출 단계(s200); 및
산출된 변위(a) 데이터와 이상신호 데이터가 스마트폰(600)의 디스플레이를 통하여 모니터링되는 단계(s300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어 모니터링 방법.
제4항에 있어서,
상기 레이저 센서(200)에서 조사되는 레이저를 통해 타이어(1000)의 마모에 따른 변위(a)가 계측되는 단계(s100)는,
시간간격 샘플링타임(Sampling time) 설정단계(s110);
수신된 신호 정량화과정(Root Mean Square)단계(s120); 및
표준편차의 계산을 통하여 계측되는 데이터의 편차수준을 분석하는 단계(s130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어 모니터링 방법.
제5항에 있어서,
상기 시간간격 샘플링타임(Sampling time) 설정단계(s110)는, 5~25Hz의 주파수로 0.2~0.04초의 간격으로 설정되며, 1,000~10,000 회의 측정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어 모니터링 방법.
제5항에 있어서,
수신된 신호 정량화과정(Root Mean Square)단계(s120)는,

을 통해 정량화되며, 여기서, a는 변위, n은 데이터의 수인 것을 특징으로 하는 공기입 타이어 모니터링 방법.
제5항에 있어서,
상기 표준편차의 계산을 통하여 계측되는 데이터의 편차수준을 분석하는 단계(s130)는,

에 의해 연산되며, 여기서 xi는 데이터값, x_bar는 평균, N은 데이터수인 것을 특징으로 하는 공기입 타이어 모니터링 방법.
제4항에 있어서,
상기 영상처리를 활용한 타이어 외곽선 처리를 통한 이상신호 검출 단계(s200)는,
상기 이미지센서(300)에 의한 타이어 외곽라인 검출단계(s210);
검출된 외곽라인과 주행 중 변화화는 외곽라인의 차이를 대조하는 단계(s220); 및
정지시 타이어 외곽라인과 주행 중 외곽라인의 편차를 계측하는 단계(s230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어 모니터링 방법.
제4항에 있어서,
상기 산출된 변위(a) 데이터와 이상신호 데이터가 스마트폰(600)의 디스플레이를 통하여 모니터링되는 단계(s300)는;
수신모듈을 통해 산출된 변위(a) 데이터와 이상신호 데이터를 수신하는 단계(s310);
다수의 레이저 변위센서를 통해 계측된 위치별 변위량에 따른 마모량과 데이터베이스에 구축된 마모형태의 변위를 대조하여 매핑(mapping)하는 단계(s320); 및
하기의 식,
리스크(Risk) = σ_measure / (σ_high - σ_low) * 100 (%)
을 통해 이미지 센서에서 검출된 최외측 검출선과 주행 중 발생하는 검출선의 변위를 비교하여 리스크(Risk)를 산출하는 단계(s330);를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어 모니터링 방법.