KR102500500B1 - 차량의 공기압 모니터링 방법 및 그 시스템 - Google Patents

차량의 공기압 모니터링 방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 공기압 측정 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 공기압 측정 방법은 차량에 포함된 적어도 하나의 휠 속도 센서로부터 휠 속도를 수신하는 단계와 수신한 휠 속도를 기초로 타이어의 주파수 분석을 수행하는 단계와 주파수 분석 시 타이어의 휠 속도에 비례하도록 보정된 공진 주파수를 산출하는 단계와 보정된 공진 주파수를 기초로 타이어의 공기압을 추정하는 단계를 포함한다.

Description

차량의 공기압 모니터링 방법 및 그 시스템{TIRE PRESSURE MONITORING METHOD IN A VEHICLE AND SYSTEM THEREOF}
본 발명은 타이어 공기압 모니터링 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간접 타이어 모니터링 시스템에서 주파수 분석 신뢰도를 향상시킬 수 있는 타이어 공기압 모니터링 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량에 장착된 타이어의 공기 압력이 감소하는 것을 탐지하는 장치 및 방법은 크게 2개의 카테고리로 나눌 수 있는데, 하나는 직접 타이어 압력 모니터링 시스템(direct TPMS: direct Tire Pressure Monitoring System)이고, 또 하나는 간접 타이어 압력 모니터링 시스템(indirect TPMS: indirect Tire Pressure Monitoring System)이다.
직접 타이어 압력 모니터링 시스템 은 센서를 타이어에 장착하여 측정하는 방식이기에 정확한 압력을 측정할 수 있는 장점이 있는 반면에, 타이어에 장착되는 압력측정 센서 유니트와 통상 무선방식으로 측정값을 송신하기 위한 무선 유니트 등의 여러 구성요소로 이루어지기 때문에, 간접 타이어 압력 모니터링 시스템에 비하여 가격이 고가이며 또한 고장률이 높은 편이다.
반면에, 간접 타이어 압력 모니터링 시스템(iTPMS)은 차량에 장착되어 휠속을 측정하는 휠 속도 센서(wheel speed sensor)를 이용하여 공기압의 손실을 추정하는 방식이다. 간접 타이어 압력 모니터링 시스템은 직접 타이어 압력 모니터링 시스템에 비해 가격 경쟁력은 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이, 공진 주파수 추정 시 휠속에 따라 노이즈 발생으로 인한 편향성이 발생하여 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예는 간접 타이어 압력 모니터링 시스템에서 차속에 따라 발생하는 휠 속도 센서의 노이즈로 인하여 발생할 수 있는 공진 주파수 추정의 편향성을 보정하여 타이어 공기압 측정의 정확도를 높이고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차량에 포함된 적어도 하나의 휠 속도 센서로부터 휠 속도를 수신하는 단계;와 수신한 휠 속도를 기초로 타이어의 주파수 분석을 수행하는 단계;와 상기 주파수 분석 시 타이어의 휠 속도에 비례하도록 보정된 공진 주파수를 산출하는 단계;와 상기 보정된 공진 주파수를 기초로 타이어의 공기압을 추정하는 타이어 공기압 측정 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 공진 주파수 산출 시 칼만 필터에 따른 계수 추정 방법을 사용할 수 있다.
또한, 상기 칼만 필터에 따른 계수는 상기 타이어의 휠 속도에 비례하도록 보정될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 차량의 휠에 부착된 휠 스피드 센서로부터 휠 속도를 수신하는 통신부;와 상기 수신한 휠 속도를 기초로 휠 속도에 비례하도록 보정된 공진 주파수를산출하고, 보정된 공진 주파수를 기초로 타이어의 공기압을 추정하는 제어부;를 포함하는 타이어 공기압 측정 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 공진 주파수 산출 시 칼만 필터에 따른 계수 추정 방법을 사용할수 있다.
또한, 상기 칼만 필터에 따른 계수는 상기 타이어의 휠 속도에 비례하도록 보정될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 차속에 따라 발생하는 휠 속도 센서의 노이즈로 인하여 발생할 수 있는 공진 주파수 추정의 편향성을 보정하여 타이어 공기압 측정의 정확도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 타이어 공기압 측정 시스템의 공진 주파수 추정 시 속도에 따른 공진 주파수 편향성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 타이어 공기압 측정 시스템을 포함한 차량에 포함된 각종 전자 장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 타이어 공기압 측정 시스템의 블록도이다.
도 4는 시간에 따라 추정된 공진 주파수를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
먼저, 도 1은 종래 타이어 공기압 측정 시스템이 공진 주파수 추정 시 속도에 따른 공진 주파수 편향성을 나타낸 그래프이다.
먼저, (a)는 타이어의 공기압이 정상일 때, 타이어의 공진 주파수 부근(30~60hz)의 휠 속도를 FFT(Fast Fourier Transform)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 속도 증가 시 공진 주파수를 중심으로 편향성이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
(b)는 타이어의 공기압이 감소된 경우에 타이어의 공진 주파수 부근(30~60hz)의 휠 속도를 FFT(Fast Fourier Transform)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 속도 증가 시 공진 주파수를 중심으로 우측 영역이 좌측 영역에비하여 증가한 것을 확인할 수 있었다.
이는 타이어 공기압 측정 시 WSA(wheel spectrum analysis) 알고리즘을 적용하게 되는데, WSA 알고리즘이란, 휠 속도 값으로부터 칼만 필터(Kalman filter)를 통하여 타이어 공기압 측정을 위한 2차 방정식의 계수를 추정하여 타이어의 공진 주파수를 추정하는 방법을 말한다.
다만, 종래의 WSA 알고리즘 적용 시 차량의 속도가 증가하면서 휠 속도 센서의 노이즈 영향이 커져, BPF 중심부로부터 추정한 공진주파수가 편향되는 결과가 나타났다.
이에 본 발명에 따른 타이어 공기압 측정 시스템은 속도 증가에 따른 노이즈 영향을 보상하기 위한 방정식을 포함하는 것으로, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 타이어 공기압 측정 시스템을 포함한 차량에 포함된 각종 전자 장치를 도시한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 타이어 공기압 측정 시스템의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 차량(1)은 AVN (Audio/Video/Navigation) 장치(110), 입출력 제어 시스템(120), 엔진 제어 시스템(Engine Management System, EMS) (130), 변속 제어 시스템(Transmission Management System: TMS) (140), 제동 제어 장치(brake-by-wire) (150), 조향 제어 장치(steering-by-wire) (160), 타이어 모니터링 시스템(170) 및 기타 센서부(200) 등을 포함할 수 있다.
다만, 도 2에 도시된 전자 장치(100)는 차량(1)에 포함된 전자 장치의 일부에 불과하며 차량(1)에는 더욱 다양한 전자 장치가 마련될 수 있다.
또한, 차량(1) 포함된 각종 전자 장치(100)는 차량 통신 네트워크(NT)를 통하여 서로 통신할 수 있다.
차량 통신 네트워크(NT)는 최대 24.5Mbps(Mega-bits per second)의 통신 속도를 갖는 모스트(MOST, Media Oriented Systems Transport), 최대 10Mbpas의 통신 속도를 갖는 플렉스레이(FlexRay), 125kbps(kilo-bits per second) 내지 1Mbps의 통신 속도를 갖는 캔(CAN, Controller Area Network), 20kbps의 통신 속도를 갖는 린(LIN, Local Interconnect Network) 등의 통신 규약을 채용할 수 있다. 이와 같은 차량 통신 네트워크(NT)는 모스트, 플레스레이, 캔, 린 등 단일의 통신 규약을 채용할 수 있을 뿐만 아니라, 복수의 통신 규약을 채용할 수도 있다.
AVN 장치(110)는 운전자의 제어 명령에 따라 음악 또는 영상을 출력하는 장치이다. 구체적으로, AVN 장치(110)는 운전자의 제어 명령에 따라 음악 또는 동영상을 재생하거나 타이어 모니터링 시스템(170)으로부터 타이어의 상태를 운전자에게 경고할 수 있다.
이러한 AVN 장치(110)는 AVN 디스플레이(미도시)를 포함할 수 있으며, AVN 디스플레이(미도시)는 운전자의 터치 입력을 수신할 수 있는 터치 감지 디스플레이(예를 들어, 터치 스크린)을 채용할 수 있다.
또한, AVN 디스플레이는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 패널 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 패널 등을 채용할 수 있다.
입출력 제어 시스템(120)은 버튼을 통한 운전자의 제어 명령을 수신하고, 운전자의 제어 명령에 대응하는 정보를 표시한다. 입출력 제어 시스템(120)는 대시 보드에 마련되어 영상을 표시하는 클러스터 디스플레이(미도시), 영상을 윈드 스크린에 투영하는 헤드업 디스플레이(미도시) 및 스티어링 휠에 설치되는 휠 버튼 모듈을 포함할 수 있다.
엔진 제어 시스템(130)는 연료분사 제어, 연비 피드백 제어, 희박 연소 제어, 점화 시기 제어 및 공회전수 제어 등을 수행한다. 이러한 엔진 제어 시스템(130)은 단일의 장치일 수 있을 뿐만 아니라, 통신을 통하여 연결된 복수의 장치들일 수도 있다.
변속 제어 시스템(140)는 변속점 제어, 댐퍼 클러치 제어, 마찰 클러치 온/오프 시의 압력 제어 및 변속 중 엔진 토크 제어 등을 수행한다. 이러한 변속 제어 시스템(140)은 단일의 장치일 수 있을 뿐만 아니라, 통신을 통하여 연결된 복수의 장치들일 수도 있다.
제동 제어 장치(150)는 차량(1)의 제동을 제어할 수 있으며, 대표적으로 안티락 브레이크 시스템(Anti-lock Brake System, ABS) 등을 포함할 수 있다.
조향 제어 장치(160)는 저속 주행 또는 주차 시에는 조향력을 감소시키고 고속 주행 시에는 조향력을 증가시킴으로써 운전자의 조향 조작을 보조한다.
기타 센서부(200)는 차량(1)에 포함되어 차량의 주행 정보를 감지하기 위하여 휠 속도 센서(201) 등을 포함할 수 있다.
구체적으로, 휠 속도 센서(201)는 차량의 휠의 안쪽에 설치되어 차량 바퀴의 회전 속도를 검출하며, 측정한 차속 값을 네트워크(NT)를 통하여 타이어 공기압 측정 시스템(170)으로 전송할 수 있다. 따라서, 휠 속도 센서(201)는 차량의 각 휠(FL,FR, RL, RR)의 안쪽에 설치된다.
타이어 공기압 측정 시스템(170)은 휠 속도 센서(201)로부터 수신한 휠 속도값을 기초로 WSA 알고리즘을 통하여 공진 주파수를 추정하고, 추정된 공진 주파수를 기초로 공기압을 측정할 수 있다.
이러한 타이어 공기압 측정 시스템(170)의 구성 및 동작에 대해서는 아래에서 자세하게 설명한다.
타이어 공기압 측정 시스템(170)은 도 3에 도시된 바와 같이, 통신부(10), 전자 제어 유닛(40) 및 경고부(70)를 포함한다.
통신부(10)는 차량 통신 네트워크(NT)와 연결되어 차량(1) 내부의 각종 전자 장치(100)로부터 송신된 통신 신호를 수신하고, 차량 통신 네트워크(NT)를 통하여 차량(1) 내부의 각종 전자 장치(100)로 통신 신호를 송신한다. 여기서, 통신 신호는 차량 통신 네트워크(NT)를 통하여 송수신되는 신호를 의미하는 것으로, 휠 속도 센서(201)에서 측정한 차량의 휠속값을 수신할 수 있다.
다음으로 전자 제어 유닛(40)은 본 발명에 따른 타이어 공기압 측정 시스템(170)을 총괄적으로 제어한다.
구체적으로, 전자 제어 유닛(40)은 휠 속도 센서(201)로부터 수신한 휠 속도를 기초로 칼만 필터(Kalman Filter)를 통하여 타이어 공기압 측정을 위한 2차 방정식의 계수를 추정하여 타이어의 공진 주파수를 추정한다.
다만, 도 1 에서 살펴본 바와 같이, 차속 증가 시 발생하는 노이즈 영향을 보상하기 위하여 칼만 필터 설계값인 Q(센서 노이즈 공분산) 값이 아래의 <식 1>에서와 같이 속도에 따라 증가하도록 설계되어있다.
<식 1>
Figure 112022102272428-pat00001
이 때, Qk(v)는 차속에 따라 보상되는 칼만 필터의 설계값인 Q 값을 의미하고, Qkinit는 칼만 필터의 최초 설계값, Kv는 칼만 필터 상수 및 V는 휠 속도 센서(201)에서 측정한 차속을 의미한다.
즉, <식 1>에 따른 차속을 고려하여 칼만 필터를 통하여 공진 주파수를 추정함에 따라 노이즈 발생으로 인한 편향성을 감소시킬 수 있는 것으로, 도 4는 본 발명에 따른 타이어 공기압 측정 시스템(170) 동작 시 시간에 따라 획득한 공진 주파수를 나타낸 그래프이다.
다만, 본 발명에 따른 센서 노이즈 공분산(Q)값이 차속의 세제곱에 비례하여 증가하는 것으로 설정되었으나, 이는 휠 속도 증가에 따른 노이즈 편향성을 감소시키기 위하여 설정한 것에 불과하여, 차속에 따라 Q 값이 증가하는 형태의 수식이면 가능할 수 있다.
구체적으로, (a)그래프는 정상 공기압일 때, 종래의 공기압 측정 방법에 따라 추정된 공진 주파수이고, (b)그래프는 정상 공기압일 때, 본 발명에 따른 타이어 공기압 측정 시스템(170)을 통하여 추정한 공진 주파수를 나타낸 그래프이다.
(a)그래프와 (b)그래프를 비교할 때, 본 발명에 따른 차량의 타이어 공기압 측정 방법을 통하여 공진 주파수 추정 시 노이즈가 감소된 것을 알 수 있다.
다음으로, (c)그래프는 공기압이 20% 정도 감소된 경우에, 종래의 공기압 측정 방법에 따라 추정된 공진 주파수이고, (d) 그래프는 공기압이 20% 감소된 경우에 본 발명에 따른 타이어 공기압 측정 시스템(170)을 통하여 추정한 공진 주파수를 나타낸 그래프이다.
(c)그래프와 (d)그래프를 비교할 때, 본 발명에 따른 차량의 타이어 공기압 측정 방법을 통하여 공진 주파수 추정 시 노이즈가 현저하게 감소된 것을 알 수 있다.
다음으로 메모리(60)는 타이어 공기압 측정 시스템(170)의 프로그램 및 데이터를 기억한다.
구체적으로, 메모리(60)은 S램(S-RAM), D램(D-RAM) 등의 휘발성 메모리뿐만 아니라 플래시 메모리, 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read OnlyMemory: EEPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
비휘발성 메모리는 차량의 타이어 공기압 측정 시스템(170)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 반 영구적으로 저장할 수 있으며, 휘발성 메모리는 비휘발성 메모리로부터 제어 프로그램 및 제어 데이터를 불러와 임시로 기억하고, 통신부(10)로부터 획득한 각종 센서 정보 및 메인 프로세서에서 출력하는 각종 제어 신호를 임시로 저장할 수 있다.
경고부(70)는 본 발명에 따른 타이어 공기압 측정 시스템(170)의 전자 제어 유닛(40) 내 처리에 의하여 공기압이 감소된 것으로 판단되면, 이를 사용자에게 경고한다.
이상에서는 개시된 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 개시된 발명으로부터 개별적으로 이해될 수 없다.
1 : 차량
170: 타이어 공기압 측정 시스템

Claims (6)

  1. 차량에 포함된 적어도 하나의 휠 속도 센서로부터 휠 속도를 수신하는 단계;
    수신한 휠 속도를 기초로 타이어의 주파수 분석을 수행하는 단계;
    상기 주파수 분석 시 타이어의 휠 속도에 비례하도록 보정된 공진 주파수를 산출하는 단계;
    상기 보정된 공진 주파수를 기초로 타이어의 공기압을 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 공진 주파수 산출 시 칼만 필터에 따른 계수 추정 방법을 사용하는 타이어 공기압 측정 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 칼만 필터에 따른 계수는 상기 타이어의 휠 속도에 비례하도록 보정되는 타이어 공기압 측정 방법.
  4. 차량의 휠에 부착된 휠 스피드 센서로부터 휠 속도를 수신하는 통신부;
    상기 수신한 휠 속도를 기초로 휠 속도에 비례하도록 보정된 공진 주파수를산출하고, 보정된 공진 주파수를 기초로 타이어의 공기압을 추정하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 공진 주파수 산출 시 칼만 필터에 따른 계수 추정 방법을 사용하는 타이어 공기압 측정 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 칼만 필터에 따른 계수는 상기 타이어의 휠 속도에 비례하도록 보정되는 타이어 공기압 측정 시스템.
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