KR19990088470A - 진행중차량의진동특성치및차량특성치를결정하기위한방법및장치그리고그것의용도 - Google Patents

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Abstract

주행 중인 차량의 진동특성치 및 차량특성치를 결정하기 위한 방법 및 장치와 그 용도에 관한 것이다. 종래의 방법 및 장치의 경우에는 종축 주위의 회전속도가 결정된다. 이를 사용하여 차량의 전복을 검출한다. 회전속도의 정도는 안전장치가 작동될 것인지 아닌지를 결정한다. 본 발명에 따른 방법 및 장치의 경우에는 고유진동의 시간적 경과, 따라서 고유진동수 또는 주기가 회전속도센서 및 시간계측기를 이용하여 검출된다. 이 방법 및 장치는 주행 중인 차량, 특히 화물차의 질량결정에도 적합하고 그리고 전복 확률을 계산하는데 적합하며, 따라서 전복을 방지하기 위한 즉각적인 조치가 취하여질 수 있게 된다.

Description

진행 중 차량의 진동특성치 및 차량특성치를 결정하기 위한 방법 및 장치 그리고 그것의 용도 {METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINATION OF THE OSCILLATION- AND VEHICLE-CHARACTERISTIC VALUES OF THE VEHICLE DURING THE DRIVING AND THEIR USE}
본 발명은 진행 중 차량의 진동특성치 및 차량특성치를 결정하기 위한 방법 및 장치 그리고 그것의 용도에 관한 것이다.
자동차의 경사각 및 기울기각도를 측정하는 여러 가지 장치가 이미 공지되어 있다.
예를 들면 독일 특허 공개 공보 DE 42 17 247 A1에는 차량 경사에 대한 검사시스템이 공개되어 있으며, 이 시스템은 적재면의 불규칙적인 재하로 인한 차량의 전복을 방지한다. 계측기가 수직방향에 대하여 차량의 길이방향 및 횡방향 경사를 검출한다. 그 측정치는 전기적 회로에서 추가적으로 가공처리되고 차량의 경사는 크기 및 방향의 형태로 표시장치를 통하여 디스플레이된다. 덧붙여서, 가속도력을 결정하기 위한, 특히 차량 안정성에 대하여 결정적인 횡방향 가속도의 결정을 위한 계측장치가 사용될 수 있다. 여기에서 상기 계측기는 원심력진자로서 작용한다.
그러나, 이 때 진자로써는 기울기경사가 측정될 수 없다는 문제점이 존재한다. 진자는 겉보기 중량을 측정하고, 또한 이 겉보기 중량은 예컨대 곡선주행에 의해 영향을 받게 된다.
각속도, 특별하게로는 자동차 종축 주위의 회전속도를 검출하는 특히 회전센서, 편주센서와 같은 또 다른 장치가 공지되어 있다.
이들은 전복센서로서 설치되고, 이들이 최대값에 도달하는 경우에 안전시스템 특히 롤 바아(Roll Bar) 또는 에어 백(Air Bag)을 작동시킨다. 여기에서, 기판에 걸려 탄성을 받으며 가속작용으로 인해 외측으로 휘어지는 지진학적인 질량체를 구비한 콜리올리-회전수단센서와, 이 뿐만 아니라 콜리올리-가속도의 검출을 위한 평가수단을 공개하고 있는 독일 특허 공개 공보 DE 195 00 800 A1이 제시될 수도 있다.
이와 같은 시스템에서는 각속도 만이 검출되고, 따라서 경사축 주위의 원주속도 만이 검출되는 단점이 있다. 경계치를 초과하는 경우에 안전시스템의 해제가 이루어진다. 운전자는 전복사고에 대한 위험을 즉시에 경고받지 못한다. 이러한 시스템으로써 운전자가 능동적으로 차량의 전복을 저지시킬 수 없거나 또는 위험한 적재상태에 대해 운전자가 경고를 받을 수 없게 된다.
또한 이런 종류의 시스템으로써는 차량의 질량 측정도 이루어질 수 없게 된다.
이러한 이유로 본 발명은, 진동특성치 및 차량특성치의 결정을 위한 것으로서 상기 단점을 방지하는 방법 및 장치를 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 화물차(LKW; Lastkraftwagen)의 측면도이고,
도 2는 종축 주위의 진동을 도시한 도면이고, 그리고
도 3은 자동차의 진동 다이아그램이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 종축 3: 화물차
4: 장치 5: 전복센서, 센서
6: 시간계측기 7: 평가장치
fn: 고유진동수 Tn: 주기
이들 목적은 본 발명에 따라 특허청구범위 제 1항의 특징에 의해 해결된다. 이와 함께 주행 중인 차량의 고유진동의 시간적 경과, 특히 고유진동수 및 주기가 측정된다. 이로써 차량의 질량 또는 차량의 기울기 경사와 같은 진동특성치 및 차량특성치가 명확하게 계산되고 그리고 전복 위험도 신뢰성 있게 평가될 수 있다. 하나의 센서에 대해 적어도 2개의 절대적 또는 상대적 진폭값이 검출되고 시간계측기로써 그 사이의 시간 경과가 측정되고, 그리고 평가장치에서 고유진동의 시간적 경과가 계산됨으로써, 고유진동의 시간적 경과가 결정된다.
본 발명에 따르면, 차량의 고유진동의 시간적 경과를 알고 있는 경우에, 개별적 상태의 측정에 대한 비교시에 소정의 파라미터 예컨대 질량과 같은 파라미터에 대하여 근본적으로 더 많은 정보가 만들어질 수 있고 그리고 차량의 다른 특성도 평가될 수 있다는 장점이 있다. 진동수 및 주기와 같은 시간적 값을 측정하는 경우에 적어도 근사적 방법으로 장래의 값을 예측하는 것이 가능하다. 순수한 진폭 측정에서는 이러한 경우에 해당하는 것이 없다.
다른 바람직한 개선예가 종속항으로부터 얻어진다. 여기에서 고유진동의 시간적 경과의 도움을 받아서 주행 중인 차량의 질량이 결정된다. 또한 차량이 전복될 지 또는 전복되지 않을지에 대한 적시의 경고가 이루어질 수 있다. 즉, 다시 말해서 아직은 전복을 방지할 대책을 세울 충분한 시간이 남아 있게 된다.
이하에서, 본 발명은 도면과 관련된 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 화물차(LKW; Lastkraftwagen)의 측면도이고, 도 2는 종축 주위의 진동을 도시한 도면이고, 그리고 도 3은 자동차의 진동 다이아그램이다.
도 1은 화물차(3)의 측면도를 도시하고 있다. 이 그림에는 화물차(3)의 종축(1)이 도시되어 있다. 화물차(3)가 주행하는 경우에 상기 종축(1) 주위에서 진동이 일어나고, 그 진동은 상기 도면에서 화살표(2)로써 나타나 있다. 고유진동의 진동수, 즉 고유진동수(fn)는 샤시스프링의 토션바아강성(DT)과, 타이어와, 그리고 관성모멘트에 의존한다. 이것은 쇽 업저버 및 도로 상태에 의존하지는 않는다. 이 고유진동은 각각의 차량에 있어서 고유한 특성이다. 고유진동수(fn)는 또한 경사진동수로 불리우고, 이를 구비한 속도는 진동으로 진행되며 경사속도로 불리운다. 경사속도를 알고 있거나 뿐만 아니라 앞서 사전에 계산할 수 있다면, 이로써 후술하는 바와 같이 전복 확률에 대한 정보를 접할 수 있게 된다.
또한 고유진동수는 자동차의 관성모멘트(I)에 의존한다.
다음의 식이 성립한다.
이들 면적관성모멘트(I)는 질량(m) 및 중심점의 위치에 의해 결정된다. 그러나, 이는 중심점이 화물적재 상태와 독립하여 변하지 않는다는 전제 조건하에서 유효하다. 여기에서 화물차의 경우에 이를 위하여 제공되는 적재규정이 이들 기본적 전제조건을 보증하기 위하여 존재한다. 이로써, 좋치 않은 적재 때문에 보다 큰 질량이 있는 것으로 보여지고 전복 확률도 올라가는 것이 방지된다. 이들 자동차에는 화물차의 고유진동의 시간적 경과를 결정하기 위한 장치(4)가 제공된다. 그 내부에는 차량이 뒤집혀지는 차량 전도의 경우에 롤 바아(Roll Bar)를 작동시키기 위하여 예컨대 카브리오레츠(Cabriolets)에서 사용되는 것과 같은 통상의 전복센서(5)가 포함되어 있다. 이런 종류의 전복센서(5)는 신호, 특히 속도를 계속하여 검출하는데, 따라서 진동의 경우에는 진폭에 종속되기 때문에 끈임없이 변화하는 모멘트 값 만을 계속하여 검출한다. 상기 장치(4)에는 시간계측기(6) 및 평가장치(7)가 추가적으로 포함되며, 이를 사용하여 고유진동의 시간적 경과를 특성화시키는 주기, 진동수 또는 다른 값들이 조사된다. 시간계측기(6)는 전복센서(5)에서 검출되는 2개의 사건 사이의 시간을 측정한다. 또한 종축(1) 주위의 진동의 제로 크로스, 최대 신호, 부호 변화 또는 전복센서(5)로부터의 다른 임의의 값들이 포함되든지 상관없다. 따라서 2점 사이가 주기의 일부분 또는 몇 배에 놓이게 되는지를 아는 것 만이 중요하다. 2개의 제로 크로스 또는 2개의 부호 변화 사이의 시간이 측정되면 이들 시간은 반(1/2) 주기와 일치하게 된다. 그러나, 2개의 최대값 또는 2개의 최소값 사이의 시간이 측정되면 이들 시간은 완전한 한 주기에 해당하게 된다. 이러한 상태가 도 3에 상세하게 도시되어 있다. 계속하여 검출되는 값으로부터 평가장치에서 고유진동의 예측가능한 경과가 예측된다. 이를 통하여, 전복 가능성에 대한 정보가 즉시에 예보될 수 있다. 운전자에게는 목전에 다가온 차량의 전복에 대비할 충분한 시간이 있게 된다. 검출된 고유진동수(fn) 또는 이에 비례하는 다른 값(주기, 등) 및 이미 알고 있는 토션 바아의 강성으로부터 주행 중인 차량의 질량(m)이 계산될 수 있다.
다음의 식이 성립한다.
예컨대 편주속도센서 및 회전속도센서와 같은 최근의 센서는 아주 정확하고 또한 아주 작은 움직임도 측정한다. 고유진동수는 외부의 자극에 독립하고 그리고 따라서 정규의 운전 작동에서의 작은 회전의 경우에 질량을 결정하기 위하여 참조될 수 있다. 고유진동수는 각인된 값을 나타내고 단지 질량에 대해서만 변화될 수 있기 때문에, 최소의 자극의 경우에도 결정은 이미 가능하게 된다.
이 방법을 사용하면 또한 트레일러 또는 연결된 시스템에서 고유진동수의 시간적 경과를 검출할 수 있다.
예컨대 더블 트레인의 경우 트랙터 보다는 세미트레일러에 센서가 부착되는 것이 좋은데, 이는 트랙터가 항상 세미트레일러를 바꿀 수 있기 때문이다.
센서는 항상 차량의 제작에 동조되어야 있는데, 즉 다시 말하면, 만일 2개의 상이한 화물차가 있다면 센서 또한 이에 맞추어져야 한다.
도 2는 정면에서의 종축의 진동을 보여준다. 진동의 신호(2)는 표현상의 이유로 과장되게 그려져 있다. 일반적으로 눈으로는 차량의 고유진동이 보이지 않는다. 그렇지만 회전속도센서는 아주 작은 신호, 경우에 따라서는 운동의 각속도와 같은 신호들을 아주 정확하게 수집하고, 따라서 도 1에 도시된 바와 같이 평가장치에서 시간계측기를 사용하여 고유진동수가 결정될 수 있도록 한다.
도 3은 종축(1) 주위의 진동의 시간적 경과를 보여준다. 여기에 묘사된 다이아그램은 완전한 진동 경과를 보여주고, 그 각 시점에서 진폭값이 부가되어 있다. 그렇지만 각각의 값들 쌍(시간/진폭)은 개별적으로 측정될 필요가 없다. 단지 소수의 현저한 점에서 측정하는 것으로 충분하다. 따라서, 종축(1) 주위의 진동의 제로 크로스, 최대 신호(Min, Max), 부호 변화(N) 또는 전복센서(5)로부터의 다른 임의의 값(W)들이 포함되든지 상관없다. 따라서, 단지 2점 사이가 주기의 일부분 또는 몇 배에 놓이게 되는지를 아는 것 만이 중요하다. 예컨대 2개의 제로 크로스(N) 사이의 시간이 측정되면 이것은 반 주기와 일치하게 된다. 그러나, 예컨대 2개의 최대값(Max) 또는 2개의 최소값(Min) 사이의 시간이 측정되면 이들 시간은 완전한 한 주기에 상응하게 된다. 이와 동시에 회전속도센서는 각속도(ω)를 검출한다. 검출된 각속도(ω)는 진동의 진폭값으로서 제공된다. 각속도가 0(영)의 값을 가지면, 차량은 진동의 최외측 신호 상태에 있고 운동은 역회전되거나 또는 시스템이 정지하게 된다. 첫번째 경우에는 양 사건 사이의 시간이 Δt1으로 측정된다. 이 시간 Δt1은 주기(T1)의 반(1/2)에 상응한다. 주기(T1)의 역수는 구하여지는 고유진동수(f1)가 된다. 그러면, 고유진동수로부터, 이미 앞서 설명한 바와 같이, 관성모멘트와 그리고 이로부터 질량(m1)이 계산된다. 각속도 및 진폭값은 서로 반비례한다. 지속시간(A) 동안 고유진동의 시간경과가 예측할 수 있게 된다. 지속시간(B) 동안에 차량이 멈추어 있다. 어떠한 신호도 존재하지 않는다. 진동정지의 경과는 도면에 도시되지 않았다. 진동은 급작스럽게 단절되지 않을 뿐만 아니라 통상의 경우 진동은 천천히 정지한다. 비록 표현되지는 않았지만, 지능적인 평가장치의 경우에는 이들 사건이 시스템에 의해 식별된다. 지속시간(C) 동안에 주기(T2) 및 이로써 고유진동수(f2)가 시간편(A)에 비하여 변화한 것을 발견할 수 있다. 토션바아강성(DT)이 상수인 가정하에서, 이런 변화는 다른 관성모멘트(I)에 의해 초래된다는 사실은 상기 가정에 근거를 두고 있다. 질량이나 중심점이 변화하는 경우 다시금 관성모멘트의 변화가 일어난다. 적재규정이 지켜지면 중심점이 변화하지 않게 된다는 것이 보증된다. 이는 질량이 정확하게 결정될 수 있는 필수조건이 된다. 시간(C) 동안에 변화된 진동수(f2)는 보다 높은 탑재에 의해 초래된다. 적재규정이 지켜지고 중심점이 변화하지 않으면, 토션바아강성을 알고 있는 경우에는 주행하는 동안의 차량 질량(m2)이 결정될 수 있다. 고유진동수는 도로상태에 의존하지 않는다. 시간(C) 동안의 보다 긴 주기(T2)에 의해, 전복 확률이 상승하고, 진동은 보다 오랫동안 지속하고, 이로써 더욱 장거리를 여행하고, 경우에 따라서는 진폭도 커지게 된다. 여기에 있어 최대 진폭을 알거나 측정하는 것이 꼭 필요하지는 않게 된다. 또한 시간(C) 동안 진동의 진행과정 뿐만 아니라 진동정지의 진행과정도 함께 고려되지 않을 것이다. 그러나 이들은 지능형 평가장치를 사용하여 수집될 수 있고 그리고 계산시에 함께 고려될 수 있다. 고유진동특성과 진동정지특성은 또한 미래의 전복위험을 계산하는데 소용되고 그리고 이를 위하여 평가시스템에 의해 이용될 것이다.
도 1에서 설명된 평가장치에 이와 같은 곡선들이 전체적으로 또는 부분적으로 저장될 수 있다. 각각의 차량에 대하여 완전히 결정된 질량을 사용하거나 경우에 따라서는 알고 있는 토션바아강성을 사용하여, 특히 진동수와 진폭 사이의 소정의 관계에 의해 특징지워지는 가능한 곡선의 수가 제한된다. 진폭이 소정 값을 넘어서거나, 경우에 따라서는 진동수가 소정 값에 미달하면 차량이 진동하게 된다.
본 발명에 따르면, 평가장치에서 고유진동의 경과가 예측될 수 있으며, 또한 이를 통하여 차량의 전복 가능성에 대한 정보가 운전자에게 즉시에 예보될 수 있다. 물론, 운전자에게는 목전에 다가온 차량의 전복에 대비할 충분한 시간이 있게 된다. 그리고 본 발명에 따르면, 일정한 고유진동수(fn) 또는 이에 비례하는 다른 값(주기 등) 및 이미 알고있는 토션 바아의 강성으로부터 차량의 질량(m)이 계산될 수도 있다.

Claims (6)

  1. 진동특성치 및 차량특성치, 특히 종방향 관성모멘트(I)와, 질량(m)과, 그리고 차량의 경사각과 같은 특성치를 결정하는 방법으로서,
    주행 중인 차량의 종축(1) 주위의 고유진동의 시간적 경과, 특히 고유진동수(fn) 및 주기(Tn)와 같은 시간적 경과를 검출하여 상기 특성치를 결정하는 방법.
  2. 제 1항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치(4)로서,
    적어도 하나의 절대적/상대적 진폭값, 특히 영점, 최대/최소값 또는 부호변화를 검출하는 센서(5)와,
    2개의 특히 동일한 진폭값 사이의 시간을 측정하는 시간계측기(6)와, 그리고
    고유진동의 시간적 경과를 계산하기 위한 평가장치(7)를 포함하는 장치(4).
  3. 제 1항에 있어서,
    적어도 2개의 고정된 절대적/상대적 진폭값, 특히 영점 또는 부호변화, 최대값(Max) 또는 최소값(Min)이 검출되고, 2개의 특히 동일한 진폭값(ω) 사이의 시간이 측정되고, 그리고 이로부터 시간적 경과가 계산되는 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    절대적/상대적 진폭값 또는 부호변화를 검출하는 상기 센서(5)가 회전속도센서, 특히 편주속도센서 또는 롤링속도센서를 포함하는 장치.
  5. 제 2항에 따른 장치(4)의 주행 중인 차량, 특히 화물차의 질량(m)을 결정하기 위한 용도로서,
    진동의 시간적 경과, 특히 고유진동수(fn) 또는 주기(Tn) 및 차량의 토션바아강성으로부터 질량이 계산되는 주행 중인 차량, 특히 화물차의 질량을 결정하기 위한 용도.
  6. 제 2항에 따른 장치(4)의 차량, 특히 화물차의 전복 위험을 측정하기 위한 용도로서,
    운전자에게 전복에 대처할 수 있는 충분한 시간이 남아 있도록, 진동의 시간적 경과에 대하여, 특히 주기(Tn) 또는 고유진동수(fn)의 정도에 대하여 전복 위험이 계산되거나 또는 평가되는 차량, 특히 화물차의 전복 위험을 측정하기 위한 용도.
KR1019990018409A 1998-05-22 1999-05-21 주행 중 차량의 진동 특성치 및 차량 특성치를 결정하기 위한 방법 및 장치 KR100602389B1 (ko)

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