KR20010048466A - 타이어의 주행상태를 탐지하는 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주행중인 타이어의 상태를 운전자가 용이하게 감지식별할 수 있게 함으로써 보다 안정된 운전을 할 수 있게 하는 타이어의 주행상태를 탐지하는 측정장치에 관한 것이다.

종래 휠의 스티어링각을 측정하기 위한 기술로써, 앤코더가 내장된 스트어링 미터를 장착하여 핸들의 회전각을 측정하고, 이를 스티어링 비(steering ratio)로 나누어 계산 하였다.

하지만 핸들에서 휠까지 전달되는 부위에는 스티어링 콤플리언스로 인해 휠의 회전 없이도 핸들이 좌우로 회전하게 되며, 특히 타이어가 울퉁불퉁한 노면 주행시 핸들과 무관하게 휠이 회전하는 량에 대한 측정이 어렵운 문제점이 있었던 바, 본 발명은 타이어가 장착된 휠의 내측에 센서가 감지할 수 있는 소재를 부착하고, 차체의 하단부에 센서를 부착하여 거리를 측정하여 휠의 스티어링각, 캠버각, 수직 운동과 같은 타이어/휠의 주행 상태를 탐지하고 이를 디스플레이시킬 수 있게 구성함으로써, 주행중인 차량에서 타이어가 장착된 휠의 거동을 분석하므로써 타이어의 주행상태를 알 수 있다. 측정된 결과를 차량 내부에 설치한 모니터에 display하여 운전자가 항상 타이어의 주행 상태를 관찰하므로써 타이어 펑크 또는 공기압 저하 등과 같은 사고를 미리 예방할 수 있는 효과가 있는 것임.

Description

타이어의 주행상태를 탐지하는 측정장치 {Running situation checking instrument for tire}

본 발명은 타이어의 주행상태를 탐지하는 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주행중인 타이어의 상태를 운전자가 용이하게 감지식별할 수 있게 함으로써 보다 안정된 운전을 할 수 있게 하는 타이어의 주행상태를 탐지하는 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 주행중인 타이어, 휠의 상태를 나타내는 인자는 휠의 스티어링각, 캠버각, 휠의 상하진동 등이 있다.

여기서 휠의 스티어링각과 캠버각은 차량의 조정 안정성 분석에 있어 매우 중요한 정보를 제공해 주는 것이다.

휠의 스트어링각은 차량의 핸드링 방향과 타이어가 장착된 휠의 주행방향과의 차이이며, 캠버각은 휠이 지면에 대해서 수직으로 얼마 만큼 기울어져 있는가를 나타내는 것이다.

휠의 스트어링각과 캠버각의 변화는 타이어의 구동, 제동력, 코너링포스, 셀프얼라이먼트 등에 상당히 많은 영향을 미치므로 직접적으로 차량의 조종 안정성능에 연관된다고 할 수 있다.

따라서 이와 같은 횔의 스티어링각과 캠버각을 정확하게 측정하는 것은 차량의 성능 해석 뿐만 아니라 타이어 고성능 개발에 있어 매우 중요한 정보로 이용될 수 있다.

종래 휠의 스티어링각을 측정하기 위한 기술로써, 앤코더가 내장된 스트어링 미터를 장착하여 핸들의 회전각을 측정하고, 이를 스티어링 비(steering ratio)로 나누어 계산 하였다.

하지만 핸들에서 휠까지 전달되는 부위에는 스티어링 콤플리언스로 인해 휠의 회전 없이도 핸들이 좌우로 회전하게 되며, 특히 타이어가 울퉁불퉁한 노면 주행시 핸들과 무관하게 휠이 회전하는 량에 대한 측정이 어렵게 된다.

또한 핸들부위에 특별한 장치가 부착되어 운전상의 불편함과 장착이 용이하지 않은 문제점이 있는 것이다.

또한 주행중인 차량에서 휠의 캠버각을 특정하기 위해서는 휠 벡터센서와 같은 특수장비를 이용하여 측정가능 하나 장비가 상당히 고가이며 장착하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 타이어 휠의 내측에 자성체 또는 레이저 센서가 감지할 수 있는 소재를 부착하고 차체 하단부에 이를 감지하는 센서를 설치하여 구성된다.

센서에서 초음파 또는 레이저빔을 발사하여 센서에서 휠까지의 거리를 구하고, 몇 가지의 수학적 식을 이용하여 휠의 스티어링각과 캠버각, 타이어 휠의 주행상태에 대한 정보를 얻을 수 있게 구성되는 것이다.

도 1 은 본 발명의 타이어 주행상태를 측정장치를 도시한 설명도

도 2 는 본 발명의 주행상태 계산과정을 도시한 계통도

도 3 은 본 발명의 측정위치를 도시한 타이어의 측면도

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

첨부된 도면 도 1 은 본 발명의 측정장치를 도시한 사시도 이다.

도 1 에 도시되는 바와 같이, 타이어는 휠에 장착되어 서스펜션에 의해서 차량의 바디에 연결되어 있다.

차량에 장착된 타이어의 주행상태를 측정하기 위하여는 먼저 차체에 센서를 설치한다.

차체에 부착설치된 센서에 의해 타이어가 장착된 휠의 6개지점까지의 거리를 측정한다.

여기서 센서는 휠의 내측에 설치된 자성체 또는 레이저센서의 위치를 감지하게 된다.

이와 같이 측정된 결과를 이용하여 타이어 휠의 주행상태를 나타내는 휠의 스티어링각과 캠버각을 구하는 알고리즘에 대하여 설명하면 다음과 같다.

우선 타이어가 장작된 휠의 중앙부에 XYZ 좌표계와 차체에 부착된 센서가 부착된 위치에 X_bY_bZ_b좌표계를 설정하였다. 여기서 공간상의 XYZ 와 X_bY_bZ_b좌표계의 원점을 각각 0와 0_b로 나타내었다. 초음파 또는 laser 센서는 휠에 미리 지정된 지점 P1-P6에 발사하여 반사 되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리 L1-L6를 구하게 된다.

그림 1과 같은 시스템에서 이미 알고 있는 변수드을 다음과 같이 정리하였다.

1. X_bY_bZ_b좌표계의 원점 : 0_b

2. XYZ 좌표계에 대한 휠의 자세 : P1, P2, P3, P4, P5, P6

3. 센서에서 휠 까지의 거리 : L1, L2, L3, L4, L5, L6

차체에 대한 타이어/휠의 주행 정보를 구하기 위해서는 X_bY_bZ_b좌표계에 대한 XYZ 의 관계를 알면 된다.

이를 위해서는 문헌에 잘 나와 있는 바와 같이, XYZ 좌표계의 원점 0와 Euler 인자를 구하면 쉽게 해결 된다. 따라서 구해야 될 변수들을 정리하여 나타내면 다음과 같이 된다.

1. XYZ 좌표계의 원점 : 0 = {x, y, z}

2. Euler 인자 :_e0,_e1,_e2,_e3

여기서라는 구속 조건을 이용하면 미지수는 총 6개로 줄어 든다. 따라서 위의 미지수 6개를 구하기 위해서는 총 6개의 구속 방정식이 필요하게 된다.

이와 같은 6개의 구속 방정식은 센서에서 휠 까지의 거리 : L1, L2, L3, L4, L5, L6 을 이용하여 다음과 같이 얻을수 있다.

구속조건 :, i = 1,2,3,4,5,6 (1)

여기서(i=1, ...., 6)는 X_bY_bZ_b좌표계에 대한 P1-P6의 위치로 Euler 식으로 부터 다음과 같이 나타낼수 있다.

, i = 1, 2, 3, 4, 5, 6 (2)

[A]=2

식(2)의를 식(1)에 대입하여 어섯개의 비선형 방정식을 풀어 해를 구하게 되면 위의 미지수를 구하게 되어 X_bY_bZ_b좌표계에 대한 XYZ의 관계를 알 수 있다.

마지막으로 X_bY_bZ_b좌표계에 대한 XYZ의 정보로부터 타이어/휠의 주행 정보를 구하는 방법에 대해서 알아 본다.

XYZ 좌표계에서 휠 평면에 수직인 백터(normal vector) N = {0,1,0}을 X_bY_bZ_b좌표계로 mapping 시키면 다음과 같이 된다.

N'=[A] N

={ x_by_bz_b} (3)

위의 식(3)으로부터 타이어/휠의 주행 정보를 나타내는 휠의 steer 각(δ)와 camber 각(γ)를 다음과 같이 구하게 된다.

휠 steer 각 :(4)

휠 camber 각 :(5)

위와 같은 타이어/휠의 주행 정보를 구하기 위한 위의 모든 계산은 그림2와 같이 컴퓨터에 의해서 이루어 진다. 연산 과정이 기억된 룸(rom)에 어드레싱(adressing)하여 센서에 의해서 측정된 거리 L(i-1,....,6), 데이터가 입력되면 자동으로 처리 하게 된다. 또한 계산된 결과가 차내의 화면에 출력되어 운전자가 타이어의 주행 상태를 항상 관찰할 수 있도록 할 수 있다.

지금까지 설명한 본 발명에서는 자동차 휠의 내측에 센서가 인식할 수 있는 소재를 부착하고 차체에 센서를 장착하여 타이어/휠의 주행상태에 대한 정보를 얻으므로 기존의 방법보다 구조가 상당히 간단한 것을 알 수 있다.

또한 휠의 회전량을 직접 측정하므로 steering system의 compliance에서 발생하는 량도 정확하게 측정할 수 있고 , 차량 외부에 센서가 부착 되므로 운전자의 운전에 전혀 불편을 주지 않는 장점이 있다.

본 발명은 전술한 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다

본 기술을 적용함으로써 얻어지는 효과를 다음과 같이 기술 한다.

1. 주행중인 차량에서 타이어가 장착된 휠의 거동을 분석하므로써 타이어의 주행상태를 알 수 있다. 측정된 결과를 차량 내부에 설치한 모니터에 display하여 운전자가 항상 타이어의 주행 상태를 관찰하므로써 타이어 punk또는 공기압 저하 등과 같은 사고를 미리 예방할 수 있다.

2. 차량운동에 직접 영향을 미치는 타이어의 steer 각과 camber각에 대한 data를 추출하여 타이어/차량 성능 분석에 효과적으로 사용할 수 있다.

3. 본 시스템에서는 휠의 상하방향진동에 관련된 데이타도 측정가능하기 때문에 노면의 울퉁불퉁한 정보를 예측 가능하여, 이 정보를 active suspension 제어에 활용할 수 있다.

Claims (5)

1. 타이어가 장착된 휠의 내측에 센서가 감지할 수 있는 소재를 부착하고, 차체의 하단부에 센서를 부착하여 거리를 측정하여 휠의 스티어링각, 캠버각, 수직 운동과 같은 타이어/휠의 주행 상태를 탐지하고 이를 디스플레이시키는 것을 특징으로 하는 타이어의 주행상태를 탐지하는 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서, 휠의 내측에는 여섯개 이상의 위치를 미리 설정하고, 차체 하단부에 고정된 센서에서 이 위치까지의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 타이어의 주행상태를 탐지하는 측정장치.
3. 제 2 항에 있어서, 센서에 의해서 측정된 여섯개의 거리 정보로부터 휠의 스티어링각, 캠버각을 계산하는 알고리즘으로 이루어지는 타이어의 주행상태를 탐지하는 측정장치.
4. 제 1항에 있어서, 휠의 내측에 3개의 위치를 정확히 설정하고 차체 하단부에 고정된 센서에서 이세점 까지의 거리를 측정하여 타이어/휠의 주행 상태를 인식할 수 있게 하며, 휠 중앙부에서 이 세점까지의 거리 d1,d2,d3에 대한 구속 조건으로부터

   구속조건 :, i=1,2,3

   식을 구하고 식(1)의 3개 구속조건을 구하여 총6개의 식을 이용하여 비선형 방정식의 해를 구하여 휠의 센터점과 euler 인자를 구하여 타이어/휠의 주행 상태를 구하는 것을 특징으로 하는 타이어의 주행상태를 탐지하는 측정장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 방법으로 추출된 타이어/휠의 주행 상태에 대한 정보를 운전자에게 알려 차량 성능 분석과 공기압 누출 또는 펑크를 경고하는 디스플레이 시스템을 가지는 것을 특징으로 하는 타이어의 주행상태를 탐지하는 측정장치.