KR20020079973A - 차량의 하중 상태 평가를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 차량 중량에 비례하는 변수를 측정하며 이 변수를 나타내는 신호(Si, Sa)를 발생시키는 적어도 하나의 센서 장치(10), 및 측정된 변수를 나타내는 신호(Si, Sa)를 처리하며, 이 처리의 결과에 따라서 차량의 하중 상태를 평가하는 평가 장치(14)를 포함하는, 적어도 하나의 휠(12)을 통한 차량의 하중 상태의 평가를 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명에서는 이 센서 장치(10)는 적어도 하나의 휠(12)에 배치된 휠 힘 센서 장치(10)이며, 이 휠 힘 센서 장치는 주로 노면과 휠 접촉면 사이에 작용하는, 각 휠(12)의 휠 접촉력을 차량 중량에 비례하는 변수로서 측정한다. 이외에도 본 발명은 상응하는 방법에 관한 것이다.

Description

차량의 하중 상태 평가를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING THE LOAD STATE OF A MOTOR VEHICLE}

일반적으로 차량에는 최대 하중 또는 최대 총중량이 설정되어 있는데, 이 값을 초과하는 경우 해당 차량의 운전 허가가 취소된다. 적재 중량 초과 시 차량의 운전에 중요한 장치에 결함이 발생할 수 있기 때문에 최대 하중 또는 최대 총중량은 교통 안전을 보장하는 기능을 한다. 이외에도 하중에 따라 차량의 주행 양상이 변화한다. 허용 기준을 초과하지 않은 하중이 적재된 차량의 경우 충분히 제어될 수 있는 주행 거동도 허용되지 않는 하중이 적재된 차량의 경우에는 사고를 야기시킬 수 있다.

허용 총중량의 초과 자체만이 위험한 것이 아니라, 허용 총중량이 초과되지 않는 허용되지 않는 루프 적재(roof load)도 위험 요소로 작용한다. 이런 루프 적재로 인해 차량의 무게 중심이 노면으로부터 이격되므로, 이 차량은, 예를 들어 곡선 구간 주행 시 전복될 수 있다.

따라서 하중 상태의 측정은 교통 안전의 보장과 관련해 중요한 의미를 갖는다. 자신의 차량에 아무 것도 적재하지 않은 운전자는 아무런 걱정을 할 필요가 없겠지만, 일반적으로 상용차의 경우나 승용차를 통한 운반 시 차량 운전자가 자신의 차량의 하중을 정확하게 파악할 수 없는 상황이 충분히 발생할 수 있다.

상용차에 적용되는 종래 기술에서는 상용차의 공압 스프링 시스템 내의 압력 센서를 통해 각각의 상용차 중량을 측정하는 시스템이 알려져 있다.

하지만 이 장치의 단점은 공압 스프링 시스템이 장착된 차량에만 이 장치가 적용될 수 있으며, 대부분의 승용차에는 적용될 수 없다는 것이다. 이외에도, 예를 들어 가스에 미치는 온도 영향 또는 노화에 기인한 영향이 발생하므로 가스 압력을 통해 차량 중량을 계산하는 이러한 방법은 매우 부정확할 수 있다.

바람직하게 투입될 수 있는 센서와 관련해 다수의 타이어 제작사들이 차세대 타이어로서 소위 지능형 타이어를 투입할 것이라는 사실이 알려져 있다. 이런 타이어의 경우 새로운 센서 및 평가 장치가 직접 타이어에 장착될 수 있다. 이런 종류의 타이어의 투입은 예를 들어 주행 방향의 횡방향 및 종방향으로 타이어에 발생하는 토오크의 측정, 타이어 압력의 측정 또는 타이어 온도의 측정과 같은 추가적인 기능을 허용한다. 이런 맥락에서 예를 들어, 바람직하게는 원주 방향으로 진행되는 전계선을 갖는 자화된 면 또는 밴드를 각 타이어에 장착하는 것이 가능하다. 자화는 예를 들어 구간별로 항상 동일한 방향을 갖지만, 극이 교차되는 형태로 이루어질 수 있다. 자화된 밴드는 림 플랜지 및 타이어 접촉면 근처에 장착되는 것이 바람직하다. 따라서 센서는 휠 속도로 회전한다. 이에 상응하게 변환기는 차체에 견고하게 부착되도록 회전 방향이 서로 다른 두 개 또는 복수의 지점에 고정되는 것이 바람직하며, 이러한 변환기는 회전축을 기준으로 서로 다른 방사상의 간격을 갖는다. 이로 인해 내측 측정 신호와 외측 측정 신호를 얻을 수 있다. 따라서 타이어의 회전은 원주 방향에서의 측정 신호 또는 측정 신호들의 변화하는 극성을 통해 감지될 수 있다. 내측 측정 신호 및 외측 측정 신호의 크기 및 시간적 변화를 근거로 예를 들어 휠 속도가 결정될 수 있다. 이외에도 측정 신호를 근거로 타이어의 변형 및 타이어와 노면 사이에 작용하는 하중을 결정할 수 있다.

또한 센서를 휠 베어링에 배치하는 것도 이미 제안된 바 있는데, 이 경우 휠 베어링의 회전하는 부분뿐만 아니라 정지된 부분에도 센서가 배치될 수 있다. 예를 들어 이 센서는 마이크로 스위치 어레이 형태의 마이크로 스위치로서 실현될 수 있다. 휠 베어링의 가동 부품에 부착된 센서를 통해, 예를 들어 휠의 하중 및 가속도 또는 회전수가 측정된다. 이런 데이터는 전자적으로 기억된 기본 패턴 또는 유사한 데이터 또는 휠 베어링의 고정 부품에 부착되어 있는 유사한 마이크로 센서와 비교된다.

본 발명은 적어도 하나의 휠을 통해 차량의 하중 상태를 평가하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 이 시스템에는 차량 중량에 비례하는 변수를 측정하여, 이 변수를 나타내는 신호를 발생시키는 센서 장치 및 측정된 변수를 나타내는 신호를 처리하여 처리의 결과에 따라서 차량의 하중 상태를 평가하는 평가 장치가 포함된다.

또한 본 발명은 바람직하게는 본 발명에 따른 시스템을 실행하기 위하여, 적어도 하나의 휠을 통해 차량의 하중 상태를 평가하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 방법에는 차량 중량에 비례하는 변수의 측정 단계, 측정된 변수의 처리 단계 및 처리의 결과에 따라서 차량의 하중 상태를 평가하는 단계가 포함된다.

도1은 본 발명에 따른 시스템에 대한 블록 선도이다.

도2는 차량의 과적 상태를 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법에 대한 흐름도이다.

도3은 차량의 위험한 루프 하중을 결정하기 위한 본 발명에 따른 대안적 또는 추가적 방법에 대한 흐름도이다.

도4는 타이어 측벽 센서가 장착된 타이어에 대한 부분 단면도이다.

도5는 도3에 도시된 타이어 측벽 센서의 예제적 신호 진행의 그래프이다.

본 발명에 따른 시스템은 센서 장치가 적어도 하나의 휠에 배치된 휠 힘 센서 장치인 것을 특징으로 하며, 이런 휠 힘 센서 장치는 주로 노면과 휠 접촉면 사이에 작용하는 각각의 휠의 휠 접촉력을 차량 중량에 비례하는 변수로서 측정한다. 휠 접촉면에 대해 수직으로 작용하는 힘 요소인 휠 접촉력의 측정을 통해 차량 중량이 직접, 즉 가스 압력에 대한 다른 환산과정 없이, 정확하게 측정될 수 있다. 한편으로는 허용 총중량의 초과 여부가 측정될 수 있고, 다른 한편으로는 차량의 공차 중량이 상당히 초과되는 경우 노면으로부터의 무게 중심 이동 및 허용되지 않는 루프 적재가 감지될 수 있다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에서는 사전에 설정된 차량 중량 임계값이 초과되면, 감지된 적재 하중이 차량의 트렁크가 아닌 차량의 루프에 적재되어 있을 경우 주행 운전이 허용되지 않는다는 것이 출력 장치를 통해 운전자에게 통보된다. 또한 본 발명의 다른 실시예에서는, 운전자가 입력 장치를 통해 차량에서의 적재 위치를 입력할 수 있어, 시스템은 측정된 차량 중량을 근거로 하여, 적재 상태의 평가 기준으로 작용하는 사전에 설정된 제1 차량 중량 임계값과 비교를 통해 차량 총중량 초과 여부를 결정하거나, 운전자의 입력값을 고려하여 경우에 따라서는 제2 차량 중량 임계값과의 비교를 통해 허용 루프 하중의 초과 여부를 결정할 수 있다.

원칙적으로 본 발명에 따른 시스템의 경우 단지 하나의 휠에 휠 힘 센서 장치를 장착하는 것으로 충분한데, 그 이유는 각 휠 접촉면에 대한 차량 전체 중량의 분포는 대개 차량 형태에 따라 사전에 알려지기 때문이다. 하지만 차량의 횡방향으로 서로 대향하는 적어도 두 개의 휠, 바람직하게는 차량의 모든 휠에 각각 휠힘 센서 장치가 배치될 경우 차량 중량이 더욱 정확하게 측정될 수 있다.

차량의 각 휠에 하나의 센서 장치가 장착된 경우에는 적재되지 않은 상태에서 각 휠의 측정된 휠 접촉력의 변화를 근거로 하중이 트렁크에 적재되었는지 또는 루프에 적재되었는지를 확인할 수 있는데, 그 이유는 하중의 상이한 적재 위치로 인해 동일한 적재 중량에서도 휠 접촉력이 상이하게 변하기 때문이다.

휠 힘 센서 장치로서 바람직하게는 타이어 센서 장치 및/또는 휠 베어링 센서 장치가 사용될 수 있다. 이 센서 장치들은 한편으로는, 측정 위치가 측정된 힘의 위치와 매우 정확하게 일치하므로, 특별한 장애 영향 없이 휠 접촉력을 정확하게 측정할 수 있다는 장점을 가지며, 다른 한편으로는 이 센서 장치를 통해 휠 접촉력 이외에도 휠 회전수 및 차량 속도를 측정할 수 있다는 이점이 있다. 이외에도 모든 휠, 즉 구동 휠 및 비구동 휠에 이런 센서 장치가 배치된 경우에는 예를 들어 차량의 우측 휠과 좌측 휠 사이의 회전수 차이 또는 휠 슬립과 같은, 차량의 다른 특징적 변수로 측정될 수 있다.

우측 및 좌측 휠의 휠 회전수를 측정함으로써 이미 곡선 구간에서의 주행 양상을 예측할 수 있음에도 불구하고, 이 시스템은 대안적 또는 추가적으로 정확도 개선을 위해 조향 센서 장치를 포함할 수 있는데, 이런 조향 센서 장치는 조향 핸들의 동작 상태, 바람직하게는 조향 핸들 각도 및/또는 조향 각도를 측정할 수 있다.

변수의 시간적 변화를 더욱 정확하게 결정하기 위해서는 이 시스템에 시간 결정 장치가 포함되는 것이 바람직하다. 시간 결정 장치가 바람직하기는 하지만반드시 시계일 필요는 없다는 것은 이미 전문가들에게는 알려진 사실이다. 시간 진행 상태를 결정할 수 있는 장치는 필수적이지는 않지만 더욱 유용하게 사용할 수 있는 장치이다. 예를 들어 시간은 차량의 속도와 주행된 거리를 통해 계산될 수 있다.

변수의 시간적 변화를 결정하기 위해서는 이 시스템에 기억 장치가 포함되는 것이 바람직하다. 이 기억 장치에서는 적어도 하나의 측정된 휠 접촉력 및/또는 적어도 하나의 측정된 회전수 및/또는 측정된 핸들 각도 및/또는 조향 각도 및/또는 측정 시점이 기억될 수 있다.

예를 들어, 평가 장치는 적어도 하나의 휠 접촉력의 시간적 변화 및 조향 속도의 시간적 변화를 결정할 수 있으며 이러한 결정 결과에 따라서 하중 상태를 평가할 수 있다. 이것은 차량의 동적 주행 양상에 따른 하중 상태의 평가를 의미하는데, 이것을 통해 중량이 매우 정확하게 평가될 뿐 아니라 하중의 적재 위치와 관련된 평가도 가능한데, 그 이유는 주행 거동이 노면 상부의 차량 무게 중심의 위치에 따라 영향을 받기 때문이다.

이런 방식으로 본 발명에 따른 평가 장치는 차량 주행 거동을 근거로 적어도 근사하게나마 차량의 중량 분포, 바람직하게는 차량의 질량 관성 모멘트를 결정할 수 있다.

이외에도 이 평가 장치는 본 발명에 따라서 바람직하게는 비구동 휠의 휠 회전수 및 요잉율(yaw rate)을 근거로 차량의 횡방향 가속도를 결정할 수 있다. 횡방향 가속도 및 평가된 차량 하중을 근거로 차량의 경사 각도를 결정할 수 있다.

평가 장치가 노면으로부터의 차량 무게 중심의 높이를 결정하여 결정된 결과에 따라서 하중 상태를 평가하는 경우 이 경사 각도는 더욱 정확하게 예측될 수 있다. 차량 무게 중심의 높이는 예를 들어 특성 곡선을 통해 결정될 수 있는데, 이 특성 곡선은 기억 장치에 기억될 수 있으며, 적어도 하나의 휠의 측정된 휠 접촉력의 시간적 변화와 조향 속도 및 노면에서부터의 차량 무게 중심의 높이에 대한 시간적 변화 사이의 상관 관계를 나타낸다.

이외에도 평가 장치는 자신에게 제공되는 데이터를 근거로 현재 차량에 의해 주행된 곡선 구간의 곡률 반경을 결정할 수 있다. 가속도 및 곡률 반경의 결정 방식에 대해서는 아래에서 상세히 설명된다.

차량의 교통 안전은 하중 상태에 대한 평가를 통해서만이 아니라, 평가된 하중 상태에 따라서 평가 장치에 의해 조절 신호가 발생되므로 더욱 개선될 수 있다. 이 경우 시스템에는 조절 신호에 따라서 차량의 작동 상태에 영향을 미치는 조절 장치가 포함된다.

이 조절 신호에는, 예를 들어 하중 상태를 근거로 결정 가능한 최대 허용 횡방향 가속도 및/또는 최대 허용 곡선 구간 속도가 포함된다. 이 조절 신호는 횡방향 가속도 및/또는 곡선 구간 속도를 상응하는 최대값으로 제한하는 기능을 하며 이로서 차량의 전복을 방지한다. 차량의 운전 상태 간섭 유형으로는, 예를 들어 엔진 출력의 변경 및/또는 차량의 적어도 하나의 휠에 대한 제동 압력의 변경을 들 수 있다. 본 발명에서 엔진 성능은 점화 시점의 조절 및/또는 스로틀 밸브의 조절 및/또는 스로틀 밸브의 위치 변경 및/또는 연료 분사량의 변경을 통해 이루어질 수있다. 평가 장치 및/또는 조절 장치가 예를 들어 ABS(안티 로크 브레이크 시스템; Anti-Lock Brake System) 또는 ASR(가속 미끄러짐 제어; Acceleration Skid Control) 또는 ESP(차체 안정화 프로그램; Electronic Stability Program) 시스템과 같은 차량의 주행 거동의 제어 및/또는 조절을 위한 장치에 포함되는 경우, 본 발명에 따른 시스템은 최소의 부품 개수로 실현될 수 있다. 여기에는 평가 장치 및/또는 조절 장치가 전술된 이런 시스템의 일부인 경우도 포함된다.

달리 표현하자면, 본 발명은 적어도 하나의 타이어 및/또는 휠을 통한 차량의 주행 거동의 제어 및/또는 조절을 위한 시스템에 관한 것이다. 타이어 및/또는 휠, 특히 휠 베어링에는 힘 센서가 장착되어 있으며, 힘 센서의 출력 신호에 따라서 차량의 곡선 구간 속도 및/또는 횡방향 가속도가 제한된다. 또한 힘 센서의 출력 신호에 따라서 차량 질량 또는 차량 질량 분포를 나타내는 질량 값이 결정될 수 있으며, 이 질량 값에 따라서 차량의 곡선 구간 속도 및/또는 횡방향 가속도가 제한될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 측정 단계에서 주로 노면과 휠 접촉면 사이에 작용하는 적어도 하나의 휠의 휠 접촉력이 차량 중량에 비례하는 변수로서 측정되는 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명에 따른 시스템의 실행을 위해 적합한 본 발명에 따른 방법을 통해 본 발명에 따른 시스템의 이점들이 실현되므로, 본 방법에 보충적 설명과 관련해 이전의 시스템 설명을 참고할 수 있다.

이미 언급된 바와 같이, 적어도 하나의 휠에서 측정된 휠 접촉력을 근거로차량 중량이 결정되고 상응하는 임계값과 비교될 수 있다. 모든 휠에서 휠 접촉력을 측정하는 것이 바람직하다. 측정 결과를 근거로 차량에서의 적재 위치 뿐 아니라 적재 위치(루프 또는 트렁크)에 따라 허용되는 하중의 초과 여부도 확인될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 적어도 하나의 휠의 휠 회전수 측정, 및/또는 조향 핸들의 동작 상태, 바람직하게는 조향 핸들 각도 및/또는 조향 각도에 대한 측정 및/또는 시간 또는 이러한 시간과 연계된 변수의 측정이 측정 단계에서 이루어진다. 적어도 하나의 측정된 휠 접촉력의 시간적 변화 및 조향 속도의 시간적 변화에 대한 결정 결과에 따라서 하중 상태에 대한 평가가 이루어질 수 있다.

이런 방식을 결정 가능한 주행 거동을 근거로 이외에도 차량 중량 분포, 바람직하게는 차량의 질량 관성 모멘트가 결정될 수 있다.

허용되지 않는 루프 하중의 결정과 관련해 본 발명에 따른 방법에는 노면으로부터의 차량 무게 중심의 높이를 결정하는 단계가 포함되는 것이 바람직하다. 이 경우 하중 상태에 대한 평가는 이 결정의 결과에 따라서 이루어진다.

차량 무게 중심의 높이에 대한 결정은 전술된 바와 같이 예를 들어 적합한 특성 곡선을 통해 이루어질 수 있다.

이외에도 노면으로부터의 차량 무게 중심의 높이는 횡방향 가속도 및 적어도 하나의 휠 접촉력의 시간적 변화를 통해 결정될 수 있으므로, 본 발명에 따른 방법에는 횡방향 가속도 결정 단계가 포함되는 것이 바람직하다. 이 경우 차량 무게 중심의 높이는 지렛대 법칙을 통해 간단하게 결정될 수 있다.

위협적인 전복 또는 원심력에 대한 다른 기준은 주행 구간의 곡률 반경이다. 따라서 본 발명에 따른 방법에 곡률 반경 결정 단계가 포함되는 것이 바람직하다. 교통 안전을 제고하기 위해 이 방법은 대안적으로 또는 추가적으로, 바람직하게는 곡률 반경을 고려하여, 하중 상태의 평가 결과에 따라서 차량의 운전 상태에 영향을 미치는 단계가 포함된다.

이러한 영향을 미치는 단계의 범위 내에서 횡방향 가속도 및/또는 곡선 구간 속도가 상응하는 최대값으로 제한되고, 이런 방식으로 차량의 전복이 방지된다.

예를 들어 ABS 또는 ASR 또는 ESP 시스템과 같은 차량의 주행 거동의 제어 및/또는 조절을 위한 장치가 차량에 탑재된 경우에는, 차량의 추가적 부품 및 모듈의 수를 줄이기 위해 이러한 영향을 미치는 단계가 이런 장치에 의해 실행되는 것이 바람직하다.

다음에서는 해당 도면을 통해 본 발명에 대해 상세히 설명된다.

도1에는 본 발명에 따른 시스템의 블록 선도가 도시되어 있다. 센서 장치(10)는 타이어(12) 내에 배치되어 있는데, 여기에 이 타이어(12)는 차량의 복수의 타이어를 대표한다. 센서 장치(10)는, 측정값의 평가를 위한 장치(14)와 연결되어 있다. 센서 장치(10)는 센서 장치(10)의 신호 처리를 위한 평가 장치(14)와 연결되어 있다. 이 평가 장치(14)에는 저장을 위한 기억 장치(15)가 포함된다. 이외에도 평가 장치(14)는 조절 장치(16)와 연결되어 있다. 이 조절 장치(16)는 다시 휠(12)에 포함된다.

여기에 도시된 실시예의 경우 센서 장치(10)는 휠(12)의 휠 측력, 휠 접촉력, 휠 전후방향 힘 및 휠 회전수를 측정한다. 센서 장치에 의해 측정된 결과는 후속 처리를 위해 평가 장치(14)에 전달된다. 예를 들어 평가 장치(14) 내에서는 타이어의 측정된 변형을 근거로 휠 하중이 결정될 수 있는데, 이 결정은 기억 장치 내에 저장된 변형-휠 하중-특성 곡선을 통해 이루어진다.

평가 장치(14) 내에서는 각 휠의 휠 접촉력을 근거로 차량 중량 임계값과의 비교를 통해 차량 하중 상태에 대한 평가가 이루어진다.

평가된 하중 상태에 따라서 평가 장치(14)는 최대 곡선 구간 속도 및/또는 최대 횡방향 가속도를 결정한다. 현재의 곡선 구간 속도 및/또는 최대 횡방향 가속도를 최대 곡선 구간 속도 및/또는 최대 횡방향 가속도와의 비교를 통해 평가 장치(14)는 상응하는 조절 신호를 발생시킨다.

이 신호는 조절 장치(16)에 전달되므로, 이 신호에 따라서 차량의 운전 상태, 특히 휠(12)에 대한 영향이 이루어질 수 있다. 이러한 영향은 각각의 휠에 대한 제동 간섭, 엔진에서의 스로틀 밸브의 위치 변경, 연료 분사량, 분사 시간 및/또는 분사 기간의 변경, 분사 중단 및/또는 분사 시점의 변경을 통해 실현된다.

도2에는 본 발명에 따른 방법에 대한 실시예에 대한 흐름도가 도시되어 있다. 여기에서는 과적과 관련된 차량의 하중 상태가 평가되며, 평가 결과에 따라서 본 발명에 따른 시스템을 통한 안정화 조치가 이행된다. 각 단계의 의미는 다음과 같다.

S01: 각 타이어의 변형 측정.

S02: 측정된 변형을 근거로 노면 상에서의 각 타이어에 대한 접촉력 결정.

S03: 모든 휠의 휠 접촉력의 합을 근거로 차량의 적재 중량 결정.

S04: 차량에서의 적재 위치의 결정.

S05: 단계(S03)에서 결정된 적재 중량과 사전에 설정된 트렁크 하중 임계값과의 비교.

S06: 운전자에게 경고 신호 출력.

S07: 단계(S03)에서 결정된 적재 중량과 사전에 설정된 루프 하중 임계값과의 비교.

S08: 운전자에게 경고 신호 출력.

S09: 최대 허용 횡방향 가속도 결정.

S10: 현재의 실제-횡방향 가속도 결정.

S11: 현재의 실제-횡방향 가속도와 단계(S09)에서 결정된 최대 허용 횡방향가속도와의 비교.

S12: 현재 실제-횡방향 가속도를 최대 허용 횡방향 가속도로 운전 간섭하기에 적합한 조치의 결정 및 경우에 따라서는 이런 조치가 실행되는 휠의 결정.

S13: 조치의 실행.

도2에 도시된 공정 진행은 이런 방식 또는 이와 유사한 방식으로 전륜 구동 차량 또는 후륜 구동 차량에서도 적용될 수 있다. 단계(S01)에서는 타이어의 변형이 측정된다.

이 변형을 근거로 단계(S02)에서는 각 휠에 대한 휠 접촉력이 측정된다. 타이어 변형과 휠 접촉력 사이의 상관 관계를 나타내는 기억 장치에 기억된 특성 곡선을 통해 이 측정 과정이 진행된다. 이외에도 각 휠의 휠 회전수가 측정된다.

단계(S03)에서는 각 휠에서 측정된 휠 접촉력의 합을 근거로 차량의 적재 중량이 결정되고 단계(S04)에서는 적재 위치가 결정된다.

하중이 트렁크에 적재된 것으로 단계(S04)에서 확인되는 경우, 단계(S05)에서는 단계(S03)에서 결정된 적재 중량이 트렁크 하중 임계값과 비교된다. 사전에 설정된 트렁크 하중 임계값은 차량의 최대 허용 총중량, 이 값과 근사한 값, 또는 시험적으로 결정된 값일 수 있는데, 이런 시험적으로 결정된 값에서는 차량이 매우 쉽게 위험한 주행 거동도 전환될 수 있도록 차량의 주행 특성이 변할 수 있다. 이런 방식으로 차량의 과적이 인식될 수 있다. 트렁크 하중 임계값이 초과되는 경우에는 단계(S06)에서 상응하는 경고 신호가 운전자에게 출력된다.

이와는 달리 하중이 루프에 적재된 것으로 단계(S04)에서 확인되는 경우, 단계(S07)에서는 단계(S03)에서 측정된 적재 중량이 루프 하중 임계값과 비교된다. 사전에 설정된 루프 하중 임계값은 안전 기준 또는 위험 기준에 따라 제작사에 의해 지정될 수 있다. 이런 방식으로 차량의 루프에서의 과적이 인식될 수 있다. 루프 하중 임계값이 초과되는 경우에는 단계(S08)에서 상응하는 경고 신호가 운전자에게 출력된다.

이어지는 단계(S09)에서는 측정된 적재 중량의 고려 하에 최대 허용 횡방향 가속도가 계산되는데, 이 최대 허용 횡방향 가속도에서는 차량이 아직 안전하게 제어될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 방법에 대해 대안적으로 또는 추가적으로 최대 허용 횡방향 가속도 이외에 최대 곡선 구간 속도도 계산될 수 있음을 명확히 명시하는 바이다. 이 최대값 또는 이 최대값들은 이어지는 차량 상태 제어 과정에서 활용된다.

단계(S10)에서는 차량의 실제-횡방향 가속도가 결정된다. 이 실제-횡방향 가속도는 예를 들어 차량의 결정된 휠 회전수 및 요잉율을 통해 결정될 수 있다. 예를 들어 이와 관련된 계산식은 다음과 같다.

AY_B = ω·VMNA

여기에서 AY_B는 실제-횡방향 가속도, ω는 요잉율, VMNA는 비구동 휠의 평균 속도를 나타낸다. 차량의 요잉율(ω)는 예를 들어 특징적인 차량 치수 및 평균 차량 속도를 통해 다음과 같이 계산될 수 있다.

a) 후륜 구동 차량의 경우

여기에서,

b) 전륜 구동 차량의 경우

여기에서 c1 및 c2는 상수, DV_G는 상응하는 휠 회전수를 근거로 결정되는, 비구동 휠의 속도 편차, #RADSTAND는 차량 휠의 휠 상태, #SPURW는 트랙의 폭을 나타낸다.

단계(S11)에서는 실제-횡방향 가속도와 단계(S09)에서 결정된 최대 허용 횡방향 가속도의 비교가 이루어진다.

비교의 결과, 실제-횡방향 가속도가 최대 허용 횡방향 가속도를 초과하는 경우에는 이어지는 공정 단계에서는 차량 운전 상태에 대한 안정화 간섭이 이루어진다.

실제-횡방향 가속도를 최대 허용 횡방향 가속도로 제한하기 위해 단계(S12)에서는 적합한 조치가 결정된다. 속도 조절 장치를 통해 제동력이 추가적으로 가해져야 하는 휠이 우선적으로 선택될 수 있도록 이러한 단계가 진행될 수 있다. 그 다음 과정에서는 가해져야 하는 제동량이 계산된다.

최종적으로 단계(S13)에서는 단계(S12)에서 결정된 조치가, 예를 들어 유압 밸브에서 이루어지는 상응하는 조절 간섭을 통해 실행된다.

도3에서는 차량의 위험한 루프 하중을 결정하기 위한 방법 및 결정의 결과에 따라서 이행되는 차량의 운전 상태의 간섭에 대한 흐름도가 도시되어 있다. 이 공정 단계는 도2에서와는 달리 부호에 생략부호가 추가된다. 동일한 부호는 동일한 공정 단계를 나타낸다. 각 단계의 의미는 다음과 같다.

S01': 각 타이어의 변형 측정.

S02': 측정된 변형을 근거로 노면 상에서의 각 타이어에 대한 접촉력 측정.

S14': 단계(S02')에서 측정된 현재 휠 접촉력을 해당 측정 시점과 함께 기억.

S15': 핸들 각도의 측정.

S16': 단계(S15')에서 측정된 현재 휠 접촉력을 해당 측정 시점과 함께 기억.

S17': 모든 휠의 휠 접촉력에 대한 시간적 변화의 결정.

S18': 핸들 각도에 대한 시간적 변화의 결정.

S19': 모든 휠의 휠 접촉력의 시간적 변화 및 핸들 각도의 시간적 변화에 따른 특성 곡선을 통한 노면으로부터의 차량 무게 중심의 높이 결정.

S20': 단계(S19)에서 결정된 차량 무게 중심 높이와 사전에 설정된 무게 중심 임계값과의 비교.

S21': 운전자에게 경고 신호 출력.

S09': 최대 허용 횡방향 가속도 결정.

S10': 현재의 실제-횡방향 가속도 결정.

S11': 현재의 실제-횡방향 가속도와 단계(S09)에서 결정된 최대 허용 횡방향 가속도와의 비교.

S12': 현재 실제-횡방향 가속도를 최대 허용 횡방향 가속도로 운전 간섭하기에 적합한 조치의 결정 및 경우에 따라서는 이런 조치가 실행되는 휠의 결정.

S13': 조치의 실행

다음에서는 도2에 따른 공정 단계와 상이한 공정 단계에 대해서만 설명된다. 다음에 설명되지 않는 공정 단계와 관련해 도2의 설명을 참고한다.

단계(S14')에서는 단계(S12')에서 측정된 현재 휠 접촉력이 해당 측정 시점과 함께 기억되어, 이 기억된 값이 시간 변화의 차후 계산을 위해 제공된다.

단계(S15')에서는 조향 속도에 대한 정보를 얻기 위해, 즉 핸들 각도의 시간적 변화에 대한 정보를 얻기 위해 현재 핸들 각도가 결정된다. 핸들 각도 대신 조향 각도가 결정될 수도 있다. 휠 접촉력 및 조향 사이의 양호한 상관 관계를 파악하기 위해 핸들 각도는 가능한 한 휠 접촉력과 함께 측정되어야 한다.

단계(S16')에서는 단계(S14')에서의 휠 접촉력과 유사하게 단계(S02')에서 측정된 핸들 각도가 해당 측정 시점과 함께 기억된다. 기억 장치의 부하를 줄이기 위해 더 이상 필요하지 않은 오래된 값은 삭제될 수 있다.

다음 단계인 단계(S17')에서 모든 휠에 대한 휠 접촉력의 시간적 변화가 결정된다. 각 휠에 대한 시간적 변화는 후속 처리의 간소를 위해 단 하나의 변화 변수로서 요약된다.

또한 단계(S18')에서는 조향 각도의 시간적 변화가 결정된다.

그 다음 모든 휠에 대한 휠 접촉력의 시간적 변화 및 조향 각도의 시간적 변화에 따라 특성 곡선을 이용해 노면으로부터의 차량의 무게 중심의 높이가 결정된다. 단계(S20')에서는 단계(S19')에서 결정된 차량의 무게 중심 높이와 사전에 설정된 무게 중심 높이 임계값과의 비교를 통해 위험한 루프 적재와 관련된 차량의 하중 상태가 평가된다. 사전에 설정된 무게 중심 높이 임계값이 초과된 경우에는 단계(S21')에서 상응하는 경고 신호가 운전자에게 출력된다.

단계(S09')에서는 도2의 단계(S09)에서와 같이 최대 허용 횡방향 가속도가 결정되는데, 이 경우에는 단계(S19')에서 결정된 차량 무게 중심의 높이가 고려된다.

도1에는 소위 타이어 센서 장치/측벽 센서 장치(20, 22, 24, 26, 28, 30)가 포함되어 있는, 휠(12)에 조립된 타이어(32)의 부분단면도가 휠(12)의 회전축(D) 방향으로 도시되어 있다. 타이어 센서 장치/측벽 센서 장치(20)에는 회전 방향이 서로 다른 두 개의 점에서 차체에 견고하게 부착되도록 고정된 두 개의 센서 장치(20, 22)가 포함된다. 이외에도 센서 장치(20, 22)는 휠(32)의 회전축을 기준으로 서로 상이한 간격을 갖는다. 바람직하게는 원주 방향으로 진행되는 전계선(electric field line)을 갖는 변환기(24, 26, 28, 30)(밴드)로서 기능하는, 휠 회전축을 기준으로 주로 방사상 방향으로 진행되는 다수의 자화된 면 구조물이 휠(32)의 측벽에 부착되어 있다. 이 자화된 면의 자기 극성은 교차적으로 형성되어 있다.

도5에는, 내측의 신호(Si), 즉 휠(12)의 회전축(D)에 인접하게 배치된 도4에 따른 센서 장치(20)의 신호 및 외측의 신호(Sa), 즉 휠(12)의 회전축(D)에서 이격되게 배치된 도4에 따른 센서 장치(22)의 신호에 대한 진행 형태가 도시되어 있다. 타이어(32)의 회전은 측정 신호(Si, Sa)의 극성 변화를 통해 감지된다. 신호(Si, Sa)의 크기 및 시간적 변화를 통해, 예를 들어 휠 속도가 계산될 수 있다. 이 신호 사이의 위상 변위를 통해 타이어(32)의 비틀림이 결정될 수 있으며, 이로서 예를 들어 직접적인 휠 하중이 결정될 수 있다. 본 발명에서는, 도로(34) 상에서의 타이어(32)의 접촉력이 도4에 따라 측정될 수 있는 것이 바람직한데, 그 이유는 본 발명에 따라 이 접촉력을 근거로 차량의 휠의 상승 경향에 대한 추론이 가능하기 때문이다. 또한 휠 접촉력은 타이어가 정지된 상태에서 타이어 정보를 근거로 측정될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에 대한 기술은 단지 설명을 목적으로 하는 것으로서 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명에서는 발명의 범위 및 발명의 동등성을 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화 및 변형이 가능하다.

Claims (19)

1. - 차량 중량에 비례하는 변수를 측정하여 이 변수를 나타내는 신호(Si, Sa)를 발생시키는 적어도 하나의 센서 장치(10)와,

   - 측정된 변수를 나타내는 신호(Si, Sa)를 처리하여 처리의 결과에 따라서 차량의 하중 상태를 평가하는 평가 장치(14)를 포함하는, 적어도 하나의 휠(12)을 구비한 차량의 하중 상태의 평가를 위한 시스템에 있어서,

   센서 장치(10)는 적어도 하나의 휠(12)에 배치된 휠 힘 센서 장치(10)이고, 휠 힘 센서 장치는 주로 노면과 휠 접촉면 사이에 작용하는 각각의 휠(12)의 휠 접촉력을 차량 중량에 비례하는 변수로서 측정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
2. 제1항에 있어서, 차량의 횡방향으로 서로 대향하는 적어도 두 개의 휠(12), 바람직하게는 차량의 모든 휠(12)에, 각각 휠 힘 센서 장치(10)가 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 휠 힘 센서 장치(10)는 타이어 센서 장치(20, 22, 24, 26, 28, 30) 및/또는 휠 베어링 센서 장치인 것을 특징으로 하는 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 측정된 휠 접촉력및/또는 적어도 하나의 측정된 회전수 및/또는 측정된 핸들 각도 및/또는 조향 각도 및/또는 측정된 값에 할당된 측정 시점을 저장하기 위한 저장 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 평가 장치(14)는 적어도 하나의 측정된 휠 접촉력의 시간적 변화 및 조향 속도의 시간적 변화를 결정하며, 결정된 결과에 따라서 하중 상태를 평가하는 것을 특징으로 하는 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 평가 장치(14)는 노면으로부터의 차량 무게 중심의 높이를 결정하여 결정된 결과에 따라서 하중 상태를 평가하는 것을 특징으로 하는 시스템.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   - 평가 장치(14)는 평가된 하중 상태에 따라서 조절 신호를 발생시키고,

   - 시스템은 또한 조절 신호에 따라서 차량의 작동 상태에 영향을 미치는 조절 장치(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 조절 신호는 횡방향 가속도 및/또는 곡선 구간 속도를 상응하는 최대값으로 제한하는 것을 특징으로 하는 시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 평가 장치(14) 및/또는 조절 장치(16)는 예를 들어 ABS 또는 ASR 또는 ESP 시스템과 같은 차량의 주행 거동의 제어 및/또는 조절을 위한 장치에 배치되거나 그러한 장치인 것을 특징으로 하는 시스템.
10. 적어도 하나의 타이어 및/또는 휠(12)을 구비한 차량의 주행 거동의 제어 및/또는 조절을 위한 시스템이며, 타이어 및/또는 휠(12), 특히 휠 베어링에 힘 센서(20, 22)가 장착되어 있으며, 힘 센서(20, 22)의 출력 신호에 따라서 차량의 곡선 구간 속도 및/또는 횡방향 가속도가 제한되는 것을 특징으로 하는 시스템.
11. 제10항에 있어서, 힘 센서(20, 22)의 출력 신호(Si, Sa)에 따라서 차량 질량 또는 차량 질량 분포를 나타내는 질량 값이 결정되며, 이 질량 값에 따라서 차량의 곡선 구간 속도 및/또는 횡방향 가속도가 제한되는 것을 특징으로 하는 시스템.
12. 차량 중량에 비례하는 변수의 측정 단계(S01, S02, S01', S02')와, 측정된 변수를 처리하는 단계(S03, S04, S14' 내지 S19')와, 처리 결과에 따라서 차량의 하중 상태를 평가하는 단계(S05, S07, S20')를 포함하는, 적어도 하나의 휠(12)을 구비한 차량의 하중 상태를 평가하기 위한 방법에 있어서,

    측정 단계(S01, S02, S01', S02')에서 주로 노면과 휠 접촉면 사이에 작용하는 적어도 하나의 휠(12)의 휠 접촉력이 차량 중량에 비례하는 변수로서 측정되는것을 특징으로 하는 방법.
13. 제12항에 있어서,

    - 적어도 하나의 측정된 휠 접촉력의 시간적 변화를 결정하는 단계(S17')와,

    - 조향 속도의 시간적 변화를 결정하는 단계(S18')를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 노면으로부터의 차량 무게 중심의 높이를 결정하는 단계(S19')를 더 포함하며, 하중 상태에 대한 평가(S20')는 이 결정의 결과에 따라서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 차량의 횡방향 가속도를 결정하는 단계(S09, S10, S09', S10')를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 현재 차량이 주행하는 곡선 도로의 곡률 반경을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

    - 바람직하게는 곡률 반경을 고려하여, 하중 상태의 평가 결과에 따라서 차량의 운전 상태에 영향을 미치는 단계(S12, S13, S12', S13')를 더 포함하는 것을특징으로 하는 방법.
18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영향을 미치는 단계는 횡방향 가속도 및/또는 곡선 구간 속도를 상응하는 최대값으로 제한하는 단계(S12, S12')를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영향을 미치는 단계는 예를 들어 ABS 또는 ASR 또는 ESP 시스템과 같은 차량의 주행 거동의 제어 및/또는 조절을 위한 장치에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.