KR20050022933A - 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치 - Google Patents

차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 차량의 타이어에 설치되어 튜브리스 타이어 공기압을 측정하는 센서를 대신할 수 있으며, 더욱이 차속을 검출하는데도 사용될 수 있는 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치에 관한 것이다.
본 발명의 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치는, 타이어(10)의 내측표면에 설치되며 자력을 발생시키는 영구자석(20), 상기 영구자석(20)으로부터 일정거리 이격되어서 휠(12)의 중앙부를 관통하여 설치되는 코일(22), 상기 코일(22)을 휠(12)에 고정시키는 코일고정부(30), 상기 코일(22)에 발생되는 기전력에 의하여 온 작동되도록 연결되며 디스크(14)의 소정부위에 설치되는 발광부(24), 상기 발광부(24)로부터 일정거리 이격되어 차체에 고정되며 발광부(24)로부터 방사되는 광을 검출하는 수광부(26), 상기 수광부(26)로부터 입력되는 광검출신호를 이용하여 타이어압력과 차속을 산출하기 위한 ECU(28), 상기 ECU(28)의 제어신호에 따라서 타이어압력과 차속을 표시하는 표시부(32)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치{Device for measuring the tire air pressure and speed of car}
본 발명은 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 차량의 타이어에 설치되어 튜브리스 타이어 공기압을 측정하는 센서를 대신할 수 있으며, 더욱이 차속을 검출하는데도 사용될 수 있는 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치에 관한 것이다.
타이어 공기압은 차량의 주행에 매우 큰 영향을 끼치는 요소로서 적당한 압력은 차량의 주행성능과 내구성을 높여주는 효과가 있다. 이러한 타이어의 공기압을 운전자가 용이하게 인식할 수 있도록 하기 위하여 타이어에는 압력측정센서가 설치되어 있다. 상기 압력측정센서는 타이어의 내부와 연통되도록 구성된 스프링을 이용하여 타이어 공기압을 측정하고 있으며 측정된 타이어 공기압은 ECU에 입력되어서 처리된 후에 운전자가 인식할 수 있도록 표시된다. 한편, 차량주행의 또다른 요소인 차속을 검출하기 위하여 차속검출센서가 차량의 휠의 측면에 위치하는 디스크의 소정위치에 설치된다.
상기와 같은 센서들은 모두 차량의 주행에 필요한 정보를 제공하는 것이지만, 각각 별도의 센서로 제조되고 설치되기 때문에 생산현장에서의 차량작업공수가 증가하고 있다. 또한 센서 자체의 가격이 고가이기 때문에 제조원가의 상승요인이 되고 있는 형편이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 타이어에 설치되어 튜브리스 타이어 공기압을 측정하는 센서를 대신할 수 있으며, 더욱이 차속을 검출하는데도 사용될 수 있는 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 구조가 간단하고 타이어 공기압 측정센서와 차속센서를 겸용할 수 있으므로 차량작업공수가 감소하고 원가를 절감할 수 있는 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치는, 타이어의 내측표면에 설치되며 자력을 발생시키는 영구자석, 상기 영구자석으로부터 일정거리 이격되어서 휠의 중앙부를 관통하여 설치되는 코일, 상기 코일을 휠에 고정시키는 코일고정부, 상기 코일에 발생되는 기전력에 의하여 온 작동되도록 연결되며 디스크의 소정부위에 설치되는 발광부, 상기 발광부로부터 일정거리 이격되어 차체에 고정되며 발광부로부터 방사되는 광을 검출하는 수광부, 상기 수광부로부터 입력되는 광검출신호를 이용하여 타이어압력과 차속을 산출하기 위한 ECU, 상기 ECU의 제어신호에 따라서 타이어압력과 차속을 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 측정장치의 설치상태를 나타내는 개략적인 구성도이다. 본 발명에서는 종래 센서를 대신하여 영구자석과 상기 영구자석에 의하여 기전력이 발생되는 코일을 이용하여 구성된다. 상기 영구자석은 특히 막대자석을 이용할 수 있으며, 고무속에 삽입함으로서 타이어에 접착을 용이하게 하고 내구성을 증가시킬 수 있다.
영구자석(20)은 타이어(10)의 내측, 특히 차량주행시에 지면과 접촉되는 부분의 내측에 설치된다. 상기와 같이 영구자석(20)이 설치됨으로서 차량이 주행하게 되면 영구자석(20)의 위치는 타이어(10)의 이동에 의하여 회전하게 된다. 특히 영구자석(20)이 지면과 접촉하는 경우에는 타이어(10)에 작용하는 압력에 의하여 영구자석(20)의 위치가 약간 상승하게 되며, 이러한 상승위치는 타이어(10)의 공기압에 따라서 변경된다.
다시말하여 타이어(10)는 회전시에 지면과 접촉하지 않을 때는 팽창된 상태를 유지하다가 지면과 접촉하는 순간 차체의 하중압력에 의해 그 눌림정도가 변화되는데, 공기압이 작은 경우에는 많이 눌리게 되며, 영구자석(20)과 코일(22) 사이의 간격이 좁혀지며 이에 따라서 발생되는 기전력의 양이 증가하게 된다. 이러한 원리를 이용하여 타이어(10)의 공기압을 측정하게 된다.
상기 영구자석(20)에 대응되는 코일(22)은 영구자석(20)의 수직선상의 휠(12)의 중간부에 설치된다. 상기 영구자석(20)과 코일(22)의 설치위치는 차량주행중에 전혀 변경되지 않는다. 코일(22)은 영구자석(20)과 일정거리 이격되어 있으며, 차량주행시에 타이어(10)의 내측에 설치되어 있는 영구자석(20)의 상하이동에 따라서 내부에 기전력이 발생된다. 영구자석(20)과 코일(22) 사이의 거리는 타이어(10)가 지면과 접촉되지 않은 상태에서는 기전력이 발생되지 않고, 지면과 접촉하여 상부측으로 눌려지면 영구자석(20)의 이동상태에 따라서 그에 상응하는 기전력이 발생되도록 조정한다.
도 2는 코일(22)의 설치상태를 나타내는 확대도로서, 코일(22)은 휠(12)의 중앙부를 관통하는 코일고정부(30)에 감겨진 상태로 설치된다. 상기 코일고정부(30)는 통상의 볼트를 이용하여 구성할 수 있으며, 코일(22)은 코일고정부(30)의 표면을 따라서 휠(12)의 내측으로 연장된다. 코일(22)의 양단부는 휠(12)의 측면에 설치된 디스크(14) 방향으로 연장된다.
상세히 도시되지 않았지만, 코일고정부(30)가 관통하는 휠(12)의 주변에는 코일(22)이 통과할 수 있는 구멍을 형성한다. 상기 코일고정부(30)는 볼트 형태 뿐만 아니라, 표면에 코일이 감겨지거나 또는 내부에 코일이 감겨지는 로드와 같은 형태로 변형이 가능하다.
본 발명에서는 특히 코일(22)이 감겨지는 코일고정부(30)의 표면을 절연물질로 코우팅하여 코일의 단자가 쇼트되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 또한 코일고정부(30)는 자장을 많이 유도할 수 있는 물질로 제조하는 것이 바람직하다.
코일(22)의 양단부는 발광부(24)에 연결된다. 상기 발광부(24)는 영구자석(20)의 이동에 따라서 코일(22)에서 발생되는 기전력을 이용하여 광을 방사하는 것으로서 램프, 또는 발광다이오드와 같은 소자를 이용하여 구성할 수 있다. 발광부(24)는 휠(12)의 측면에 부착되는 디스크(14)에 부착된다. 상기 발광부(24)도 타이어(10)의 회전에 따라서 위치가 변경된다.
상기 발광부(24)로부터 방사되는 광은 수광부(26)에 의하여 검출된다. 수광부(26)는 이동할 수 없도록 차체에 부착되어서 발광부(24)로부터 입사되는 광을 검출하고 그에 따른 신호를 출력한다. 상기 발광부(24)는 포토다이오드, 포토트랜지스터 등과 같은 광검출소자를 이용하여 구성할 수 있다. 상기 설명에서 발광부(24)는 타이어(10)의 회전에 따라서 회전함에 비하여, 수광부(26)는 차체에 고정되어 있음을 알 수 있다. 이렇게 구성됨으로서 타이어의 회전에 따라서 주기적으로 광이 수광부(26)에 입사되고 신호가 발생된다.
상기 수광부(26)로부터 출력되는 신호는 ECU(28)에 입력된다. 상기 ECU(28)는 차량의 작동상태를 제어하기 위한 것으로서, 마이컴을 이용하여 구성된다. 특히 상기 ECU(28)는 종래 차량에 기장착된 ECU를 사용할 수 있다.
도 3은 타이어에 설치된 영구자석과, 코일들의 상태를 도시한 것으로서, 필요에 따라서 한 쌍의 영구자석(20), 코일(22), 및 발광부(24)를 설치하거나 또는 2~4쌍의 영구자석(20-2,20-3,20-4), 코일(22-2,22-3,22-4), 및 발광부(미도시됨)를 설치할 수 있다. 이러한 설치상의 차이점은 영구자석, 코일, 발광부의 쌍을 증가시킬 수 록 측정시간이 단축되어 정밀한 측정결과를 표시할 수 있는 것이다. 도면에서 영구자석(20,20-2,20-3,20-4)들은 고무에 쌓인 형태로 표시되어 있다.
도 5는 본 발명에 의한 측정장치의 일실시예의 회로도로서, 4쌍의 영구자석(20,20-2,20-3,20-4), 코일(22,22-2,22-3,22-4), 발광부(24,24-2,24-3,24-4)를 이용하여 구성한 것이다. 4 쌍의 경우에 타이어가 1회전하면 4개의 펄스신호가 발생된다. 이에 비하여 수광부(26)는 하나만을 사용하고 있다. 한편 3쌍을 이용한 경우에는 타이어가 1회전하면 3개의 펄스신호가 발생된다.
먼저 설명의 편의를 위하여 영구자석(20)과, 코일(22)과, 발광부(24)를 기준으로 하여 작동상태를 설명한다.
차량이 주행하게 되면, 타이어(10)에 내장되어 있는 영구자석(20)도 동시에 회전한다. 이 때 영구자석(20)이 위치한 부분의 타이어(10)가 지면과 접촉되면 타이어(10)가 접촉압력에 의하여 약간 찌그러지면서 영구자석(20)의 위치가 변동된다. 이러한 변동에 의하여 영구자석(20)과 수직선상에 위치한 코일(22)이 자화되면서 기전력이 발생된다.
코일(22)에서 발생된 기전력은 발광부(24)에 인가되어서 발광부(24)에서는 광이 방사된다. 방사된 광은 수광부(26)에 의하여 검출된다. 수광부(26)에 의하여 검출된 신호는 ECU(28)에 입력된다. ECU(28)에서는 입력되는 신호를 이용하여 타이어 공기압과 차속을 산출하게 된다.
도 4에 ECU(28)에 입력되는 펄스신호파형도의 일례가 표시되어 있다. 도면에서 하나의 펄스신호는 발광부(24)로부터 방사되어 수광부(26)에 의하여 1회 검출된 신호를 나타낸다. 펄스신호는 차량 타이어의 회전수와 타이어에 부착된 영구자석, 코일 및 발광부 쌍의 갯수에 따라서 변경된다. 예를 들어서 영구자석-코일 쌍을 도 5에서와 같이 4쌍을 설치하면 4개의 펄스파형을 바퀴의 1회전으로 보고 차속을 계산할 수 있는 것이다.
차속산출과정을 도 6의 플로우차트를 참고하여 설명하면 다음과 같다. 차량의 타이어 회전에 따라서 발생되는 펄스파형을 수광부를 통하여 검출한다. 검출된 펄스파형은 도 4와 같은 상태이다.
상기와 같이 펄스파형이 검출된 상태에서 타이어에 설치된 코일의 갯수(영구자석-코일 쌍의 갯수)와 같은 펄스파형을 1회전으로 설정한다. 도 4에서는 4쌍의 영구자석-코일이 설치된 것으로 가정하면 4개의 펄스파형이 1회전으로 설정된다. 상기와 같이 1회전으로 설정된 펄스파형에 의하여 소요된 시간 t1을 측정한다.
시간 t1이 측정된 후에 ECU(28)에서는 측정시간과 바퀴(타이어)의 둘레 길이를 이용하여 차속을 다음 수식을 이용하여 산출한다. 차속 V = (타이어의 둘레 길이)/t1 로부터 용이하게 산출할 수 있다.
또한 타이어 공기압은 펄스파형의 피크치(P)를 이용하여 측정할 수 있다. 이 때 펄스의 피크치에 대한 공기압은 미리 실험등에 의하여 측정한 후에 테이블형태로 저장하거나 피크치에 따른 산출식을 이용하여 계산된다. 따라서 피크치가 검출되면 그에 상응하는 공기압을 산출할 수 있다.
상기와 같이 하여 타이어 공기압과 차속이 산출되면 ECU(28)는 표시부(32)를 통하여 운전자가 인식할 수 있도록 차속을 표시한다.
본 발명의 측정장치는 오르막이나 내리막과 같은 경사진 곳을 주행하는 경우에는 차체의 각도가 기울어지게 되므로 측정장치는 정상적으로 작동하게 된다.
그러나, 과속방지턱과 같은 요철구간의 주행에 있어서는 타이어와 지면과 접촉시에 영구자석(20)과 코일(22)이 수직선상에 위치하지 않게 되므로 측정이 불가능하게 되는 경우가 발생된다. 이러한 문제점은 본 발명의 측정장치를 전후의 타이어에 각각 설치함으로서 해결될 수 있다.
다시말하여, 차량이 요철구간을 통과할 때 측정장치가 설치된 전후의 타이어중의 하나는 요철구간이 아닌 평지에 있으므로 측정장치가 정상적으로 작동하게 된다. 따라서 ECU에서는 각각의 측정장치로부터 입력되는 펄스파형의 신호를 평균하여 사용할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면 구조가 간단하고 타이어 공기압 측정센서와 차속센서를 겸용할 수 있으므로 차량작업공수가 감소하고 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 측정장치의 개략적인 구성도,
도 2는 도 1의 코일설치상태를 나타내는 확대도,
도 3은 타이어에 설치된 영구자석, 코일들의 설치위치도,
도 4는 본 발명의 측정장치에 의하여 발생되는 펄스신호파형도,
도 5는 본 발명의 측정장치의 회로도,
도 6은 본 발명에 의한 차속측정과정을 나타내는 플로우차트.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
10: 타이어 12: 휠
14: 디스크 16: 회전축
20: 영구자석 22: 코일
24: 발광부 26: 수광부
28: ECU 30: 코일고정부
32: 표시부

Claims (4)

  1. 타이어(10)의 내측표면에 설치되며 자력을 발생시키는 영구자석(20), 상기 영구자석(20)으로부터 일정거리 이격되어서 휠(12)의 중앙부를 관통하여 설치되는 코일(22), 상기 코일(22)을 휠(12)에 고정시키는 코일고정부(30), 상기 코일(22)에 발생되는 기전력에 의하여 온 작동되도록 연결되며 디스크(14)의 소정부위에 설치되는 발광부(24), 상기 발광부(24)로부터 일정거리 이격되어 차체에 고정되며 발광부(24)로부터 방사되는 광을 검출하는 수광부(26), 상기 수광부(26)로부터 입력되는 광검출신호를 이용하여 타이어압력과 차속을 산출하기 위한 ECU(28), 및 상기 ECU(28)의 제어신호에 따라서 타이어압력과 차속을 표시하는 표시부(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영구자석(20)이 막대자석이며, 고무속에 삽입되어 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코일고정부(30)가 볼트인 것을 특징으로 하는 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영구자석, 코일 및 발광부가 한 쌍을 구성하며, 타이어에 1~4쌍이 일정한 간격으로 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 타이어 공기압 및 속도 측정장치.
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