KR20070031004A - 전파세기 조절형 이동식 타이어 공기압 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전파세기 조절형 이동식 타이어 공기압 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 이는 익사이터로부터 송출되는 LF 신호의 세기는 TPMS 센서가 반응할 수 있는 평균값으로 고정 설정하고 타이어에 장착된 TPMS 센서와 익사이터와의 거리를 조절하여 TPMS 센서의 정확한 웨이크업을 유도함으로써 익사이터와 한 쌍을 이루는 TPMS 센서만이 웨이크업 반응이 가능하다.

TPMS, 타이어, 공기압, 모니터링, 전파세기, 조절.

Description

전파세기 조절형 이동식 타이어 공기압 모니터링 시스템{radio intensity control type movable Tire Pressure Monitoring System}

도 1은 차량에 탑재된 종래의 TPMS를 도시한 개략 구성도이다.

도 2는 도 1과 같이 차량에 탑재된 TPMS를 동작시키기 위한 설비를 도시한 개략 구성도이다.

도 3은 본 발명에 의한 TPMS의 구성을 보인 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시한 TPMS 주요부분을 도시한 확대 사시도이다.

도 5는 본 발명에 의한 TPMS의 동작상태를 보인 흐름도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 타이어 12 : TPMS 센서

13 : 익사이터 14 : 이동 패널

15 : UHF 안테나 16 : 가이드 레일

17, 18 : 지지대 19 : 가이드 블록

20 : 가이드 기어 21 : 서보 모터

22 : 기어 23 : TPMS 서버

본 발명은 전파세기 조절형 이동식 타이어 공기압 모니터링 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 익사이터로부터 송출되는 LF 신호의 세기는 TPMS 센서가 반응할 수 있는 평균값으로 고정 설정하고 타이어에 장착된 TPMS 센서와 익사이터와의 거리를 조절하여 TPMS 센서의 정확한 웨이크업을 유도할 수 있도록 하는 전파세기 조절형 이동식 타이어 공기압 모니터링 시스템에 관한 것이다.

통상의 타이어는 휠에 결합되어 일체로 회전하면서 차량의 엔진에서 발생된 구동력 및 제동력을 노면에 전달하여 차량이 주행할 수 있도록 하고, 차량의 주행 중 노면으로부터 전달되는 충격을 흡수하며, 조향각에 상응하는 코너링 포오스를 발생하여 노면에 전달하는 기능을 수행하게 된다.

이에 따라 상기 타이어에 충진되는 공기압이 적정한 상태를 유지해야만 타이어의 기능을 제대로 수행함은 물론 운전자 및 탑승자의 안전을 보장할 수 있게 된다.

그러나, 타이어 내의 공기압이 일정하더라도, 주행에 따른 열의 발생으로 내부공기가 팽창하여 상승하거나, 주행시 노면이 불규칙할 때 순간적인 충격으로 압력이 상승하거나, 우천 및 동절기 그리고 야간운행에 따른 압력 감소로 인하여 타이어 공기압은 수시로 낮아지거나 높아지게 된다.

타이어에 이상이 없더라도 방치하여 놓으면 공기가 고무를 자연 투과하여 미량씩 저하된다. 또한, 못 박힘, 외상, 밸브 불량 등의 이상이 있으면 타이어 내부의 공기압은 빠른 속도로 저하되어 운전자 및 탑승자의 안전에 위험이 뒤따르게 되는바, 공기압의 상태를 운전자에게 인식시켜 줄 수 있는 시스템을 필요로 하게 되었고, 이에 따라 타이어의 압력을 측정하고 측정된 압력이 일정 이하인 경우 이를 운전자에게 알리는 경고를 하는 TPMS(Tire Pressure Monitoring System ; 타이어 압력 모니터링 시스템)의 사용이 보편화되고 있는 실정이다.

특히, TPMS, 즉 타이어 압력 모니터링 시스템은 NHTSA(미연방 도로 안전관리청) FMVSS138 RULE로서 미국에 수출하는 차량은 의무적으로 장착해야만 수출이 가능하다. 이는 현재 2004년 10%, 2005년 35%의 적용률을 가지고 있지만, 향후 2006년 이후에는 100%의 수출 차량에 장착해야 한다. 이것을 강제법으로 정한 이유는 타이어의 공기압이 25% 이하 저하 상태로 고속으로 계속 운행할 경우 타이어 압력부족에 의한 사고가 빈번하게 발생하기 때문이다. 즉, 이는 고속 주행으로 인한 타이어의 편마모가 일어나 펑크현상이 발생하기 때문인데, 적용 차종은 승용차 및 4.5톤이나 MPV, TRK, BUS(한 축에 두 개의 바퀴가 달린 차량 제외)이다.

TPMS는 두 가지로 나뉘게 되는데, 하나는 차량에 탑재되는 장치이고, 나머지 하나는 차량에 탑재된 장치를 구동하는 외부 설비이다.

먼저, 차량에 탑재되는 장치의 구성 및 기능을 도1에 의해 살펴본다.

밸브 일체형 TPMS 센서(101)는 밸브 ID와 공기압 체크 결과를 315 MHz의 고주파 신호로 리시버(102)로 송출하는 것으로서 외부 무선신호(LF)에 의해 슬리핑/ 웨이크업(sleeping/wakeup) 된다. 리시버(102)는 밸브로부터의 고주파 신호를 수신하여 디스플레이(103)에 전송하고, 진단 커넥터에 접속되며, 하이(high) 사양의 경우 이니시에이터(104)에 명령을 전달한다.

4개의 휠 하우스에 장착되는 이니시에이터(104)는 리시버(102)로부터 신호를 받아 해당 밸브에 125 KHz의 LF신호를 발신하여 밸브가 RF신호를 발신하게 한다. 클러스터나 미러 등에 설치된 디스플레이(103)는 운전자에게 압력 저하상태를 알린다.

차량에 탑재된 도1과 같은 장치를 외부에서 동작시키는 설비는 도2에 도시한 바와 같이, 125 KHz의 LF신호로 TPMS 센서의 웨이크업을 목적으로 하는 익사이터(201)는 4개의 익사이터가 순차적으로 TPMS 센서를 웨이크업 한다. TPMS 센서에서 나오는 타이어 압력이나 온도, 센서 ID 등에 대한 RF 정보를 받기 위한 UHF 안테나(202)는 정보를 수신한 후 ACU 서버(203)에 송신하는 것으로서 4개의 안테나가 순차적으로 작동한다.

ACU 서버(203)는 UHF 안테나(202)에서 송신하는 정보를 받는 장비로서 검파 및 증폭회로 등으로 이루어진다. 또한, RCU 서버(204)는 ACU 서버(203)에서 보내오는 정보를 정해진 프로토콜에 의해 분석하여 차량별 ID 관리를 하며, 이후 이 값을 기준으로 재확인시 사용된다.

익사이터(201)의 안쪽에는 차량 가이드 블록(205)이 설치되어 있는데, 이는 차량의 진입시 익사이터(201)와의 충돌을 방지하는 한편 차량이 익사이터(201)와 일정간격을 유지할 수 있도록 하는 역할을 한다.

도면에서 설명되지 않은 206은 커넥터 행거로서 진단 커넥터 거취용이다.

위와 같이 구성된 TPMS의 동작원리를 설명한다.

먼저, 차량이 설비의 검사위치에 놓이게 한다. 이후, 4개의 익사이터(201)가 순차적으로 125 KHz의 LF전파를 발생하게 된다. 이때 각각의 익사이터(201)가 전파를 발생할 때마다 휠에 부착된 TPMS 센서(101)가 이에 반응하여 315 MHz의 RF신호를 내보내게 된다.

TPMS 센서(101)가 내보내는 전파를 측면에 있는 UHF 안테나(202)가 차례대로 수신받게 된다. 이때 수신받는 전파의 내용은 TPMS 센서(101)의 고유 ID, 타이어의 내부압력, 타이어의 내부온도 등이다.

각각의 UHF 안테나(202)는 ACU 서버(203) 및 RCU 서버(204)에 RS-232로 연결되어 순차적으로 수신받은 내용들을 서버(203)(204)에 송신하게 된다.

이후, 모든 센서 ID와 타이어의 내부압력 및 타이어의 내부온도 등의 TPMS 맵핑 내용 등이 서버(203)(204)에 저장된 후 작업자가 차량의 본넷(bonnet)을 열고 20 핀(pin) 커넥터를 결선하여 리시버(102)에 해당 ID 및 타이어의 압력 등을 입력하게 된다. 그리고 4개의 휠에 부착된 센서의 맵핑이 오류가 발생시 작업자가 수작업으로 핸드툴(handtool)을 이용하여 센서 ID값을 취출하게 된다.

여기서, 리페어가 발생되면 작업자는 별도의 핸드툴을 이용하여 수작업으로 리페어를 처리한다.

종래의 TPMS는 TPMS 센서와의 동작이 무선으로 이루어지기 때문에 크로스 토크(cross talk) 현상 등이 일어난다. 즉, 익사이터가 발생시켜 차량의 휠에 부착되 어 있는 TPMS 센서를 웨이크업 시킨다고 할 때 전파의 주파수가 125 KHz 일 때 도달거리가 약 2.4 Km에 달하게 되므로 LF신호가 모든 TPMS 센서에 도달하게 된다.

이 때문에 하나의 TPMS로부터 ID를 취출하기 위해 이와 한 쌍을 이루는 익사이터에서 발생된 LF신호가 해당 TPMS 센서에만 전달되어야 하나, 나머지 TPMS 센서에도 전달되어 이들이 웨이크업된 후 각각의 TPMS 센서에서 보내오는 RF 값들이 리시버로 들어오게 되므로 다른 센서들의 ID들이 인식되어 바퀴별 맵핑이 어긋나게 된다.

위와 같이 맵핑이 잘못 이루어질 경우 운전자는 잘못된 센서 ID 맵핑으로 인해 차내에 설치된 TPMS 디스플레이인 클러스터나 룸미러를 통해 잘못 표시된 타이어의 압력 경고등을 보고, 정상적인 압력을 가진 타이어의 압력은 조절하고, 비정상적인 압력을 가진 타이어의 압력은 조절하지 않는 경우가 발생된다.

통상의 TPMS 센서는 전파의 세기에 따른 반응도가 8~25 dB 정도이다. 따라서 익사이터(excitor)가 전파의 세기를 8dB보다 작게 보내면 다른 TPMS 센서가 웨이크업이 되지 않아서 정확하게 해당 TPMS 센서만 웨이크업 되는 장점이 있으나, 공교롭게도 민감도가 떨어지는 센서를 만나면 센서가 반응하지 않는 경우가 발생한다. 또한, 익사이터의 전파의 세기가 25 dB를 넘어서게 되면 센서들을 확실하게 웨이크업 시킬 수 있으나, 다른 센서들까지 반응하여 정작 필요한 해당 센서만을 웨이크업 시키는 것이 아니라 다른 센서들까지 반응하여 ID 인식오류가 발생하게 된다.

따라서, TPMS 센서가 반응할 수 있는 표준거리가 200 내지 300 mm를 유지할 수 있도록 익사이터 및 UHF 안테나가 설치되고 있다. 그럼에도 불구하고 100개 중 4~6개 정도는 외부 노이즈 또는 무선환경에 의한 영향으로 기준치를 벗어나 반응하므로 이 경우 작업자가 수작업으로 작업을 하고 있다.

특히, 전파의 세기를 증가시켜 TPMS 센서의 정상적으로 웨이크업을 유도하는 방식은 익사이터의 출력을 수 mW만 증가시켜도 수백 m의 범위 내에 존재하는 센서들이 모두 반응하므로 특정 TPMS 센서만을 정확하게 구동시키기 위한 방법으로 적합하지 않다.

본 발명은 차량의 타이어에 장착된 TPMS 센서와 익사이터와의 거리를 조절 가능함으로써 TPMS 센서가 반응하는 평균값을 익사이터의 출력값으로 설정한 후TPMS 센서와 익사이터와의 거리를 조절하여 익사이터와 한 쌍을 이루는 TPMS 센서만이 반응할 수 있도록 하는 전파세기 조절형 이동식 타이어 공기압 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 익사이터의 LF신호가 차량의 타이어에 장착된 TPMS 센서에 가해지고, 이에 의해 TPMS 센서가 웨이크업되어 이로부터 송출되는 타이어 ID, 타이어 공기압, 타이어 내의 온도 등에 대한 정보를 갖는 RF신호가 UHF 안테나에 수신되도록 구성된 전파세기 조절형 이동식 타이어 공 기압 모니터링 시스템에 있어서, 상기 차량의 타이어 측면과 직각으로 두 개 이상의 가이드 레일이 지지대에 의해 일정높이로 수평지게 설치되고, 판 형상의 이동패널이 차량 타이어와의 거리 조절이 가능하도록 상기 가이드 레일에 결합되며, 상기 이동패널 위에 타이어에 장착된 TPMS 센서를 지향하도록 익사이터가 설치되어서, 상기 이동패널이 동력원에 의해 가이드 레일을 따라 이동되어 타이어에 장착된 TPMS 센서와 익사이터와의 거리가 조절되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 동력원은, 서보 모터 또는 유압이나 공압 드을 선택적으로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 이동 패널의 일측에 가이드 블록이 결합되고, 상기 가이드 블록에 결합된 가이드 기어가 지지대에 의해 가이드 레일과 수평지게 일정높이로 설치되며, 상기 가이드 기어의 일측에 가이드 기어를 회전시키기 위한 서보 모터가 치합되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 고정 패널 위에 웨이크업 된 TPMS 센서로부터 송출되는 RF신호를 수신할 수 있는 UHF 안테나가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 익사이터는, 익사이터와 타이어에 장착된 TPMS 센서와의 거리에 관계없이 일정한 세기의 LF신호를 송출하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 TPMS의 구성을 보인 것으로서, TPMS 센서(12)를 웨이 크업 시키기 위한 125 KHz의 LF 신호를 송출하는 익사이터(13)와 TPMS 센서(12)에서 송출되는 315 KHz의 RF신호를 수신하기 위한 UHF 안테나(15)가 일체형으로 구성되고, 익사이터(13)는 10 mW의 출력을 갖는다. 물론, 익사이터(13)의 출력값은 가변형으로서 종래기술에 설명한 바와 같이 8~25 mW의 출력범위를 가변 조정할 수 있다.

그리고, 익사이터(13)로부터 송출되는 LF신호에 의해 TPMS 센서(12)가 웨이크업 반응해서 이로부터 출력되는 RF 신호가 UHF 안테나(15)를 통해 수신되고, TPMS 센서(12)가 웨이크업 되지 않을 때에는 익사이터(13)가 TPMS 센서(12) 쪽으로 이동하게 된다. 여기서, 동력원에 의해 이동하는 익사이터(13)의 이동속도는 PLC(Program Logic Control)에 의한 가변 값이다.

이렇게 익사이터(13)가 임의로 설정한 일정거리(3 mm)만큼 이동한 후 다시 위와 같은 동작을 반복해서 TPMS 센서(12)의 반응을 본다. 따라서 다른 TPMS 센서들은 반응하지 않고 익사이터와 한 쌍을 이루는 TPMS 센서만이 반응하게 되므로 PL(불량검사공정)도 막을 수 있고, TPMS 품질도 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명에 의한 TPMS는 도3 및 도4에 도시한 바와 같이, 4개의 타이어(11) 측면과 직각으로 두 개 이상의 가이드 레일(16)이 지지대(17)에 의해 일정높이로 수평지게 설치된다. 이 가이드 레일(16)에는 판 형상의 이동패널(14)이 차량 타이어(11), 즉 타이어에 장착된 TPMS 센서(12)와의 거리 조절이 가능하도록 결합되며, 이 이동패널(14) 위에는 타이어(11)에 장착된 TPMS 센서(12)를 지향하도록 익사이터(13)가 UHF 안테나(15)와 함께 설치되어 있다.

따라서, 이동패널(14)이 동력원에 의해 가이드 레일(16)을 따라 이동되므로 타이어(11)에 장착된 TPMS 센서(12)와 익사이터(13)와의 거리 조절이 가능하다. 즉, 익사이터(13)로부터 TPMS 센서(12)에 가해지는 LF 신호의 세기가 조절될 수 있는 것이다.

위와 같이 이동패널(14)을 이동시키기 위한 동력을 제공하는 동력원으로는 서보 모터(21) 또는 유압이나 공압 등을 예로 들 수 있는데, 이하, 서보 모터(21)를 예로 동력전달을 위한 구성을 설명한다.

상기 이동 패널(14)의 일측에 가이드 블록(19)이 연장되고, 이 가이드 블록(19)에 나사 결합된 가이드 기어(20)가 지지대(18)에 의해 가이드 레일(16)과 수평지게 일정높이로 설치된다. 물론, 별도의 가이드 블록(19)을 이동패널(14)에 연장하지 않고 가이드 기어(20)를 이동패널(14)에 직접 나사 결합할 수도 있다.

또한, 서보 모터(21)의 회전력을 가이드 기어(20)를 통해 이동 패널(14)에 전달할 수 있도록 가이드 기어(20)의 일측과 서보 모터(21)가 다수의 기어(22)들에 의해 치합되어 있다. 물론, 익사이터(13)와 UHF 안테나(15) 등을 포함하는 구성이 TPMS 서버(23)에 연결되어야 함은 당연하다.

도 5는 본 발명에 의한 TPMS의 동작을 보인 것으로서, 차량이 타이어 공기압 측정을 위한 설비에 진입하면, 익사이터가 기동되어 LF신호를 TPMS 센서가 장착된 타이어 측으로 무선 송출한다.

LF신호를 수신한 TPMS 센서가 웨이크업 되어 TPMS 센서로부터 무선 송출되는 RF신호가 UHF 안테나를 통해 수신되는지를 확인하고, RF신호가 수신되지 않을 경우 TPMS 센서가 웨이크업되지 못한 것으로, 즉 LF 신호의 세기가 약하거나 혹은 TPMS 센서와 익사이터와의 거리가 너무 먼 것으로 판단하고 익사이터와 UHF 안테나를 타이어에 장착된 TPMS 센서쪽으로 이동시키게 된다.

위와 같이 익사이터와 UHF 안테나를 TPMS 센서 쪽으로 이동시켜 얻어진 타이어 ID와 타이어 내부압력, 타이어 내부온도 등에 대한 정보를 가지는 RF 신호를 검파한 후 다시 다른 타이어에 대해서 공기압을 검사하게 된다.

이렇게 모든 타이어에 대한 정보를 수득한 후 이를 TPMS 서버로 전송하게 된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 본 발명은 차량의 타이어에 장착된 TPMS 센서와 익사이터와의 거리를 조절 가능함으로써 TPMS 센서가 반응하는 평균값을 익사이터의 출력 값으로 설정한 후 TPMS 센서와 익사이터와의 거리를 조절하여 익사이터와 한 쌍을 이루는 TPMS 센서만이 반응할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

1. 익사이터의 LF신호가 차량의 타이어에 장착된 TPMS 센서에 가해지고, 이에 의해 TPMS 센서가 웨이크업되어 이로부터 송출되는 타이어 ID, 타이어 공기압, 타이어 내의 온도 등에 대한 정보를 갖는 RF신호가 UHF 안테나에 수신되도록 구성된 전파세기 조절형 이동식 타이어 공기압 모니터링 시스템에 있어서,

   상기 차량의 타이어 측면과 직각으로 두 개 이상의 가이드 레일이 지지대에 의해 일정높이로 수평지게 설치되고, 판 형상의 이동패널이 차량 타이어와의 거리 조절이 가능하도록 상기 가이드 레일에 결합되며, 상기 이동패널 위에 타이어에 장착된 TPMS 센서를 지향하도록 익사이터가 설치되어서, 상기 이동패널이 동력원에 의해 가이드 레일을 따라 이동되어 타이어에 장착된 TPMS 센서와 익사이터와의 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 전파세기 조절형 이동식 타이어 공기압 모니터링 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 동력원은, 서보 모터 또는 유압이나 공압 중 하나인 것을 특징으로 하는 전파세기 조절형 이동식 타이어 공기압 모니터링 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 이동 패널의 일측에 가이드 블록이 결합되고, 상기 가이드 블록에 결합된 가이드 기어가 지지대에 의해 가이드 레일과 수평지게 일정높이로 설치되며, 상기 가이드 기어의 일측에 가이드 기어를 회전시키기 위한 서보 모터가 치합되는 것을 특징으로 하는 전파세기 조절형 이동식 타이어 공기압 모니터링 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정 패널 위에 웨이크업 된 TPMS 센서로부터 송출되는 RF신호를 수신할 수 있는 UHF 안테나가 설치되는 것을 특징으로 하는 전파세기 조절형 이동식 타이어 공기압 모니터링 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 익사이터는, 익사이터와 타이어에 장착된 TPMS 센서와의 거리에 관계없이 일정한 세기의 LF신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 전파세기 조절형 이동식 타이어 공기압 모니터링 시스템.

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