KR20100052264A - Method of maximizing accuracy of measurement for saw type tpms sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 SAW방식 TPMS센서의 측정 정밀도를 극대화하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 FFT 변환된 주파수 성분의 중앙피크점 이외에 좌우측 피크점의 크기를 비교함으로써 입력주파수를 측정하는데 있어서의 정밀도를 극대화하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for maximizing the measurement accuracy of a SAW type TPMS sensor, and specifically, to maximize the accuracy in measuring the input frequency by comparing the magnitudes of the left and right peak points in addition to the center peak point of the FFT transformed frequency component. It is about a method.
타이어 공기압 측정 시스템(TPMS, tyre pressure measuring system)에 있어서 타이어 내의 공기압과 온도 등을 측정하기 위한 다양한 방식의 센서가 개발되어 있다. 대부분의 경우에 이 센서는 자동차 휠 또는 타이어에 부착되어 타이어 내부의 압력이나 온도를 감지하여 외부로 출력하는 기능을 한다. In a tire pressure measuring system (TPMS), various types of sensors have been developed for measuring air pressure and temperature in a tire. In most cases, the sensor is attached to a car wheel or tire to sense the pressure or temperature inside the tire and output it to the outside.
기존에 공지된 센서 중에는 전원 배터리를 사용하는 것이 있으나, 이 방식의 경우에는 전원 배터리의 무게 및 크기에 의해서 센서 자체의 크기와 무게가 커져서 휠에 부착시에 휠밸런스에 영향을 줄 가능성이 크고 배터리의 수명이 다할 경우에 배터리를 교환해야 하는 등의 문제가 있다. Some known sensors use a power battery, but in this case, the size and weight of the sensor itself increases according to the weight and size of the power battery, which may affect the wheel balance when attached to the wheel. There is a problem such as the need to replace the battery when the end of life.
한편, 본 출원인이 보유하고 있는 선행기술에 따르면 배터리를 사용하지 않 는 SAW방식의 TPMS센서가 공지되어 있다. On the other hand, according to the prior art possessed by the applicant of the TPMS sensor of the SAW method that does not use a battery is known.
도 1a에서 보면, 자동차의 각 휠에 센서(10)가 부착되어 있고 하나의 리더(20)가 자동차에 설치되어 있다. 각 센서(10)와 리더(20)에는 각각 안테나가 장착되어 상호 RF 교신한다. 도 1b는 하나의 센서(10)와 리더(20)를 개념적으로 나타내고 있다. 리더(20)에서 RF신호로써 소정 주파수의 질의신호(interrogation signal)를 센서(10)측에 보내면 센서(10)에서는 이 질의신호에 공진되는 소정 주파수의 응답신호(response signal)를 송출한다. 리더(20)는 이 응답신호를 수신하여 센서(10)가 설치되어 있는 타이어 내의 압력과 온도 정보를 측정하게 된다. 예를 들어, 리더(20)에서 질의신호로서 소정 주파수 A MHz(예를 들어, 433MHz)의 RF파를 송출하면 센서(10)에서는 이에 공진된 응답신호로서 타이어 내의 압력 또는 온도에 따라서 변화된 주파수 (A+α)MHz(예를 들어, 433.5MHz)나 (A+β)MHz(예를 들어, 434MHz) 등을 출력한다. 리더(20)에서는 이 응답신호를 수신하여 그 주파수(피크주파수)를 읽어서 해당 센서(10)가 설치되어 있는 타이어의 압력과 온도 등을 산출하게 되는 것이다. In FIG. 1A, a
도 1c는 리더(20)의 내부 구성을 간략히 나타낸다. 전체적으로 마이컴(22)에 의해서 제어되며, 송신부(24)와 수신부(28)로 구성된다. 송신신호(즉 질의신호)는 RF부(26)에 의해 RF 변조되어 송신부(24)로부터 안테나를 통해 외부로 송출된다. 외부(즉 센서(10))에서 송출된 응답신호는 수신부(28)에 의해 수신되고 마이콤(22)에서 수신값 분석, 측정값 산출 등이 이루어진다. 1C briefly shows an internal configuration of the
도 1a~c에서 설명한 종래의 무전원 SAW 공진형 TPMS 리더의 마이콤(22)에서 는 도 2a와 같은 방식으로 응답신호의 피크 주파수값을 측정하게 된다. 센서(10)로부터 응답신호를 수신하면, 이 신호를 ADC(analog-digital conversion) 샘플링하고 FFT(fast Fourier transform) 실행하여 응답신호를 주파수 스펙트럼으로 전개한다. 그리고 이 주파수 스펙트럼에서 피크주파수를 탐색하고 이 피크주파수를 센서로부터의 응답신호의 주파수로서 결정하여 산출하는 것이다. In the
이 경우에 FFT 실행을 위하여 샘플링된 응답신호로부터 변환된 출력주파수의 분해능(resolution) fres 는 샘플링된 응답신호의 지속시간(듀레이션) Tspls에 반비례한다. 즉, fres = 1/Tspls 가 된다. 따라서 도 2b에 나타낸 것과 같이 센서로부터 수신되는 응답신호의 듀레이션은 길어야 20usec 정도에 불과하기 때문에, 종래 센서를 이용한 응답신호의 FFT 실행후의 주파수 분해능은 fres = 1/Tspls = 1/20usec = 50kHz가 된다.In this case, the resolution f res of the output frequency converted from the sampled response signal for FFT execution is inversely proportional to the duration T spls of the sampled response signal. That is, f res = 1 / T spls . Therefore, as shown in FIG. 2B, the duration of the response signal received from the sensor is only about 20usec at most, so the frequency resolution after FFT of the response signal using the conventional sensor is f res = 1 / T spls = 1 / 20usec = 50kHz. Becomes
이 주파수 분해능 50kHz는 매우 큰 값이다. 즉, 응답신호로부터 주파수영역으로 변환한 스펙트럼에서 피크주파수를 탐색하는데 있어서 50kHz 이상의 단위로만 피크주파수를 찾을 수 있기 때문에 매우 정밀도가 떨어지게 된다. This frequency resolution of 50 kHz is a very large value. That is, since the peak frequency can be found only in units of 50 kHz or more in the search for the peak frequency in the spectrum converted from the response signal to the frequency domain, the precision is inferior.
위의 수식에서 보는 것과 같이 만일 센서로부터의 응답신호의 듀레이션이 충분히 길다면 FFT시의 분해능이 작아질 수 있을 것이다. 그러나 기존의 SAW방식 TPMS센서의 응답신호 듀레이션을 20usec보다 크게 하는 것은 가능하지 않다. As shown in the above equation, if the duration of the response signal from the sensor is long enough, the resolution at the FFT may be reduced. However, it is not possible to make the response signal duration of the existing SAW type TPMS sensor larger than 20usec.
본 발명은 기존의 SAW를 이용한 TPMS 센서에서 송출되는 응답신호의 주파수 분해능을 높임으로써 피크주파수 측정상의 정밀도를 극대화하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method of maximizing the precision in peak frequency measurement by increasing the frequency resolution of the response signal transmitted from the conventional TPMS sensor using SAW.
자동차의 휠에 부착된 센서에 소정 주파수의 질의신호를 보내고, 센서로부터 송출된 응답신호를 수신하여 센서가 설치되어 있는 타이어 내의 압력과 온도 정보를 측정하는 방법에 있어서, 기존의 SAW 방식 TPMS 센서를 이용하되, 응답신호의 피크주파수 탐색 방법을 개선함을 목적으로 하는 본 발명은, A method of measuring pressure and temperature information in a tire in which a sensor is installed by sending an inquiry signal of a predetermined frequency to a sensor attached to a wheel of a vehicle and receiving a response signal sent from the sensor, the conventional SAW type TPMS sensor The present invention for the purpose of improving the peak frequency search method of the response signal,
센서로부터 응답신호를 수신하면, 이 신호를 ADC(analog-digital conversion) 샘플링하고, 이 신호에 FFT(fast Fourier transform)를 실행하여 응답신호를 주파수 스펙트럼으로 전개하는 단계와, 상기 주파수 스펙트럼상에서 최대 진폭을 갖는 피크점의 주파수(피크주파수)를 탐색하여, 탐색된 피크주파수를 센서로부터의 응답신호의 주파수로서 결정하여 산출하는 단계로 구성되어, FFT 변환된 주파수 스펙트럼에서의 주파수 분해능을 높이는 것을 특징으로 하는, SAW방식 TPMS센서의 측정 정밀도 극대화 방법을 개시한다.Upon receiving a response signal from the sensor, sampling the signal to analog-digital conversion (ADC) and performing a fast fourier transform (FFT) on the signal to expand the response signal into the frequency spectrum, and the maximum amplitude on the frequency spectrum. Searching for a frequency (peak frequency) of a peak point having a peak, and determining and calculating the found peak frequency as a frequency of a response signal from the sensor, thereby increasing the frequency resolution in the FFT-converted frequency spectrum. A method of maximizing measurement accuracy of a SAW type TPMS sensor is disclosed.
여기에서, 상기 주파수 스펙트럼상에서 피크주파수를 탐색하는 단계는, 상기 주파수 스펙트럼의 주파수 패턴을 분석하여, 주파수의 피크점의 좌우 양측에 존재하는 2차 피크점의 주파수성분을 분석하여 응답신호의 피크주파수를 추정하는 단계 가 추가로 포함될 수 있다. 이때, 상기 피크주파수 추정 단계는, Here, the step of searching for the peak frequency on the frequency spectrum, by analyzing the frequency pattern of the frequency spectrum, by analyzing the frequency components of the second peak point present on both sides of the peak point of the frequency peak frequency of the response signal Estimating may be further included. At this time, the peak frequency estimating step,
상기 주파수 스펙트럼에서 최대 진폭을 갖는 중앙피크점의 주파수를 추출하는 단계, Extracting a frequency of a central peak point having a maximum amplitude in the frequency spectrum,
이 피크점의 인접(좌우측)에 위치하는 2차 피크점을 조사하여, 중앙피크점의 주파수 f0과 그 지점의 출력파워(진폭)의 크기 Y0, 좌측피크점의 주파수 f-1과 그 지점의 출력 크기 Y-1, 우측피크점의 주파수 f+1과 그 지점의 출력 크기 Y1 값을 기초데이터로서 취득하고, 취득한 각 진폭값에서 중앙피크점으로부터 좌측피크점과의 진폭차 A-1(=Y0-Y-1)과 우측피크점과의 진폭차 A1(=Y0-Y1)을 취득하는 단계,The secondary peak point located adjacent to the peak point (left and right sides) is examined, and the frequency f 0 at the center peak point, the magnitude of the output power (amplitude) Y 0 at that point, the frequency f −1 at the left peak point, and The output magnitude Y -1 of the point, the frequency f +1 of the right peak point, and the output magnitude Y 1 value of the point are acquired as basic data, and the amplitude difference between the center peak point and the left peak point A - at each obtained amplitude value- Acquiring an amplitude difference A 1 (= Y 0 -Y 1 ) between 1 (= Y 0 -Y -1 ) and the right peak point,
이들 기초데이터에 대해서 A-1≒A1 인지 여부를 체크하여(530) 그럴 경우에는 fin=f0인 것으로 판정하여 fin값을 출력하고; A-1≒A1 가 아니라면 다시 A1≒0인지 여부를 체크하여(540) 그럴 경우에는 fin=f0+(f1-f0)/2를 계산하여 fin값을 출력하고; A1≒0이 아니라면 다시 A-1<A1인지 여부를 체크하여 그럴 경우에는 fin=f0-(1-A-1/A1)*(f1-f0)/2를 계산하여 fin값을 출력하고; A-1<A1이 아니라면 다시 A-1>A1인지 여부를 체크하여 그럴 경우에는 fin=f0+(1-A1/A-1)*(f1-f0)/2를 계산하여 fin값을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.It is checked whether these basic data are A −1 ≒ A 1 (530), and if so, it is determined that f in = f 0 and outputs an f in value; If it is not A −1 가 A 1, it is again checked whether A 1 ≒ 0 (540). In this case, f in = f 0 + (f 1 -f 0 ) / 2 is calculated to output the value of f in ; If A 1 ≒ 0 is not checked again, check whether A -1 <A 1, and if so, calculate f in = f 0- (1-A -1 / A 1 ) * (f 1 -f 0 ) / 2 outputs the value of f in ; If A -1 <A 1 is not checked again, check whether A -1> A 1 , in which case f in = f 0 + (1-A 1 / A -1 ) * (f 1 -f 0 ) / 2 Calculating and outputting the value of f in .
여기서, 센서로부터 수신된 응답신호를 ADC(analog-digital conversion) 샘플링하고, 이 샘플링한 신호의 후미에 시간축 방향으로 응답신호의 듀레이션보다 긴 듀레이션을 갖는 묵음신호를 부가하는 단계가 추가로 포함될 수 있다.Here, the method may further include an analog-digital conversion (ADC) sampling of the response signal received from the sensor, and adding a silent signal having a duration longer than the duration of the response signal in the time axis direction to the rear of the sampled signal.
본 발명에 따르면 기존의 SAW방식 TPMS센서에서 송출되는 응답신호의 주파수 분해능을 높임으로써 정밀한 피크주파수를 탐색하도록 하여 SAW방식 TPMS센서의 측정 정밀도를 극대화할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to maximize the measurement accuracy of the SAW type TPMS sensor by searching for a precise peak frequency by increasing the frequency resolution of the response signal transmitted from the existing SAW type TPMS sensor.
제1실시예First embodiment
본 발명의 제1실시예는 도 2a에 나타낸 기존의 피크주파수 탐색 단계를 개량한 것이다. 도 2a에서는 피크주파수를 찾기 위해서 센서 응답신호를 FFT하여 주파수 스펙트럼으로 변환하고 이 스펙트럼상에서 최대 진폭의 피크주파수를 탐색하였지만, 본 실시예에서는 이를 더 발전시켜서 보다 더 정밀한 피크주파수를 찾도록 하는 것이다.The first embodiment of the present invention is an improvement on the conventional peak frequency search step shown in Fig. 2A. In FIG. 2A, the FFT is transformed into a frequency spectrum to find a peak frequency, and the peak frequency of the maximum amplitude is searched on the spectrum. However, in the present embodiment, this is further developed to find a more precise peak frequency.
그 방법으로서, 단순히 최대 피크점을 찾는 것이 아니라, 주파수 도메인으로 FFT 변환된 주파수 패턴을 분석하여, 구체적으로는, 주파수의 피크점의 좌우 양측의 주파수성분을 분석하여 응답신호의 피크주파수를 추정한다. As a method, the peak frequency of the response signal is estimated by analyzing the frequency pattern FFT-converted into the frequency domain instead of simply finding the maximum peak point. .
우선, 이러한 추정 방법의 근거를 설명한다. 실험적 고찰에 의해서, 도 4a와 같은 경우는 A-1≒A1인 경우로서 입력주파수(즉, FFT 실행전 주파수) fin이 출력주파수(즉, FFT 실행후의 주파수) f0와 같은 경우임을 나타내고(즉, fin=f0), 도 4b의 경우는 A-1>A1의 경우로서 f0<fin<(f0+Δf/2)의 관계가 성립하고, 도 4c의 경우는 A1이 피크점과 거의 같은 경우로서(즉, A1≒0), fin=(f0+Δf/2)의 관계가 성립하고, 도 4d의 경우는 A-1<A1의 경우로서 (f0-Δf/2)<fin<f0의 관계가 성립함을 알 수 있었다.First, the basis of this estimation method will be described. According to experimental considerations, the case shown in FIG. 4A is A −1 ≒ A 1 , indicating that the input frequency (ie, frequency before FFT execution) f in is the same as the output frequency (ie frequency after FFT execution) f 0. (I.e. f in = f 0 ), the relationship f 0 <f in <(f 0 + Δf / 2) holds for A −1 > A 1 in FIG. 4B, and A for FIG. 4C. When 1 is almost equal to the peak point (that is, A 1 ≒ 0), the relationship of f in = (f 0 + Δf / 2) is established, and in the case of FIG. 4D, when A −1 <A 1 ( It was found that the relationship of f 0 -Δf / 2) <f in <f 0 was established.
따라서 도 4a~4d의 경우와 같은 주파수 패턴을 분석한다면 단순히 주파수 피크점을 찾는 것보다도 더욱 더 정확한 피크점을 추정할 수 있게 될 것이다. 본 발명에서는 이러한 주파수 패턴을 분석하여 피크주파수를 추정할 수 있는 알고리즘을 도 5와 같이 제안한다. Therefore, if the frequency pattern is analyzed as in the case of FIGS. 4A to 4D, it will be possible to estimate the peak point more accurately than simply finding the frequency peak point. The present invention proposes an algorithm that can estimate the peak frequency by analyzing such a frequency pattern as shown in FIG.
도 5에서, 우선, 응답신호에 대해 FFT를 실행한 다음에 얻은 주파수 스펙트럼에서 표면적으로 검출가능한 중앙피크점을 추출한다(510). 그리고 이 피크부분의 인접(좌우측)에 위치하는 2차 피크점들(좌측피크점, 우측피크점)을 조사하여(520), 중앙피크점의 주파수 f0과 그 지점의 출력파워(진폭)의 크기 Y0, 좌측피크점의 주파수 f-1과 그 지점의 출력 크기 Y-1, 우측피크점의 주파수 f+1과 그 지점의 출력 크기 Y1 값을 기초데이터로서 취득하고, 이들 값으로부터 좌우측피크점과 중앙피크점과의 진폭차 A-1(=Y0-Y-1)및 A1(=Y0-Y1)을 계산한다(525). 이들 기초데이터에 대해서 A-1≒A1 인지 여부를 체크하여(530) 그럴 경우에는 fin=f0인 것으로 판정하여 fin값을 출력한다(535). A-1≒A1가 아니라면 다시 A1≒0인지 여부를 체크하여(540) 그럴 경우에는 fin=f0+(f1-f0)/2를 계산하여 fin값을 출력한다(545). A1≒0이 아니라면 다시 A-1<A1인지 여부를 체크하여(550) 그럴 경우에는 fin=f0-(1-A-1/A1)*(f1-f0)/2를 계산하여 fin 값을 출력한다(555). A-1<A1이 아니라면 다시 A-1>A1인지 여부를 체크하여(560) 그럴 경우에는 fin=f0+(1-A1/A-1)*(f1-f0)/2를 계산하여 fin값을 출력한다(565). 이상의 알고리즘에 의해서 센서로부터의 응답신호로부터 보다 정확한 피크주파수를 추정할 수 있게 된다.In FIG. 5, first, a surface detectable center peak point is extracted from a frequency spectrum obtained after performing FFT on a response signal (510). The secondary peak points (left and right peak points) located adjacent to the peak portion (left and right peaks) are examined (520) to determine the frequency f 0 of the center peak point and the output power (amplitude) of the point. The magnitude Y 0 , the frequency f −1 of the left peak point and the output magnitude Y −1 , the frequency f +1 of the right peak point, and the output magnitude Y 1 value of the point are obtained as basic data, Calculate the amplitude difference A- 1 (= Y 0 -Y -1 ) and A 1 (= Y 0 -Y 1 ) between the peak point and the center peak point (525). These basic data are checked whether A −1 ≒ A 1 (530). In this case, it is determined that f in = f 0 and the f in value is output (535). If it is not A -1 ≒ A 1, it is again checked whether it is A 1 ≒ 0 (540). In that case, f in = f 0 + (f 1 -f 0 ) / 2 is calculated and the f in value is output (545). ). If A 1 ≒ 0 is not checked, check again whether A -1 <A 1 (550), in which case f in = f 0- (1-A -1 / A 1 ) * (f 1 -f 0 ) / 2 Calculate and output the f in value (555). If A -1 <A 1 is not checked again, check whether A -1> A 1 (560), in which case f in = f 0 + (1-A 1 / A -1 ) * (f 1 -f 0 ) Compute / 2 and output the f in value (565). By the above algorithm, more accurate peak frequency can be estimated from the response signal from the sensor.
제2실시예Second embodiment
도 3은 본 발명에 따른 SAW방식 TPMS센서의 측정 정밀도를 극대화하는 방법의 제2실시예의 프로세스 흐름도이다. 제2실시예에서는 도 2a에 나타낸 기존의 프로세스에 ADC 샘플링 단계와 FFT 실행 단계 사이에 묵음신호(null signal)를 추가하는 단계(300)가 추가로 포함된다. 수신된 응답신호를 샘플링한 신호의 후미에 소정 듀레이션의 가상신호를 추가하는 것이다. 3 is a process flowchart of a second embodiment of a method for maximizing measurement accuracy of a SAW type TPMS sensor according to the present invention. In a second embodiment, a
이렇게 하면 산출되는 출력주파수의 분해능은 샘플링 주파수의 듀레이션 Tspls와 묵음신호의 듀레이션 Tnull에 의해 결정된다. 여기서 묵음신호(null signal)란, 기존 SAW방식 TPMS센서로부터의 응답신호의 듀레이션이 최대 20usec인 것을 상대적으로 늘이기 위하여 응답신호의 시간축 방향에 부가되는, 응답신호의 듀레이션보다 긴 듀레이션을 갖는 가상신호인 것으로 정의한다. The resulting resolution of the output frequency is then determined by the duration T spls of the sampling frequency and the duration T null of the silence signal. Here, the null signal is a virtual signal having a duration longer than the duration of the response signal, which is added to the time axis direction of the response signal in order to relatively increase the duration of the response signal from the existing SAW type TPMS sensor up to 20usec. It is defined as.
예를 들어서, 듀레이션이 236msec인 묵음신호를 더한다면, FFT된 주파수의 분해능 fres = 1/(Tspls+Tnull) = 1/(20usec+236msec) = 3.9kHz가 되어, 기존의 50kHz에 비해 훨씬 주파수 분해능이 감소한다. 즉, 센서 응답신호로부터 변환된 주파수 스펙트럼에서의 주파수 분해능이 감소되므로, 이 스펙트럼상에서 보다 더 정밀하게 피크주파수를 산출할 수 있게 된다. For example, if you add a silent signal with a duration of 236 msec, the resolution of the FFT frequency is f res = 1 / (T spls + T null ) = 1 / (20usec + 236msec) = 3.9 kHz, much more than the existing 50 kHz. Frequency resolution is reduced. That is, since the frequency resolution in the frequency spectrum converted from the sensor response signal is reduced, it is possible to calculate the peak frequency more precisely on this spectrum.
그러나 본 제2실시예는 실제 적용시에, 묵음 신호가 msec 단위 이상으로 너무 길게되면, 그에 따른 FFT 분석시간이 길어지기 때문에, 그만큼 프로세서의 속도가 따라줘야 하는 문제가 생긴다(1회 FFT 분석 시간만 수십 msec가 소요됨). 따라서 실제로 적용시에는 묵음 신호를 수십 usec 길이(약 66usec 정도)로 제한하는 것이 바람직하다.However, in the second embodiment of the present invention, when the silence signal is too long in msec or more, the FFT analysis time is lengthened accordingly, and thus, the speed of the processor must be followed accordingly (one time FFT analysis time). Takes tens of thousands of msec). Therefore, in practical application, it is desirable to limit the silence signal to several tens of usec lengths (about 66usec length).
제2실시예는 단독으로 실시하는 것이 물론 가능하지만, 그 효과가 상기 제1실시예보다는 약하기 때문에 제1실시예에 부가하여 사용하는 것이 더 바람직할 것이다. The second embodiment can of course be practiced alone, but since the effect is weaker than that of the first embodiment, it will be more preferable to use it in addition to the first embodiment.
도 1a~1c는 종래의 SAW방식 TPMS센서에 대하여 설명함1a to 1c illustrate a conventional SAW type TPMS sensor
도 2a, 2b는 종래의 SAW방식 TPMS센서에서의 리더의 동작 양식을 설명함2A and 2B illustrate an operation pattern of a reader in a conventional SAW type TPMS sensor.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 방법을 설명함3 illustrates a method according to a second embodiment of the present invention.
도 4a~4d는 본 발명의 제1실시예의 기본 원리를 설명함4a to 4d illustrate the basic principle of the first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제1실시예의 방법 프로세스 흐름도5 is a method process flow diagram of a first embodiment of the present invention.
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