KR20130138518A - 타이어 위치 정보 송신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 타이어 압력 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 타이어의 압력 상태에 관한 정보와 함께 타이어 위치 정보를 전송하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 지자기 센서로부터 획득한 복수의 자기장 샘플 간의 회전 각도를 계산하여, 회전 방향을 산출하고, 상기 회전 방향의 누적 횟수에 기초하여 타이어의 좌/우측 위치를 결정하는 로직을 제공한다.

Description

타이어 위치 정보 송신 장치 및 방법 {Tire Location Information Transmitting Apparatus and Method}
본 발명은, 타이어의 압력을 감지하여 운전자에게 타이어 압력을 표시하거나 저압이 발생한 타이어의 위치를 표시하는 타이어 압력 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는, 타이어 압력 모니터링 시스템에서 지자기 센서가 감지한 정보에 기초하여 타이어의 위치가 차량의 좌측 또는 우측인지 여부를 확인하고, 타이어의 위치 정보를 송신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
타이어 압력 모니터링 시스템(Tire Pressure Monitoring System : TPMS)이란, 타이어의 압력을 감지하여 적정한 압력으로 유지시키기 위한 장치로 사용되는 것으로서, 타이어 내부에 장착되어 타이어의 압력을 감지하여 차량에 장착된 제어장치로 RF를 이용하여 센싱값과 센서의 고유 ID를 전달하는 센서와 센서로부터 송신된 RF 데이터와 차량의 정보를 수신하여 각 타이어의 상태와 수신기의 상태를 판단하고 운전자가 감지할 수 있는 디스플레이 장치에 디스플레이 정보를 전달해 주는 제어 장치로 구성되어 있다.
TPMS는 운전자에게 디스플레이하는 방법에 따라 High End System과 Low End System으로 구분할 수 있다. High End System은 각각의 타이어 압력을 표시하거나 저압이 발생된 타이어의 위치를 운전자에게 표시하는 기능을 갖는 시스템이고, Low End System은 차량에 장착된 타이어 중 한 개라도 저압이 발생한 경우 운전자에게 저압이 발생하였다는 경고만 표시하는 기능을 갖는 시스템이다.
High End System을 구현하기 위해서는 각 타이어에 장착된 센서에서 센서의 위치에 관련된 정보를 송신하고, 제어 장치에서 활용 가능한 정보를 이용하여 센서의 장착 위치를 결정해야 한다.
종래의 TPMS의 하나인 US007010968(슈레이더,Schrader)에서 제안한 시스템에서는, 센서 내부에 Z,X축의 가속도 센서를 좌우측 바퀴에 장착하고, Z,X축의 가속도 센서 신호가 좌우측의 위상이 다르게 나타난다는 원리를 이용하여 좌우측의 구분을 한다. 그리고, 제어 장치에서 감지되는 센서의 RF 신호 세기는 센서의 거리 자승에 반비례한다는 원리를 이용하여 전후를 구분하는 방법이 적용되어 왔다.
이 제안의 경우 좌우측을 구분하기 위해 2축의 가속도 센서를 필요하게 되어 공간, 재료비의 상승이 필요하게 되고, 신호의 위상차를 감지하기 위해서는 차량의 속도, 도로의 평평도 등에 대한 제한이 따르게 된다. 또한, 전후를 구분하기 위해 제어 장치는 센서의 RF 신호가 차량의 샤시나 전자장치, 탑승자에 의해 세기가 감소되지 않는 위치에 장착이 요구되어 범퍼와 같은 제한된 위치에서만 장착가능하게 되어 추가 와이어 및 방수와 같은 재료비 상승과 공간 제한을 갖게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 센서에 장착된 타이어의 운행 정보(회전속도)를 감지하는 기능을 추가하여 샤시제어기(ABS/ESC)에서 사용하는 휠속 센서 정보와 비교하여 위치를 판별하는 방법이 제안되었다. 이 제안에서는 센서 내부에 Z축의 가속도 센서를 내장하고 휠의 회전에 따라 가속도 센서가 Sine 파형으로 신호가 출력되는 현상을 이용 센서의 신호파형 주기를 이용하여 휠속을 감지하여 제어 장치에 RF로 데이터를 전달하고 제어 장치는 차량에 장착되어 있는 샤시시스템(ABS/ESC)에서 사용하는 휠속 센서를 이용하여 각 휠의 휠속을 감지 센서에서 수신된 휠속과 비교하여 위치를 판별하게 된다.
이 제안의 경우 Z축 가속도 센서 신호 세기에서 보는 바와 같이 Z축 가속도 센서는 휠의 회전 속도에 따라 휠 회전속도 Offset이 발생되게 되며 고속회전의 경우 신호의 Sine파형 대비 큰 Offset으로 인하여 Sine파형의 주기를 감지하는 것이 어렵게 되는 단점이 있으며, 신호의 Sine파형에서 주기를 감지하기 위한 추가 회로가 요구되는 문제점이 존재한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 지자기 센서가 감지한 자기장 샘플 정보에 기초하여 연속된 샘플들의 회전 각도를 측정하고, 회전 각도의 크기 또는 방향을 이용하여 타이어의 위치를 결정하여 송신하는 타이어 위치 정보 송신 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 차량의 타이어에 위치하여 자기장을 감지하는 지자기 센서; 및 상기 지자기 센서가 감지한 자기장 샘플 정보를 입력받아, 상기 타이어의 위치 결정 로직을 실행하는 제어부를 포함하되, 상기 위치 결정 로직은, 상기 샘플 간의 회전 각도를 구하고, 상기 회전 각도의 크기 및 회전 방향 중 적어도 하나의 정보를 이용하여 상기 타이어의 위치를 결정하는 것인 타이어 위치 정보 송신 장치를 제공하여, 타이어 압력 모니터링 시스템에게 타이어 위치 정보를 제공한다.
본 발명의 일면에 따르면, 상기 제어부는 상기 회전 방향이 반시계 방향인 경우에 상기 타이어의 위치가 좌측인 것으로 결정하고, 상기 회전 방향이 시계 방향인 경우에는 상기 타이어의 위치가 우측인 것으로 결정하는 것인 타이어 위치 정보 송신 장치가 제공될 수 있으며, 상기 제어부는 상기 회전 방향이 반시계 방향인 경우의 횟수 및 시계 방향인 경우의 횟수를 측정하고, 상기 횟수가 임계값 이상인지 여부를 확인하여, 상기 타이어의 위치를 결정하는 것인 타이어 위치 정보 송신 장치일 수도 있다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 상기 제어부는 상기 회전 각도가 양수인 경우에는 상기 타이어의 위치가 좌측인 것으로 결정하고, 상기 회전 각도가 음수인 경우에는 상기 타이어의 위치가 우측인 것으로 결정하는 것인 타이어 위치 정보 송신 장치를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명은, 주기적으로 지자기 센서의 샘플을 통해 차량의 주행 여부를 판별하는 단계; 상기 차량이 주행 상태인 것으로 판별된 경우, 상기 지자기 센서로부터 일정 시간 간격으로 복수의 연속적인 센서 샘플을 획득하는 단계; 상기 획득한 센서 샘플들에 기초하여 상기 샘플들의 중심점을 산출하는 단계; 상기 샘플들이 상기 중심점을 중심으로 회전하는 각도를 구하는 단계; 상기 회전 각도의 방향에 기초하여 상기 차량의 타이어의 위치를 결정하는 단계; 및 상기 타이어의 위치 정보를 수신 장치에 전송하는 단계를 포함하는 타이어 위치 정보 송신 방법으로 이용될 수 있다.
본 발명은, 지자기 센서를 이용하여 주행시에 최적화된 타이어 위치 결정 로직을 실행하여, 험로 주행시에도 타이어의 좌/우측 위치 판단의 정확성을 제공하고, 위치 결정 알고리즘의 연산 수를 감소하며, 소모 전류를 최소화하고, 부품 수 감소로 인한 TPMS 제품 가격 하락의 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 위치 정보 송신 장치의 구조를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 위치 정보 송신 방법에서 차량의 주행 상태 여부를 확인하는 방법에 대한 흐름도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 위치 정보 송신 방법에서 타이어의 위치를 결정하는 방법에 대한 흐름도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 위치 정보 송신 방법에서 타이어 위치 정보 획득을 위한 지자기 센서 정보 샘플링하는 단계를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 위치 정보 송신 방법에서 지자기 센서 샘플들의 중심점을 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 위치 정보 송신 방법에서 샘플들의 회전 각도를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 위치 정보 송신 장치의 구조를 나타낸 블록도이다.
타이어 위치 정보 송신 장치(100)는, 지자기 센서(101), 제어부(102) 및 송신부(103)를 포함한다.
지자기 센서(101)는 지구의 자기장을 감지하여 나침반처럼 동서남북과 같은 방향 정보를 감지하는 센서로서, 지구 자기장을 감지하여 센서의 위치를 감지한다. 지자기 센서(101)는, 차량의 주행 방향을 X축, 하늘 방향을 Z축으로 하여, 차량의 주행에 따라 타이어가 회전하게 되면 센서의 장착 각도가 변하게 되므로, 각각의 센서의 위치에 대한 샘플 정보를 생성한다.
지자기 센서(101)는 상기 생성한 자기장 샘플 정보들을 제어부(102)에 전달한다.
제어부(102)는 상기 지자기 센서(101)로부터 자기장 샘플 정보를 입력받아, 상기 정보에 기초하여 타이어의 위치를 결정할 수 있는 로직을 실행한다.
제어부(102)는 타이어 위치 결정 로직을 차량이 주행 중인지 여부를 확인하고, 차량의 주행 중에만 실행하도록 할 수 있다.
제어부(102)가 차량의 주행 여부를 판단하는 방법은, 일정 시간 간격으로 지자기 센서(101)로부터 연속된 두 개의 자기장 샘플 정보를 입력받는다. 그리고, 상기 두 개의 자기장 샘플 간의 거리가 충분히 작으면 차량이 정차 중인 것으로 볼 수 있으므로, 타이어 위치 결정 로직을 실행하지 아니한다.
따라서, 주기적으로 입력받은 두 개의 자기장 샘플 간의 거리가 소정 거리 이상인 경우에만, 타이어 위치 결정 로직을 실행하도록 한다.
도 2에서, 제어부(102)가 타이어 위치 결정 로직의 실행 여부를 결정하기 위해, 차량의 주행 여부를 판단하는 단계에 대한 흐름도를 나타내고 있다.
주기적으로(예컨대, 20초) 연속된 두 개의 자기장 샘플을 획득하고(S200), 획득한 두 개의 샘플 간의 거리 D를 계산한다(S220). 상기 거리 D가 기설정된 소정 거리 이상인지 여부를 확인하여(S240), 소정 거리보다 작은 값을 가질 경우에는 차량이 정차 중인 것으로 볼 수 있으므로, 위치 결정 로직을 실행하지 아니하고, 주기적으로 샘플을 획득하는 단계를 반복한다. 상기 거리 D가 소정 거리 이상인 경우에는, 차량이 주행 중인 것으로 볼 수 있으므로, 타이어 위치 결정 로직을 실행한다(S260).
도 3은, 제어부(102)가 차량의 타이어 위치 결정 로직에 대한 흐름도를 나타내고 있다.
차량이 주행 상태라고 판단되면, 타이어 위치 결정을 위하여 일정 시간 간격으로 연속된 N개의 자기장 샘플 정보를 지자기 센서(101)로부터 전달받는다(S300). 자기장 샘플 정보 간의 시간 간격은 차량의 주행 속도에 따라 결정한다.
도 4에서, 일정 시간(S) 간격으로 자기장 샘플을 획득하는 것을 보여주고 있다.
제어부(102)가 연속된 N개의 자기장 샘플 정보를 입력받으면, 상기 샘플들의 중심점을 산출한다(S310).
도 5에서, 자기장 샘플들의 중심점을 산출하는 과정을 보여주고 있다. 자기장 샘플들은 원의 모양을 이루기 때문에 샘플들의 좌표를 이용하여 샘플들의 중심점을 계산할 수 있다.
제어부(102)가 자기장 샘플들의 중심점을 산출하면, 연속된 두 샘플
Figure pat00001
간의 회전 각도를 계산한다(S320). 이때, i의 초기값은 1이며, 도 6에서 회전 각도를 계산하는 것을 보여주고 있다.
제어부(102)가 연속된 두 샘플 간의 회전 각도를 계산하면, 회전 각도가 0보다 큰 값을 갖는지 여부를 확인한다(S330). 회전 각도가 0보다 크면, 반시계 방향(Counter Clockwise)으로 회전하는 것이므로 CCW의 값을 1만큼 증가시키고, i의 값도 1만큼 증가시킨다(S340).
회전 각도가 0보다 크지 않으면, 회전 각도가 0보다 작은 값을 갖는지 여부를 확인한다(S331). 회전 각도가 0보다 작으면, 시계 방향(Clockwise)으로 회전하는 것이므로 CW의 값을 1만큼 증가시키고, i의 값도 1만큼 증가시킨다(S341).
회전 각도가 0보다 크지도 않고, 작지도 않다면, 회전 방향을 알 수 없으므로 i의 값만 1만큼 증가시킨다(S342).
위치 결정 로직은 N개의 자기장 샘플 간의 회전 각도를 계산하므로, i와 N의 값을 비교하여(S350) i가 N의 값을 가질 때까지 회전 각도 계산 과정을 반복한다.
모든 자기장 샘플 간의 회전 각도를 계산하고 나면, 상기 CCW값과 CW값이 임계값 이상인지 여부를 확인하여, 타이어의 위치를 결정한다. 이때, N개의 자기장 샘플들로 위치 결정 로직을 수행하는 경우, 임계값은 N-2로 한다.
따라서, 제어부(102)는 CCW가 N-2 이상인지 여부를 확인하여(S360), CCW가 N-2 이상이면 타이어의 위치가 차량의 좌측인 것으로 결정한다(S370). CCW가 N-2 이상이 아닌 경우에는, CW가 N-2 이상인지 여부를 확인하여(S361), CW가 N-2 이상이면 타이어의 위치가 차량의 우측인 것으로 결정한다(S372). CCW와 CW가 모두 임계값 N-2보다 작은 경우에는, 타이어의 위치를 알 수 없는 것으로 결정한다(S372). 이때, CCW와 CW가 임계값 이상인지 여부를 확인하는 순서는 반대일 수도 있다.
또는, 제어부(102)는 자기장 샘플 정보로부터 N개의 샘플 간의 회전 각도를 모두 계산하고 회전 방향의 누적 횟수에 기초하여 타이어의 위치를 결정할 수도 있지만, 회전 각도의 크기가 양수인 경우에는 좌측 타이어, 회전 각도의 크기가 음수인 경우에는 우측 타이어인 것으로 결정할 수도 있으며, 선행 측정된 샘플과 후속된 샘플의 위치 관계로부터 타이어의 회전 방향을 파악하여 타이어의 좌우 위치를 결정할 수도 있다.
한편, 신뢰도의 향상을 위하여 제어부(102)가 위치 결정 로직에 의하여 결정된 위치 정보를 일정 시간(예컨대, 15분) 누적시켜 최종 판단하는 단계를 더 포함시킬 수 있다.
제어부(102)는 위치 결정 로직에 의하여 결정된 타이어의 위치 정보를 송신부(103)에 전달한다.
송신부(103)는 제어부(102)로부터 입력받은 타이어의 위치 정보를 수신 장치(110)에 전송한다(S380). 수신 장치(110)는 일반적으로 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS)의 수신 장치로서, 송신부(103)는 타이어 위치 정보와 함께 타이어의 압력 상태에 대한 정보를 전송할 수 있고, TPMS는 송신부(103)로부터 전송받은 정보에 기초하여 저압 상태인 타이어의 위치 정보를 운전자에게 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 타이어 위치 정보 송신 장치
101 : 지자기 센서
102 : 제어부
103 : 송신부
110 : 수신 장치

Claims (15)

  1. 차량의 타이어에 위치하여 자기장을 감지하는 지자기 센서; 및
    상기 지자기 센서가 감지한 자기장 샘플 정보를 입력받아, 상기 타이어의 위치 결정 로직을 실행하는 제어부를 포함하되,
    상기 위치 결정 로직은,
    상기 샘플 간의 회전 각도를 구하고, 상기 회전 각도의 크기 및 회전 방향 중 적어도 하나의 정보를 이용하여 상기 타이어의 위치를 결정하는 것
    인 타이어 위치 정보 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 회전 방향이 반시계 방향인 경우에 상기 타이어의 위치가 좌측인 것으로 결정하고, 상기 회전 방향이 시계 방향인 경우에는 상기 타이어의 위치가 우측인 것으로 결정하는 것
    인 타이어 위치 정보 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 회전 방향이 반시계 방향인 경우의 횟수 및 시계 방향인 경우의 횟수를 측정하고, 상기 횟수가 임계값 이상인지 여부를 확인하여, 상기 타이어의 위치를 결정하는 것
    인 타이어 위치 정보 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 회전 각도가 양수인 경우에는 상기 타이어의 위치가 좌측인 것으로 결정하고, 상기 회전 각도가 음수인 경우에는 상기 타이어의 위치가 우측인 것으로 결정하는 것
    인 타이어 위치 정보 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 샘플 정보들에 기초하여 상기 샘플들의 중심점을 산출하고, 상기 중심점을 중심으로 하여 상기 샘플들의 회전 각도를 구하는 것
    인 타이어 위치 정보 송신 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 샘플 정보에 따른 상기 샘플 간의 거리가 소정 거리 이상인 경우에 상기 차량이 주행 상태인 것으로 인식하는 것
    인 타이어 위치 정보 송신 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    주기적으로 상기 샘플 정보를 확인하여 상기 차량이 주행 상태인지 여부를 판별하는 것
    인 타이어 위치 정보 송신 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 차량이 주행 상태인 것으로 인식 또는 판별된 경우에, 상기 타이어의 위치 결정 로직을 실행하는 것
    인 타이어 위치 정보 송신 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에 의해 결정된 상기 타이어의 위치 정보를 수신 장치에 전송하는 송신부
    를 더 포함하는 타이어 위치 정보 송신 장치.
  10. 주기적으로 지자기 센서의 샘플을 통해 차량의 주행 여부를 판별하는 단계;
    상기 차량이 주행 상태인 것으로 판별된 경우, 상기 지자기 센서로부터 일정 시간 간격으로 복수의 연속적인 센서 샘플을 획득하는 단계;
    상기 획득한 센서 샘플들에 기초하여 상기 샘플들의 중심점을 산출하는 단계;
    상기 샘플들이 상기 중심점을 중심으로 회전하는 각도를 구하는 단계;
    상기 회전 각도의 방향에 기초하여 상기 차량의 타이어의 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 타이어의 위치 정보를 수신 장치에 전송하는 단계
    를 포함하는 타이어 위치 정보 송신 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 회전 각도를 측정하는 단계는
    상기 샘플들의 회전 각도의 크기가 양수인 경우에는 반시계 방향으로 회전하는 것으로 인식하고, 상기 샘플들의 회전 각도의 크기가 음수인 경우에는 시계 방향으로 회전하는 것으로 인식하는 것
    인 타이어 위치 정보 송신 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 타이어의 위치를 결정하는 단계는
    상기 회전 방향이 반시계 방향인 경우에는 상기 타이어의 위치가 좌측인 것으로 결정하고, 상기 회전 방향이 시계 방향인 경우에는 상기 타이어의 위치가 우측인 것으로 결정하는 것
    인 타이어 위치 정보 송신 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 타이어의 위치를 결정하는 단계는
    상기 샘플들의 반시계 방향으로의 회전 횟수 및 시계 방향으로의 회전 횟수를 측정하고, 상기 회전 횟수가 임계값 이상인지 여부를 확인하여, 상기 타이어의 위치를 결정하는 것
    인 타이어 위치 정보 송신 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 타이어의 위치를 결정하는 단계는
    상기 반시계 방향으로의 회전 횟수가 상기 임계값 이상인 경우에는 상기 타이어의 위치가 좌측인 것으로 결정하고, 상기 시계 방향으로의 회전 횟수가 상기 임계값 이상인 경우에는 상기 타이어의 위치가 우측인 것으로 결정하며, 상기 회전 횟수가 모두 상기 임계값보다 작은 경우에는 상기 타이어의 위치를 알 수 없는 것으로 결정하는 것
    인 타이어 위치 정보 송신 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 복수의 연속적인 센서 샘플을 획득하는 단계는
    차량의 주행 속도에 따라 샘플 간의 시간 간격을 결정하고, 상기 일정 시간 간격으로 연속된 센서 샘플을 획득하는 것
    인 타이어 위치 정보 송신 방법.
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