KR20150072476A - 휠 속도 전처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수 개의 투스를 구비하는 톤휠; 상기 투스 각각의 오프셋이 포함된 측정각을 감지하는 홀 센서; 외란(外亂) 발생시, 상기 측정각에 상기 오프셋의 총합을 상기 투스의 갯수로 나눈 보정 오프셋(corrective offset)을 보정하는 오프셋 보정부; 및 상기 오프셋 보정부로부터 산출된 결과치를 기반으로 주파수를 추정하는 주파수 추정부를 포함하는 휠 속도 전처리 장치 및 이를 이용한 휠 속도 전처리 방법에 관한 것이다. 이에 따라, 외란 발생시, 보정 오프셋을 이용하여 주파수의 추정 정확도를 향상시킨다.

Description

휠 속도 전처리 장치 및 방법{Pretreatment apparatus and method of wheel speed}
본 발명은 휠 속도 전처리 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 휠 속도 센서에서 발생되는 신호로부터 타이어의 공기압 추정시, 외란(外亂)에 의하여 발생하는 휠 센서의 감지 오차를 보정하여 주파수 추정 정확도를 향상시키는 휠 속도 전처리 방법에 관한 것이다.
최근 차량에는 차량에 장착된 타이어의 공기압 저하를 검출해 운전자에게 알려주는 타이어 압력 감지 시스템(TPMS, Tire Pressure Monitoring System)이 장착되고 있다.
타이어의 공기압이 낮으면 차량이 쉽게 미끄러져 대형사고로 이어질 가능성이 있고, 연료 소모량이 많아져 연비가 악화되며, 타이어 수명이 짧아질 뿐 아니라, 승차감과 제동력도 많이 떨어진다.
타이어 압력 감지 시스템(TPMS)은 타이어의 압력 강하를 운전자에게 알려줌으로써 타이어의 압력 상태를 점검하여 이러한 문제 발생을 사전에 예방할 수 있게 한다.
TPMS는 타이어의 압력 감소를 직접적으로 측정하는 직접 방식 TPMS(direct Tire Pressure Monitoring System)와 휠 속도를 이용하여 타이어 압력 감소를 간접적으로 측정하는 간접 방식 TPMS(indirect Tire Pressure Monitoring System)으로 구분된다.
직접 방식 TPMS는 타이어에 부착된 압력 센서가 타이어의 공기압 변화를 운전자에게 알려준다. 간접 방식 TPMS는 공기압이 저하되었을 때 생기는 타이어의 응답 특성(예를 들면 회전 속도나 회전 속도의 주파수 특성) 변화를 통해 타이어의 공기압 변화를 간접적으로 추정하고 이를 운전자에게 알려준다.
간접 방식 TPMS는, 동하중 반경(Dynamic Loaded Radius, DLR) 분석 방식과 공진 주파수(Resonance Frequency Method, RFM) 분석 방식으로 더 분류할 수 있다. 이를 각각 반경 분석 및 주파수 분석으로 약칭하기로 한다.
주파수 분석은, 타이어의 공기압이 저하되면 차륜의 회전 속도 신호의 주파수 특성이 변화하는 것을 이용하여 공기압이 정상인 타이어와의 차이를 검출하는 방식이다. 주파수 분석에서는, 차륜의 회전 속도 신호의 주파수 해석에 의해 구할 수 있는 공진 주파수에 주목해, 초기화 시에 추정한 기준 주파수보다 당해 공진 주파수가 낮게 산출되면 타이어의 공기압이 저하된 것으로 판단한다.
반경 분석은, 공기압이 저하된 타이어가 주행 시에 동하중 반경이 작아지고, 그 결과 공기압이 정상인 타이어보다 빠르게 회전하는 현상을 이용해, 4개의 타이어의 회전 속도를 비교함으로써 공기압 저하를 검출하는 방식이다(일본공개특허 제1988-305011호 참조).
그러나, 직접 방식 TPMS는 타이어 압력 측정을 위한 추가적인 부품이 더 필요하여 구성이 복잡해지고, 제조 비용이 증가하는 문제가 있어 간접 방식 TPMS가 사용된다.
특히, 간접 방식 TPMS는 주로 ABS(Anti-lock Braking System) 또는 ECS(Electronic Controlled Suspension)의 휠 센서 신호로부터 타이어의 공기압을 추정한다.
상기 ABS 또는 상기 ECS의 휠 센서는 톤휠과 홀센서를 사용하여 속도 신호를 생성한다. 톤휠은 소결방식으로 생성된 기계 구조물이며 보통 한바퀴 회전시 47~49개 정도의 투스(Tooth)를 가진다.
도 1을 참조하여 살펴보면, 상기 투스 사이의 이상각(ideal angle)은 2π/N으로 구할 수 있다. 여기서, N은 투스의 총 갯수를 나타낸다.
그러나, 실제로는 가공오차 등으로 인해 상기 투스 사이의 측정각(measurement angle)은 상기 이상각에 오차각(Angle Error)이 더해진다. 즉, 오차각은 측정각과 이상각의 차이로 구할 수 있다.
하지만, 오차각을 포함하더라도 톤휠의 1회전에 대한 각도는 360도로 일정하며, 1회전에 대한 각각의 각도 오차를 합하면 0이 된다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 각도 측정시에 측정 오차 또는 기계적 충격 등과 같은 외란(外亂)이 가해지면 각도 오차의 합이 0이 되지 않는다. 이 경우 주파수 추정시, 외란에 의하여 정확한 주파수 추정을 할 수 없다.
그에 따라, 휠 센서에 의하여 측정되는 값이 부정확해지기 때문에 정확한 타이어 공기압을 추정하기 어려운 문제가 발생한다.
대한민국 등록특허 제10-1334233호.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외란 발생시, 휠 센서에 의하여 감지되어 송출되는 속도 신호의 투스 오차를 줄임으로서 주파수 추정 정확도를 향상시킬 수 있는 휠 속도 전처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 복수 개의 투스를 구비하는 톤휠; 상기 투스 각각의 오프셋이 포함된 측정각을 감지하는 홀 센서; 외란(外亂) 발생시, 상기 측정각에 보정 오프셋(corrective offset)을 보정하는 오프셋 보정부; 및 상기 오프셋 보정부로부터 산출된 결과치를 기반으로 주파수를 추정하는 주파수 추정부를 포함하며, 상기 보정 오프셋은 상기 오프셋의 총합을 상기 투스의 갯수로 나눈 수식에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 휠 속도 전처리 장치에 의하여 달성된다.
또한, 상기 목적은 본 발명에 따라, (a) 홀 센서를 이용하여 톤휠의 투스를 감지하여 오프셋이 포함된 측정각을 획득하는 단계; (b) 외란 발생시, 보정 오프셋을 산출하는 단계; (c) 산출된 상기 보정 오프셋을 이용하여 상기 측정각을 보정하는 단계; 및 상기 (c) 단계에서 산출된 결과치를 기반으로 주파수를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 속도 전처리 방법에 의하여 달성된다.
여기서, 상기 보정 오프셋은 상기 오프셋의 총합을 상기 투스의 갯수로 나눈 하기의 수식에 의하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00001
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 휠 속도 전처리 장치 및 방법은, 외란 발생시, 보정 오프셋을 이용하여 주파수의 추정 정확도를 향상시킨다.
즉, 외란에 의하여 발생된 오프셋을 상기 투스의 총 갯수로 나눈 후 상기 투스 각각의 측정각에 가감하여 주파수의 추정 정확도를 향상시킨다.
도 1은 톤휠의 투스 각각의 이상각을 나타내는 도면이고,
도 2는 오차각의 유무에 따른 휠의 동일한 각속도일때의 주파수 추정 결과를 나타내는 도면이고,
도 3 및 도 4은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 휠 속도 전처리 장치를 나타내는 도면이고,
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 휠 속도 전처리 장치의 톤휠의 아이들 케이스(ideal case)를 나타내는 도면이고,
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 휠 속도 전처리 장치의 톤휠의 리얼 케이스(real case)를 나타내는 도면이고,
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 휠 속도 전처리 장치의 보정 오프셋에 의한 보정 전, 후를 나타내는 도면이고,
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 휠 속도 전처리 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 관한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면번호(참조번호)로 표시된 부분은 동일한 요소들을 나타낸다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 휠 속도 전처리 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
차량은, 도 3에 도시된 바와 같이, 휠(미도시)에 결합되는 허브(10)에 장착되어 허브(10)와 함께 회전하는 디스크(20)를 포함할 수 있다. 여기서, 디스크(20)는 내판(21)과 외판(22)이 그 사이에 방사상으로 형성된 리브(23)에 의해 일체로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 차량은 디스크(20)를 관통하는 휠축(11)에 결합되어 디스크(20)의 회전시 함께 회전하는 톤휠(30)과, 톤휠(30)에 근접 설치되어 톤휠(30)을 감지하여 속도 신호를 생성하는 홀 센서(40)를 포함할 수 있다.
여기서, 톤휠(30)은 원판 형상의 외주면에 복수 개의 투스(Tooth)(31)와 골(32)로 이루어진 톱니형상이 반복되게 형성된 외관을 가질 수 있도록 형성된다.
그리고, 홀 센서(40)는 톤휠(30)의 회전에 따라 생성되는 주파수를 이용하여 속도 신호를 생성한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 휠 속도 전처리 장치는,도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 톤휠(30), 홀 센서(40), 오프셋 보정부(50) 및 주파수 추정부(60)를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하여 살펴보면, 4개의 투스(31)가 마련된 톤휠(30)의 경우, 1 회전시 전체각은 4X가 된다. 여기서, X는 투스(31) 간의 이상각(ideal angle)을 나타낸다. 그리고, 도 5에 있어서, 상기 X는 가상선 L을 기준으로 도시된다.
그러나, 도 6을 참조하여 살펴보면, 실제로는 각각의 톤휠(31)의 경우, 측정각(measurement angle)인 X1=X+offset1+offset2, X2=X-offset2, X3=X-offset3, 및 X4=X+offset3-offset1이 감지된다. 즉, 각각의 투스(31) 사이에는 오프셋(Offset)이 존재할 수 잇다.
하지만, X1+X2+X3+X4=4X이기 때문에, 도 5에 도시된 것처럼 1회전시 동일한 전체각을 갖는다.
이에 따라, 하기의 수학식 1에 도시된 바와 같이, 오프셋의 총합을 투스(31)의 갯수(N: Number of teeth)으로 나눈 보정 오프셋(corrective offset)을 구할 수 있다.
Figure pat00002
따라서, 외란(外亂)에 의한 왜곡이 없을 경우 상기 보정 오프셋의 값은 0이 될 것이다.
그러나, 보정 오프셋의 값이 존재하게 되는 경우 이를 외란에 의한 영향으로 판단하여 오차각(Angle Error)을 보정 오프셋으로 보정하게 된다.
즉, 상기 휠 속도 전처리 장치(1)의 오프셋 보정부(50)는, 외란에 의하여 주파수의 정확한 추정할 수 없는 경우, 오차각(Angle Error)을 보정 오프셋으로 보정하여 주파수를 추정한다.
도 7을 참조하여 좀 더 상세히 살펴보면, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 외란(A)이 발생하면, 보정 오프셋(corrective offset)은 0이 아닌 값을 획득하게 된다.
그에 따라, 오프셋 보정부(50)는, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 측정각에 산출된 상기 보정 오프셋을 더함으로써, 주파수의 추정 정확도를 향상시킨다.
즉, 외란에 의하여 발생된 오프셋을 투스(31)의 총 갯수로 나눈 후 투스(31) 각각의 측정각에 가감하여 주파수의 추정 정확도를 향상시킨다.
한편, 주파수 추정부(60)는, 외란 발생시 측정각에 산출된 상기 보정 오프셋이 보정된 결과치를 포함하는 신호를 통하여 정확도가 향상된 주파수 추정이 가능하게 된다.
본 발명은 톤휠(30)에 4개의 투스(31)가 형성된 것을 그 예로 하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 톤휠(30)에는 갯수에 관계없이 복수 개의 투스(31)가 형성될 수 있음은 물론이다.
이하, 도 8을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 휠 속도 전처리 장치 방법(S1)에 대하여 설명한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 휠 속도 전처리 장치 방법(S1)은 홀 센서를 이용하여 톤휠(30)의 투스(31)를 감지하여 오프셋이 포함된 측정각을 획득하는 단계(S10), 외란 발생시, 보정 오프셋을 산출하는 단계(S20), 산출된 상기 보정 오프셋을 이용하여 상기 측정각을 보정하는 단계(S30) 및 상기 S30 단계에서 산출된 결과치를 기반으로 주파수를 추정하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
홀 센서를 이용하여 톤휠의 투스를 감지하여 오프셋이 포함된 측정각을 획득하는 단계(S10)에서는, 홀 센서(40)를 이용하여 톤휠(30)의 투스(31)를 감지하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 오프셋이 포함된 측정각(X1, X2, X3, X4)을 감지한다.
외란 발생시, 보정 오프셋을 산출하는 단계(S20)에서는 상기 오프셋의 총합을 상기 투스의 갯수로 나눈 상기 수학식 1의 수식에 의하여 상기 보정 오프셋을 산출한다. 즉, 외란에 의하여 상기 오프셋의 총합은 0이 아닌 값을 얻게 된다. 그에 따라, 상기 수학식 1의 수식에 의하여 산출된 상기 보정 오프셋을 획득하게 된다.
산출된 상기 보정 오프셋을 이용하여 상기 측정각을 보정하는 단계(S30)와 상기 S30 단계에서 산출된 결과치를 기반으로 주파수를 추정하는 단계(S40)에서는 투스(31) 각각의 측정각에 산출된 상기 보정 오프셋을 이용하여 보정하고, 이를 토대로 산출된 결과치를 이용하여, 주파수의 추정 정확도를 향상시킨다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 휠 속도 전저리 장치 30 : 톤휠
40 : 홀 센서 40 : 오프셋 보정부
50 : 주파수 추정부

Claims (3)

  1. 복수 개의 투스를 구비하는 톤휠;
    상기 투스 각각의 오프셋이 포함된 측정각을 감지하는 홀 센서;
    외란(外亂) 발생시, 상기 측정각에 보정 오프셋(corrective offset)을 보정하는 오프셋 보정부; 및
    상기 오프셋 보정부로부터 산출된 결과치를 기반으로 주파수를 추정하는 주파수 추정부를 포함하며,
    상기 보정 오프셋은 상기 오프셋의 총합을 상기 투스의 갯수로 나눈 하기의 수식에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 휠 속도 전처리 장치.
    Figure pat00003
  2. (a) 홀 센서를 이용하여 톤휠의 투스를 감지하여 오프셋이 포함된 측정각을 획득하는 단계;
    (b) 외란 발생시, 보정 오프셋을 산출하는 단계;
    (c) 산출된 상기 보정 오프셋을 이용하여 상기 측정각을 보정하는 단계; 및
    상기 (c) 단계에서 산출된 결과치를 기반으로 주파수를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 속도 전처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보정 오프셋은 상기 오프셋의 총합을 상기 투스의 갯수로 나눈 하기의 수식에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 휠 속도 전처리 장치.
    Figure pat00004

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