KR20200052186A - 타이어 공진 주파수 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

타이어 공진 주파수 추정 장치가 제공된다. 상기 타이어 공진 주파수 추정 장치는, 톤휠의 회전을 감지하는 센서, 및 상기 감지를 연산하여 생성되는 보정 휠속으로부터 미리 설정되는 필터링을 통해 엔진 노이즈가 제거된 필터링 휠속을 생성하고, 상기 필터링 휠속을 이용하여 타이어 공진 주파수를 추정하는 신호 처리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

타이어 공진 주파수 추정 장치 및 방법{Apparatus and Method for estimating the resonant frequencies of a tire}
본 발명은 타이어 공진 주파수 추정 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 엔진 노이즈에 무관하게 타이어의 저압 상태를 감지할 수 있는 타이어 공진 주파수 추정 장치 및 방법에 대한 것이다.
일반적으로 타이어의 회전반경 및 강성 변화량을 감지하여 타이어의 공기압 부족 상태를 판단한다. 부연하면, 휠속도 센서는 정상 압력 대비 상대적인 타이어의 회전 반경 및 강성 변화량을 연산하여 저압 여부를 판정한다.
그런데, 이러한 방식의 경우, 엔진 폭발 노이즈 제거에 대한 기술이 없다. 즉, 엔진 주파수에 노이즈 개입이 발생한다. 이로 인해 일정 RPM(revolution per minute) 이내에서, 타이어 공기압과 무관하게 엔진 RPM에 비례하여 타이어 공진 주파수가 추정되는 문제점이 존재한다.
또한, 동일 타이어 공기압 및 일정 RPM이내에서(약 1700RPM), RPM에 비례하여 추정 주파수값의 증가 현상이 발생한다. 따라서, 일정 RPM이내에서는 공진 주파수 추정을 통한 타이어의 저압여부 판별이 불가능하다는 문제점이 있다.
1.미국등록특허번호 제7,240,542B2호 2.한국공개특허번호 제10-2010-0097993호 3.한국공개특허번호 제10-2010-0005848호
본 발명은 위에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 엔진 노이즈에 무관하게 타이어의 저압 상태를 감지할 수 있는 타이어 공진 주파수 추정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 저속 속도 구간에서도 타이어의 공진 주파수를 추정할 수 있는 타이어 공진 주파수 추정 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 엔진 노이즈에 무관하게 타이어의 저압 상태를 감지할 수 있는 타이어 공진 주파수 추정 장치를 제공한다.
상기 타이어 공진 주파수 추정 장치는,
톤휠의 회전을 감지하는 센서; 및
상기 감지를 연산하여 생성되는 보정 휠속으로부터 미리 설정되는 필터링을 통해 엔진 노이즈가 제거된 필터링 휠속을 생성하고, 상기 필터링 휠속을 이용하여 타이어 공진 주파수를 추정하는 신호 처리기;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 필터링은 엔진 RPM(revolution per minute)으로부터 연산된 엔진 주파수를 이용하여 설계되는 노치 필터를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 필터링은 미리 설정되는 밴드 패스 필터 및 상기 노치 필터에 미리 설정되는 가중치를 각각 달리 적용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밴드 패스 필터는 미리 설정되는 타이어의 회전반경 진동 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서는 차량의 종 가속도, 횡 가속도 및 요레이트를 측정하는 자이로 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자이로 센서를 통해 종가속도 또는 횡가속도가 미리 설정된 제1설정값보다 크거나, 요레이트가 미리 설정된 제2설정값보다 크면, 상기 타이어 공진 주파수를 추정하는 연산을 실행하지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 처리기가 차량의 차체 자세 제어를 동작시키는 자세 제어 정보를 수신하면, 상기 타이어 공진 주파수를 추정하는 연산을 실행하지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 처리기는 차량의 차속이 미리 설정되는 제3설정값보다 작거나 제4설정값보다 크면, 상기 타이어 공진 주파수를 추정하는 연산을 실행하지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보정 휠속은 톤휠 각도 및 톤휠 오차각을 보정하고 평균 필터를 이용하여 생성되는 평균톤휠 오차를 각 톤휠의 펄스 카운터별로 적용하여 생성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타이어 공진 주파수는 오토-리그레시브 모델을 이용하여 이산화 및 간략화가 수행됨으로써 산출되는 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 센서가 톤휠의 회전을 감지하는 감지 단계; 신호 처리기가 상기 감지를 연산하여 생성되는 보정 휠속으로부터 미리 설정되는 필터링을 통해 엔진 노이즈가 제거된 필터링 휠속을 생성하는 필터링 단계; 및 상기 신호 처리기가 상기 필터링 휠속을 이용하여 타이어 공진 주파수를 추정하는 주파수 추정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 방법을 제공한다..
본 발명에 따르면, 차량 속도 및/또는 엔진 RPM(revolution per minute)에 강건한 타이어 의 공진 주파수 추정이 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 저속 속도 구간에서도 타이어 공진 주파수 추정을 통해 타이어의 저압감지 성능을 확보하는 것이 가능하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 공진 주파수 추정 장치의 구성 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 센서의 설치 개념도이다.
도 3은 도 1에 도시된 센서의 출력 신호를 보여주는 펄스도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 공진 주파수 추정 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 일반적인 톤휠 오차의 발생원리를 보여주는 개념도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 4에 도시된 보정 연산 과정을 세부적으로 보여주는 그래프이다.
도 7은 도 6c에 도시된 보정 휠속의 경우, 보간 휠속 연산을 위한 선형 보간법을 설명하는 개념도이다.
도 8은 도 4에 도시된 밴드 패스 필터링 과정을 세부적으로 보여주는 그래프이다.
도 9는 도 4에 도시된 엔진 노이즈를 제거하기 위한 노치 필터의 개념을 보여주는 개념도이다.
도 10은 도 4에 도시된 타이어의 공진 주파수를 연산하는 개념을 보여주는 개념도이다.
도 11a 내지 11c는 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 압력에 따른 추정 주파수를 보여주는 예시이다.
도 12는 일반적인 엔진 노이즈 미제거 상태를 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 노이즈 제거 상태를 보여주는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 공진 주파수 추정 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 공진 주파수 추정 장치의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 휠의 회전을 감지하는 센서(110), 휠의 회전 감지에 따라 휠속을 생산하고, 이 휠속을 보정, 필터링 등을 통해 엔진 노이즈를 제거하여 타이어 공진 주파수를 추정하는 신호 처리기(120), 엔진 정보, 차량 신호 등을 신호 처리기(120)에 전송하는 차량 제어기(130) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
센서(110)는 휠속 센서, 자이로 센서 등을 포함하여 구성될 수 있다. 휠속 센서는 휠 펄스 카운터가 될 수 있다. 자이로 센서는 차량의 종/횡 가속도 및 요레이트를 측정한다. 따라서, 선회 상황, 급가감속 주행시, 타이어 공진 주파수 연산이 예외로 처리된다.
신호 처리기(120)는 휠의 회전 감지를 연산하여 연산 휠속을 생성하는 휠속 연산 모듈(121), 연산 휠속을 보정하여 보정 휠속을 생성하는 보정 모듈(122), 보간을 통해 보정 휠속을 일정 샘플링 시간(Ts)의 휠속에 해당하는 보간 휠속을 생성하는 보간 모듈(123), 상기 보간 휠속으로부터 미리 설정되는 필터링을 통해 엔진 노이즈가 제거된 필터링 휠속을 생성하는 필터링 모듈(124), 상기 필터링 휠속을 이용하여 타이어 공진 주파수를 추정하는 주파수 연산 모듈(125) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
차량 제어기(130)는 신호 처리기(120)를 비롯하여 차량을 제어하기 위한 구성부품들을 제어하는 기능을 한다. 특히, 차량 제어기(130)는 엔진(미도시)을 제어하는 ECU(Engine Control Unit)(미도시)와 연결되어 엔진 정보를 획득할 수 있다. 엔진 정보로는 엔진 RPM(revolution per minute), 엔진 시동, idle 상태 등을 들 수 있다.
또한, 차량 제어기(130)는 자세 제어기(ESC: Electronic Stability Controller)(140)와 연결될 수 있다. 자세 제어기(140)는 차량의 차체 자세를 제어하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 자세 제어기(140)는 ABS(Antilock Brake System), TCS(Traction Control System), 및 VDC(Vehicle Dynamic Control System) 등과 연계되어 차량의 자세를 제어한다. 따라서, 차량 제어기(130)는 자세 제어기(140)로부터 차량의 차체 자세 제어를 동작시키는 자세 제어 정보인 ESC 작동 플래그 신호를 수신할 수 있다.
차량 제어기(130), 자세 제어기(140)는 제어를 수행하기 위해 마이크로프로세서, 메모리, 전자 회로 등을 포함하여 구성될 수 있다.
도 1에 기재된 "~모듈"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 센서의 설치 개념도이다. 도 2를 참조하면, 차량 휠(200)의 내측에 설치되는 톤휠(210)의 회전을 감지하기 위해 센서(110)가 설치된다. 따라서, 차량 휠(200)이 회전함에 따라 이에 대응하여 톤휠(210)도 회전되므로 센서(110)가 이러한 회전을 실시간으로 감지한다. 센서(110)는 휠속 센서가 사용되며, 특히 MR(Magnetroresistive) 센서가 사용될 수 있다. 일반적으로 톤휠(210)은 원반 형상으로 가장자리에 톱니 형상이 형성되는 기어 형태이다. 이를 보여주는 도면이 도 5에 도시되며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
도 3은 도 1에 도시된 센서(110)의 출력 신호를 보여주는 펄스도이다. 도 3을 참조하면, 휠 펄스 카운터 연산(310)은 라이징 엣지(rising edge)간의 발생 시간 연산(320)과 같다. 즉, 로직 샘플링 주기(약 5ms)내에 발생한 라이징 엣지의 갯수를 측정하여 휠 펄스를 카운팅한다. 따라서, 휠 펄스 카운터를 이용한 휠속은 다음 수학식과 같다.
Figure pat00001
여기서, MCU(Micro control unit) 클럭 주기 = 1.0MHz이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 공진 주파수 추정 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 센서(110)가 차량 휠(도 2의 200)의 회전을 감지함에 따라 신호 발생시켜 신호 처리기(120)에 전송한다. 신호가 전송되면, 휠속 신호 처리기(120)는 이 신호를 연산하여 연산 휠속을 생성한다(단계 S410).
이후, 톤휠각이 제조산포에 이해 오차각을 갖게 되므로, 신호 처리기(120)는 이러한 오차를 연산하고 보정을 통하여 보정 휠속을 생성한다(단계 S420). 즉, 톤휠 오차각 보정을 통해 각 톤휠의 펄스 카운터에 의한 휠속을 연산한다. 부연하면, 펄스 카운터 입력이 들어올 때마다 보정 휠속이 연산된다. 이를 이벤트 도메인에서 발생하는 것으로 정의할 수 있다.
이후, 신호 처리기(120)는 보정 휠속을 선형 보간을 통해 보간 휠속으로 생성한다(단계 S430). 즉, 일정 샘플링 시간(Ts)의 휠속을 연산한다. 이는 이벤트 도메인에서 타임 도메인으로 변경하는 것을 의미한다.
이후, 신호 처리기(120)는 약 30~60Hz의 밴드 패스 필터를 적용하여 필터링 휠속을 생성한다(단계 S440). 일반적으로, 30~60Hz는 타이어 회전 반경의 진동 범위이다.
이후, 신호 처리기(120)는 엔진 RPM(revolution per minute)으로부터 연산된 엔진 주파수를 이용하여 설계되는 노치 필터를 적용하여 엔진 노이즈를 제거한다(단계 S450).
이후, 신호 처리기(120)는 모델 기반 파라미터 추정을 통해 타이어 공진 주파수를 연산한다(단계 S460).
도 5는 일반적인 톤휠 오차의 발생원리를 보여주는 개념도이다. 도 5를 참조하면, 톤휠(210)의 원주면에는 톱니(510)가 형성되고 톱니(510)들 사이에 홈부(520)가 형성된다. 따라서, 인접한 2개의 톱니(510)사이에 형성되는 톤휠각은 2π/톤휠개수이다. 그런데, 이러한 톤휠각은 이상적으로 모두 동일하다고 가정할 있으나, 제조 산포에 의해 오차각이 존재한다. 따라서, 이러한 오차각에 따른 톤휠 오차를 보정할 필요가 있다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure pat00002
여기서, i는 자연수이다.
물론, 1회전시 휠속은 일정한 것으로 가정한다. 또한, 1회전 평균 휠속을 가정한다.
도 6a 내지 도 6c는 도 4에 도시된 보정 연산 과정을 세부적으로 보여주는 그래프이다. 도 6a은 휠펄스 카운터 연산을 보여주는 그래프이다. 즉, 펄스 카운터 입력이 들어올때마다 휠속이 연산된다. 즉, 이는 이벤트 도메인이 된다.
도 6b는 톤휠 오차 연산을 보여주는 그래프이다. 평균 필터를 이용한 평균 톤휠 오차 연산은 다음식과 같다.
Figure pat00003
여기서, k는 자연수이고, k > i이다.
또한, 도 6b에서 deg는 각도(degree)를 의미한다.
도 6c는 보정 휠속 연산을 보여주는 그래프이다. 즉, 도 6a 및 6b에 따른 톤휠 오차각 보정을 통한 각 톤휠의 펄스카운터에 의한 휠속 연산이 이루어지면 각 톤휠별 톤휠 오차 보정 휠속 연산이 수행된다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure pat00004
여기서, 2π/톤휠 개수는 톤휠 각도이다.
그런데, 이러한 보정휠속 연산은 아래 조건이 하나라도 만족할 경우, 예외가 된다.
- 차체 자세 제어 작동
- 제동 작동 및 기어 변속
도 6c에서 rad는 radian을 의미한다.
도 7은 도 6c에 도시된 보정 휠속의 경우, 보간 휠속 연산을 위한 선형 보간법을 설명하는 개념도이다. 일반적으로, 보정 휠속 연산의 경우, 톤휠의 라이징 엣지(rising edge)가 발생할때마다 휠속 연산이 발생한다. 이 경우, 이벤트 도메인에 해당한다. 따라서, 신호 필터링 및 모델 기반 파라미터 추정 기법의 사용을 위해, 일정 샘플링 시간(Ts)의 휠속이 요구된다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 선형 보간법을 이용하여 보간 휠속을 생성한다. 도 7을 참고하면, Ts는 약 2ms이다. 즉, 톤휠 오차 보정 휠속은 T0,T1,T2 주기로 발생하고, 보간 휠속은 이보다 작은 일정한 샘플링 시간(Ts)을 갖는 t0,t1,t2,t3,t4 주기로 발생한다.
따라서, 일정 샘플링 시간의 휠속 연산은 다음 수학식을 이용하여 이루어진다.
Figure pat00005
여기서, 초기값은 y(t0) = Y(T0)이고, y = 선형 보간 휠속, Y = 톤휠 오차 보정 휠속이다.
펄스 시간을 위 수학식에 대입하면, 다음 수학식과 같다.
Figure pat00006
따라서, 일정 샘플링 시간의 보간휠속(y(ti)) 연산은 다음 수학식과 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00007
여기서, ti - T(k)는 잔여(remain) 시간이고, △Y = 보정 휠속[i] - Y(k-1)이고, α=
Figure pat00008
이다.
α를 다시 정의하면 다음 수학식과 같다.
Figure pat00009
또한, 시간 업데이트는 ti = ti + Ts(2ms)이다.
따라서, 선형 보간 과정을 보면 다음과 같다.
휠속 보간이 활성화(=true)되면 잔여 시간이 0보다 작은 동안에는 보간 휠속y(ti)이 연산된다. 물론, 보간 개수는 +1씩 증가하며, 잔여 시간은 +2ms씩 증가한다.
한편, 휠속 보간이 활성화되지 않은 상태이면 활성화로 변경하고, 보간 휠속[0] = 보정 휠속[i], 보간 개수 = 1, 잔여 시간 = 2ms으로 설정한다. 이 경우, Y(k-1) = 보정 휠속[i]가 된다.
또한, 이러한 보건 휠속 연산도 아래 조건이 하나라도 만족할 경우, 타이어 공진 주파수 연산시 예외로 처리된다. 즉 관련 변수가 초기화된다.
- ||종가속도|| > 약 0.1g
- ||횡가속도|| > 약 0.1g
- ||요레이트|| > 약 3deg/s
- 차속 < 약40kph 또는 차속 > 약 110kph
- 차체 자세 제어 작동
- 제동 작동 및 기어 변속 감지
도 8은 도 4에 도시된 밴드 패스 필터링 과정을 세부적으로 보여주는 그래프이다. 도 8을 참조하면, 보간 휠속에 약 30 ~ 60Hz의 밴드 패스 필터를 적용하여 필터링을 수행한다. 보간 휠속(810)에 밴드 패스 필터(820)를 적용하여 필터링을 수행하면, 밴드 패스 필터링 휠속(830)이 생성된다.
도 9는 도 4에 도시된 엔진 노이즈를 제거하기 위한 노치 필터의 개념을 보여주는 개념도이다. 도 9를 참조하면, 엔진 피스톤의 4행중 폭발에 의해 차체 진동이 발생하며, 이것이 엔진 주파수가 된다. 즉, 4기통 4행정 엔진의 경우, 2회전시 4번의 폭발이 발생한다. 따라서, 엔진 주파수는 다음식과 같이 정의할 수 있다.
Figure pat00010
따라서 엔진 노이즈 제거를 위한 노치 필터의 전달함수는 다음식과 같이 정의할 수 있다.
Figure pat00011
여기서, U(z)는 입력 함수이고, Y(z)는 출력 함수이며, p = 거절폭(rejection width)(910)이고, w0 = 2π x Ts x 엔진 주파수이고, z는 노치 주파수이다. 도 9에서 노치 주파수=엔진 주파수(920)이다. 또한, mag는 magnitude 이다.
노치 필터를 적용하여 최종적으로 최종 필터링 휠속은 다음 수학식과 같이 정의된다.
Figure pat00012
여기서, 가중치는 미리 실험에 의해 구해지는 것이거나 사용자가 설정하는 임의 값이 될 수 있다.
물론 밴드 패스 필터 및 노치 필터를 적용하여 생성되는 필터링 휠속에 대해 FFT(Fast Fourier Transform) 분석 및 Order 분석을 적용할 수 있다. FFT 분석을 통해, Band-Pass 필터링 휠속에서 엔진 주파수 영역의 노이즈 개입을 확인할 수 있다. 또한, 엔진 주파수 기반으로 설계된 노치 필터 적용 시, 엔진 노이즈 제거 성능을 확인할 수 있다.
도 10은 도 4에 도시된 타이어의 공진 주파수를 연산하는 개념을 보여주는 개념도이다. 도 10을 참조하면, 차량 휠(200)이 지면(1010)상에서 휠 회전 운동에 의해 진행한다. 이러한 회전 운동 방정식은 다음 수학식과 같다.
Figure pat00013
여기서, y = 휠 회전각,
Figure pat00014
= 휠 회전 가속도, T = 휠 구동 토크, Ftx = 종방향 타이어 힘, r = 타이어 반지름, b = 타이어 댐핑, k = 타이어 강성, Jw = 타이어 관성이다.
이러한 휠 회전 운동 방정식을 2차 전달함수로 표현할 수 있다. 이를 나타내면 다음 수학식과 같다.
Figure pat00015
여기서, Y(s)는 출력 함수이고, U(s)는 입력 함수이며, s는 공진 주파수이다.
타이어의 공진 주파수 추정만이 목적이므로, 위 수학식을 오토-리그레시브 모델(Auto-Regressive model)을 이용하여 이산화 및 간략화를 수행한다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure pat00016
여기서, θ는 추정 파라미터이고,
Figure pat00017
이며, T는 전치 행렬을 나타내고, H는 전달 함수를 나타낸다.
위 수학식에 RLS(Recursive Least Square) 기법을 적용하면 다음과 같다.
Figure pat00018
여기서, e(t)는 추정 에러를 나타낸다.
한편, 손실 함수(V(θ))는 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00019
여기서, λ = 상실 요인(forgetting factor)이다.
또한, LRS 기반의 파라미터 추정은 다음 수학식과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00020
여기서, K(t) = RLS 게인이다.
따라서, 타이어 공진 주파수 추정은 다음 수학식과 같다.
Figure pat00021
여기서, Ts = 샘플링 시간이다.
도 11a 내지 11c는 본 발명의 일실시예에 따른 타이어 압력에 따른 추정 주파수를 보여주는 예시이다. 도 11a 내지 도 11c를 참조하면, 타이어의 공기압 45psi, 35psi, 25psi에 따라 주행 속도 및 추정 타이어 공진 주파수를 나타낸다. 여기서 psi는 pound per square inch이다.
특히, 도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 노치 필터를 미적용할때와 적용할때의 추정 공진 주파수의 변동이 큰 것을 확인할 수 있다.
도 12는 일반적인 엔진 노이즈 미제거 상태를 보여주는 그래프이다. 도 12를 참조하면, 엔진 노이즈 제거 기법이 미적용되는 경우, 추정 공진 주파수를 보여준다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 노이즈 제거 상태를 보여주는 그래프이다. 도 13을 참조하면, 엔진 노이즈 제거 기법이 적용되는 경우, 추정 공진 주파수를 보여준다. 도 13을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 노이즈 제거 기법을 통해 주행속도 변동에 강건한 타이어 공진 주파수를 추정할 수 있다. 또한, 주행속도 변동에 강건한 타이어 공기압 저압감지 성능을 확보할 수 있다.
또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다.
여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
100: 타이어 공진 주파수 추정 장치
110: 센서
120: 신호 처리기
121: 휠속 연산 모듈 122: 보정 모듈
123: 보간 모듈 124: 필터링 모듈
125: 주파수 연산 모듈
130: 차량 제어기
140: 자세 제어기

Claims (20)

  1. 톤휠의 회전을 감지하는 센서; 및
    상기 감지를 연산하여 생성되는 보정 휠속으로부터 미리 설정되는 필터링을 통해 엔진 노이즈가 제거된 필터링 휠속을 생성하고, 상기 필터링 휠속을 이용하여 타이어 공진 주파수를 추정하는 신호 처리기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터링은 엔진 RPM(revolution per minute)으로부터 연산된 엔진 주파수를 이용하여 설계되는 노치 필터를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필터링은 미리 설정되는 밴드 패스 필터 및 상기 노치 필터에 미리 설정되는 가중치를 각각 달리 적용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 밴드 패스 필터는 미리 설정되는 타이어의 회전반경 진동 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 차량의 종 가속도, 횡 가속도 및 요레이트를 측정하는 자이로 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 자이로 센서를 통해 종가속도 또는 횡가속도가 미리 설정된 제1설정값보다 크거나, 요레이트가 미리 설정된 제2설정값보다 크면, 상기 타이어 공진 주파수를 추정하는 연산을 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 처리기가 차량의 차체 자세 제어를 동작시키는 자세 제어 정보를 수신하면, 상기 타이어 공진 주파수를 추정하는 연산을 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 처리기는 차량의 차속이 미리 설정되는 제3설정값보다 작거나 제4설정값보다 크면, 상기 타이어 공진 주파수를 추정하는 연산을 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 휠속은 톤휠 각도 및 톤휠 오차각을 보정하고 평균 필터를 이용하여 생성되는 평균톤휠 오차를 각 톤휠의 펄스 카운터별로 적용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 타이어 공진 주파수는 오토-리그레시브 모델을 이용하여 이산화 및 간략화가 수행됨으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 장치.
  11. 센서가 톤휠의 회전을 감지하는 감지 단계;
    신호 처리기가 상기 감지를 연산하여 생성되는 보정 휠속으로부터 미리 설정되는 필터링을 통해 엔진 노이즈가 제거된 필터링 휠속을 생성하는 필터링 단계; 및
    상기 신호 처리기가 상기 필터링 휠속을 이용하여 타이어 공진 주파수를 추정하는 주파수 추정 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 필터링은 엔진 RPM(revolution per minute)으로부터 연산된 엔진 주파수를 이용하여 설계되는 노치 필터를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 필터링은 미리 설정되는 밴드 패스 필터 및 상기 노치 필터에 미리 설정되는 가중치를 각각 달리 적용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 밴드 패스 필터는 미리 설정되는 타이어의 회전반경 진동 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서는 차량의 종 가속도, 횡 가속도 및 요레이트를 측정하는 자이로 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 자이로 센서를 통해 종가속도 또는 횡가속도가 미리 설정된 제1설정값보다 크거나, 요레이트가 미리 설정된 제2설정값보다 크면, 상기 타이어 공진 주파수를 추정하는 연산을 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 신호 처리기가 차량의 차체 자세 제어를 동작시키는 자세 제어 정보를 수신하면, 상기 타이어 공진 주파수를 추정하는 연산을 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 신호 처리기는 차량의 차속이 미리 설정되는 제3설정값보다 작거나 제4설정값보다 크면, 상기 타이어 공진 주파수를 추정하는 연산을 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 보정 휠속은 톤휠 각도 및 톤휠 오차각을 보정하고 평균 필터를 이용하여 생성되는 평균톤휠 오차를 각 톤휠의 펄스 카운터별로 적용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 타이어 공진 주파수는 오토-리그레시브 모델을 이용하여 이산화 및 간략화가 수행됨으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 타이어 공진 주파수 추정 방법.
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