KR20230046329A - 차량의 안전시스템 - Google Patents

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KR20230046329A
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양희군
이중희
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 차량의 안전운행을 위한 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 타이어의 노화를 감지하고 이에 기반하여 제동력을 조절하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 차량의 안전시스템은, 전자식 안정성 제어장치로서, 차량의 타이어의 공기압 정보 및 휠속 정보를 실시간으로 수집하는 정보수집부; 및 실시간으로 수집되는 상기 공기압 정보 및 휠속 정보에 기반하여 타이어의 노화를 판단하는 정보처리부;를 포함하는 전자식 안정성 제어장치를 포함한다.

Description

차량의 안전시스템{SAFETY SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 안전운행을 위한 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 타이어의 노화를 감지하고 이에 기반하여 제동력을 조절하는 시스템에 관한 것이다.
타이어 공기압 경보장치(Tire Pressure Monitoring System, TPMS)는 운전자에게 타이어 공기압에 대한 정보를 제공하고 경고를 하는 장치로, 세계 많은 나라에서 차량에 TPMS의 설치를 의무화하고 있다.
TPMS는 직접식 TPMS와 간접식 TPMS로 분류될 수 있다. 전자의 경우 4 개의 공기압 측정센서가 네 개의 각 휠에 장착되고, 각 측정센서에 의해 각 휠의 공기압이 측정된다. 측정된 공기압은 차량의 전자제어유닛에 송신되고, 전자제어유닛이 타이어의 저압 여부를 판단하고 경고한다. 반면, 간접식 TPMS는 직접식 TPMS처럼 추가적인 전자제어유닛 및 센서 없이 구현된다. 즉, 차량에서 제동 제어를 하고 있는 전자식 안정성 제어장치(Electronic Stability Control, ESC)를 이용하여 각 타이어의 휠의 속도 변화를 감지하여 타이어 저압 여부를 판단하고 알리는 방식이다.
직접식 TPMS는 정확하고 신속한 공기압 측정이 가능한 반면, 센서의 유지 보수가 필요하며 애프터마켓 휠과 호환이 불가능하다. 반면 간접식 TPMS는 센서와 전자제어유닛을 필요로 하지 않아 원가 절감이 가능하지만 주기적인 초기화가 필요하고 정확도가 떨어진다.
간접식 TPMS는 추가 구성품 없이 ESC를 이용한다는 점에서 원가 절감의 이점이 있으나 타이어 저압 경보의 정확도가 낮아 직접식 TPMS가 주로 적용되고 있다.
등록특허공보 제10-0231340호 (등록일자: 1999.08.28)
본 발명은, 타이어 노화에 의한 제동력 부족으로 인한 차량의 충돌사고 발생을 예방하기 위한 차량의 안전시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.
본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 차량의 안전시스템은, 전자식 안정성 제어장치로서, 차량의 타이어의 공기압 정보 및 휠속 정보를 실시간으로 수집하는 정보수집부; 및 실시간으로 수집되는 상기 공기압 정보 및 휠속 정보에 기반하여 타이어의 노화를 판단하는 정보처리부;를 포함하는 전자식 안정성 제어장치를 포함한다.
본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 차량의 안전시스템의 동작방법은, 전자식 안정성 제어장치에 의해 차량의 타이어의 공기압 및 휠속을 실시간으로 수집하는 단계; 상기 전자식 안정성 제어장치에 의해 실시간으로 수집되는 상기 공기압 및 휠속에 기초하여 타이어의 노화가 있는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 타이어의 노화가 있는 것으로 판단된 경우, 상기 전자식 안정성 제어장치에 의해 일정 동작이 수행되는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 타이어 노화에 의한 제동력 부족으로 인하여 발생되는 차량의 충돌사고를 예방할 수 있는 차량의 안전시스템이 제공된다.
본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 안전시스템의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 구현예에 따라 타이어 노화에 기반한 제동 조절방법을 도시하고,
도 3은 본 발명에 따른 안전시스템의 동작 흐름도이다.
발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명은 직접식 타이어 공기압 측정과 간접식 타이어 공기압 측정 원리를 동시에 이용하여 타이어의 노화 정도를 자동으로 감지한다. 그리고 타이어 노화 정도에 따라 제동력을 자동으로 조절하고, 노화 정도가 일정 치를 초과하는 경우 타이어의 점검 또는 교체를 권고한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 노화된 타이어에 대한 인식 없이 차량을 주행하는 경우 발생할 수 있는 심각한 사고를 예방할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량의 안전시스템은 타이어 공기압 경보 시스템(TPMS, 10) 및 전자식 안정성 제어장치(ESC, 30)를 통해 구현될 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 시스템은 사용자의 입력을 입력받고, 산출된 정보를 출력할 수 있는 입출력부(50)를 더 포함할 수 있다.
타이어 공기압 경보 시스템(10)은 차량의 각 타이어의 공기압을 모니터링하도록 구성된다. 이를 위하여, 공기압 측정센서(110)는 각 휠에 부착되고, 각 공기압 측정센서(110)는 각 휠의 타이어의 공기압을 측정하도록 구성된다. 일 구현예에서, 타이어 공기압 경보 시스템(10)은 전술한 직접식 타이어 공기압 경보시스템에 해당한다.
본 발명에 따르면, 전자식 안정성 제어장치(30)는 차량의 상태 정보를 수집하고 수집된 정보를 처리하여, 타이어의 노화 정도에 따라 제동력을 조절하고 타이어 노화에 관한 알림을 제공한다.
전자식 안정성 제어장치(30)는 차량의 상태 정보를 실시간으로 수집하도록 구성되는 정보수집부(130)를 포함한다. 본 발명의 구현예에 따르면, 정보수집부(130)는 휠속 정보수집부(132) 및 타이어 공기압 정보수집부(134)를 포함한다.
휠속 정보수집부(132)는 차량의 각 휠에 장착되는 휠속센서로부터 각 휠의 휠속 정보와 휠속 정보에 기반한 타이어 동반경 정보를 수집하도록 구성된다. 타이어 공기압 정보수집부(134)는 타이어 공기압 경보 시스템(10)의 공기압 측정센서(110)에 의해 측정된 각 타이어의 공기압 정보를 수집한다.
전자식 안정성 제어장치(30)는 정보수집부(130)에 의하여 수집된 정보를 처리하도록 구성되는 정보처리부(230)를 포함한다. 정보처리부(230)는 정보수집부(130)에서 수집된 데이터 세트를 비교하여 타이어의 노화도를 판단하도록 구성된다. 일 구현예에서, 정보처리부(230)는 타이어 공기압 정보수집부(134)에 의해 수집된 현재 공기압과 기 설정된 기준 공기압을 비교한다. 또한, 일 구현예에서, 정보처리부(230)는 휠속 정보수집부(132)에 의해 수집된 휠속 및/또는 동반경 정보와 기 설정된 기준 휠속 및/또는 기준 동반경과 비교한다. 일 구현예에서, 타이어 공기압 정보수집부(134)에 의해 수집된 현재 공기압과 기 설정된 기준 공기압을 비교하고, 동시에 휠속 정보수집부(132)에 의해 수집된 휠속 및/또는 동반경 정보와 기준 휠속 및/또는 기준 동반경과 비교하여, 두 값의 변화 정도를 판단한다. 예를 들어, 측정된 현재 공기압은 기준 공기압과 비교하여 큰 변화가 없으나 감지된 휠속 및/또는 동반경에 일정 수준 이상의 변화가 있는지 판단한다. 그리고 공기압에는 큰 변화가 없으나 휠속 및/또는 동반경에 일정 수준의 변화가 있는 것으로 판정되면 정보처리부(230)는 타이어가 노화된 것으로 판단한다.
전자식 안정성 제어장치(30)는, 타이어의 노화가 판단되면 타이어의 노화 정도에 기초하여 선택되는 단계를 실행하도록 구성된다.
먼저, 타이어의 노화 정도가 미리 설정된 노화 임계값을 초과하는 것으로 판단되는 경우 전자식 안정성 제어장치(30)는 타이어의 점검 또는 교환에 관한 알림을 제공한다. 일 구현예에서, 전자식 안정성 제어장치(30)는 해당 알림 메시지가 입출력부(50)에 표시되도록 한다. 일 구현예에서, 입출력부(50)는 차량의 클러스터, AVN (Audio, Video, & Navigation) 등을 포함할 수 있다. 따라서, 입출력부(50)를 통해 전자식 안정성 제어장치(30)로부터의 출력이 표시될 수도 있고, 사용자에 의하여 전자식 제어장치에 조건 등이 입력될 수도 있다. 예를 들어, 타이어 교체 알림에 따라 타이어가 교체된 뒤에는 입출력부(50)의 입력을 통해 전자식 안정성 제어장치(30)의 노화 판단 로직이 리셋될 수 있다.
반면 타이어의 노화 정도가 노화 임계값을 초과하지는 않지만 노화가 진행되고 있는 것으로 판정된 경우, 전자식 안정성 제어장치(30)는 타이어의 노화도에 따른 제동 조절을 실행한다. 본 발명에 의하면, 타이어의 노화가 심해질수록 제동력을 높여 제동 거리가 정상 상태와 비슷하도록 유지시킬 수 있다.
타이어 노화 정도의 판단은 노화에 따라 변하는 휠속 주파수에 의해 결정될 수 있다. 타이어가 노화되면 휠속의 주파수가 변화하는데, 본 발명에 의하면, 이러한 주파수 변동량에 따라 타이어 노화의 정도를 판단한다.
도 2와 같이, 전자식 안정성 제어장치(30)의 기억부(330)에는 노화 정도에 따른 타이어-노면간 마찰계수와 슬립율 사이의 관계가 사전에 저장된다(여기에서 슬립율이란 타이어와 노면 간 발생하는 미끄럼 정도로서, 차속과 휠속을 통해 계산될 수 있고, 타이어-노면간 마찰계수는 슬립율에 따라 변화한다). 즉, 기억부(330)에는 각 노화 정도에 따라 변화하는 타이어-노면간 마찰계수(μ) 및 슬립율(s) 관계가 저장된다. 도 2에 개괄적으로 도시된 바와 같이, 노화 정도에 따라 μ-s 커브가 정의된다.
통상적으로 전자식 안정성 제어장치(30)는 ABS (Anti-lock braking system) 제어 시 타이어-노면간 마찰을 최대로 이용하기 위하여 타이어의 목표 슬립율에 따라 제동력을 조절한다. 본 발명에 의하면, 타이어의 노화가 있으면 μ-s 관계의 변화에 따라 목표 슬립율을 변경시켜 변경된 목표 슬립율을 기준으로 ABS 제어를 실시하도록 함으로써 제동력을 최대화할 수 있다. 다시 말하면, 전자식 안정성 제어장치(30)는 판단된 노화의 정도에 따라 기억부(330)에 저장된 μ-s 관계에 기반하여 목표 슬립율을 변화시킴으로써 제동력을 극대화한다.
이하에서는 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 차량의 안전시스템의 작동에 관하여 설명한다.
단계 S100에서 노화 감지 및 제동력 조절 작동이 시작된다.
입출력부(50)로부터 리셋 요청이 수신되면 기준값, 즉, 타이어 공기압의 기준 공기압, 동반경 및/또는 휠속의 기준 휠속 및/또는 기준 동반경이 설정된다(S110). 전자식 안정성 제어장치(30)는 기준 공기압과 기준 휠속(및/또는 기준 동반경)을 리셋 요청 당시의 타이어의 공기압 및 휠속(및/또는 동반경)으로 설정한다. 예를 들어, 리셋 요청 시점에 타이어 공기압 정보수집부(134)에 의해 수집된 타이어의 공기압이 38 psi (제곱인치당 파운드 힘)이라면 상기 값과 그 당시 휠속 정보수집부(132)에 의해 수집된 휠속(및/또는 동반경)이 기준 휠속 또는 기준 동반경이 된다. 이와 같이 설정된 기준 공기압과 기준 동반경 및/또는 기준 휠속은 기억부(330)에 임시적으로 저장될 수 있다. 즉, 차회 리셋이 되면 이전 설정된 기준 공기압, 기준 동반경 및/또는 기준 휠속은 삭제될 수도 있다.
기준값 설정 후 차량 주행이 시작되면 전자식 안정성 제어장치(30)의 휠속 정보수집부(132) 및 타이어 공기압 정보수집부(134)는 타이어의 공기압 변화와 각 타이어의 동반경 및 휠속의 변화를 지속적으로 감지한다(S120).
그리고 단계 S130에서 전자식 안정성 제어장치(30)는 감지된 타이어 공기압, 휠속(및/또는 동반경)에 기초하여 타이어의 노화 여부를 판단한다. 전술한 바와 같이, 측정된 공기압은 기준 공기압과 차이가 없으나 휠속 또는 동반경이 기준 휠속 또는 기준 동반경과 차이가 있는 경우 전자식 안정성 제어장치(30)는 타이어에 노화가 있는 것으로 판단한다. 그리고 휠속 주파수의 변화 정도에 따라 노화 정도를 판단한다.
만일 타이어의 노화 정도가 미리 설정된 노화 임계값을 초과하는 것으로 판단되면(S140) 전자식 안정성 제어장치(30)는 입출력부(50)를 통해 노화를 알린다(S150). 운전자는 이 정보에 기초하여 타이어를 점검하고 교환할 수 있다. 예를 들어, 공기압은 변하지 않았으나 동반경 또는 휠속이 기준값에 비해 일정 범위를 초과하여 차이가 난다면 타이어의 노화가 심한 것으로 판단되고, 점검/교환받을 것을 알린다. 타이어가 교환된 후에는 입출력부(50)를 통해 리셋 입력이 될 수 있고, 작동방법은 다시 시작된다.
타이어의 노화가 일정 범위를 초과하지 않는 것으로 판단되면, 전술한 바와 같이, 전자식 안정성 제어장치(30)는 타이어의 노화 정도에 적합한 제동력을 설정한다(S160).
본 발명은 TPMS 시스템과 ESC를 이용하여 타이어의 노화 정도를 자동으로 감지하여 그 노화 정도에 따라 제동력을 자동 조정한다. 또한, 노화가 심한 경우 운전자에게 타이어의 점검을 받을 것을 통지한다.
본 발명은 운전자에 의한 차량 주행 중에도 제동력 부족에 따른 충돌 사고를 미리 예방할 수 있고, 자율주행차량에서도 효과적으로 적용될 수 있다. 타이어의 교체가 필요한 정도의 노화가 되면 운전자에게 경보를 줌으로써, 타이어를 점검/교환할 수 있도록 하여 타이어의 터짐/찢어짐을 통한 대형 사고를 미리 예방할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10: TPMS: 타이어 공기압 경보 시스템
30: 전자식 안정성 제어장치 50: 입출력부
110: 공기압 측정센서 130: 정보수집부
132: 휠속 정보수집부 134: 타이어 공기압 정보수집부
230: 정보처리부 330: 기억부

Claims (17)

  1. 전자식 안정성 제어장치로서, 차량의 타이어의 공기압 정보 및 휠속 정보를 실시간으로 수집하는 정보수집부; 및 실시간으로 수집되는 상기 공기압 정보 및 휠속 정보에 기반하여 타이어의 노화를 판단하는 정보처리부;를 포함하는 전자식 안정성 제어장치를 포함하는 것인 차량의 안전시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 정보처리부는,
    실시간으로 수집되는 상기 공기압 정보 및 휠속 정보를, 각각, 기 설정된 기준 공기압 및 기준 휠속과 비교하여 타이어의 노화를 판단하도록 구성되는 것인 차량의 안전시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 정보처리부는,
    실시간으로 수집되는 상기 공기압 정보의 기준 공기압에 대한 변화량에 비하여 실시간으로 수집되는 상기 휠속 정보의 기준 휠속에 대한 변화량이 큰 경우 타이어가 노화된 것으로 판단하는 것인 차량의 안전시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 정보처리부는,
    실시간으로 수집되는 상기 휠속 정보와 기준 휠속과의 차이가 노화 임계값을 초과하는 경우 상기 차량의 입출력부에 타이어 점검 요청 메시지를 출력하도록 구성되는 것인 차량의 안전시스템.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 정보처리부는,
    상기 차량의 휠속 주파수 변화량에 기반하여 상기 타이어의 노화 정도를 판단하도록 구성되는 것인 차량의 안전시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 전자식 안정성 제어장치는 상기 타이어의 노화 정도에 따라 상기 차량의 제동력을 조절하도록 구성되는 것인 차량의 안전시스템.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 전자식 안정성 제어장치는 상기 타이어의 노화 정도에 따라 변하는 타이어-노면간 마찰계수와 슬립율 사이의 관계에 기초하여 상기 차량의 제동력을 조절하도록 구성되는 것인 차량의 안전시스템.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 전자식 안정성 제어장치는 해당 노화 정도의 타이어-노면간 마찰계수와 슬립율 사이의 관계에서 결정되는 목표 슬립율을 기준으로 ABS(Anti-lock braking system) 제어를 실행하도록 구성되는 것인 차량의 안전시스템.
  9. 전자식 안정성 제어장치에 의해 차량의 타이어의 공기압 및 휠속을 실시간으로 수집하는 단계;
    상기 전자식 안정성 제어장치에 의해 실시간으로 수집되는 상기 공기압 및 휠속에 기초하여 타이어의 노화가 있는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 타이어의 노화가 있는 것으로 판단된 경우, 상기 전자식 안정성 제어장치에 의해 일정 동작이 수행되는 단계;
    를 포함하는 것인 차량의 안전시스템의 동작방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 타이어의 노화가 있는지 여부를 판단하는 단계는,
    실시간으로 수집되는 상기 공기압 및 휠속을 각각 기 설정된 기준 공기압 및 기준 휠속과 비교하여 타이어의 노화 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것인 안전시스템의 동작방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 기준 공기압 및 기준 휠속은 상기 전자식 제어장치와 통신하는 입출력부을 통해 리셋 요청이 입력될 때의 타이어의 공기압 및 휠속으로 설정되는 것인 동작방법.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 타이어의 노화가 있는 것으로 판단된 경우, 상기 일정 동작은,
    상기 전자식 안정성 제어장치에 의해 상기 타이어의 노화 정도가 노화 임계값을 초과하는지 판단하는 단계;
    를 포함하는 것인 동작방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 타이어의 노화 정도가 노화 임계값을 초과하는 것으로 판단되는 경우, 상기 전자식 안정성 제어장치에 의해 상기 전자식 제어장치와 통신하는 입출력부를 통해 타이어 점검 요청 메시지를 표시하도록 구성되는 것인 동작방법.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 타이어의 노화 정도가 노화 임계값을 초과하지 않는 것으로 판단되는 경우, 상기 전자식 안정성 제어장치에 의해 상기 타이어의 노화 정도에 따라 차량의 제동력이 조절되는 단계;
    를 포함하는 것인 동작방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 전자식 안정성 제어장치는,
    상기 타이어의 노화 정도에 따라 변화하는 타이어-노면간 마찰계수 및 슬립율 사이의 관계에서 결정되는 목표 슬립율에 따라 제동력을 조절하도록 구성되는 것인 동작방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 타이어의 노화 정도별 타이어-노면간 마찰계수 및 슬립율 사이의 관계는 상기 전자식 안정성 제어장치에 미리 저장되는 것인 동작방법.
  17. 청구항 9에 있어서, 상기 타이어의 공기압은, 상기 전자식 안정성 제어장치와 통신하고 타이어의 공기압을 실시간으로 측정하도록 구성되는 타이어 공기압 경보시스템으로부터 수집되는 것인 동작방법.
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