KR20230161387A - 노면 상태 진단 시스템 및 이를 구비하는 휠베어링 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하는데 이용되는 노면 상태 진단 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템은 차량의 작동 상태와 관련된 정보를 검출하는 센싱부와, 센싱부로부터 검출된 차량의 작동 상태 정보를 기초로 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하는 진단부를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 센싱부는 휠의 회전속도를 검출하는 회전속도 센싱부와 차량의 가속도 정보를 검출하는 가속도 센싱부를 포함하고, 진단부는 회전속도 센싱부로부터 검출된 회전속도 관련 정보와 가속도 센싱부로부터 검출된 주행방향 가속도 관련 정보를 상호 비교해 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.

Description

노면 상태 진단 시스템 및 이를 구비하는 휠베어링{ROAD CONDITION DIAGNOSIS SYSTEM AND WHEEL BEARING PROVIDED THEREWITH}
본 발명은 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하는 노면 상태 진단 시스템 및 이를 구비하는 휠베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단순한 방식으로 신뢰성 있는 노면 상태 진단이 가능한 노면 상태 진단 시스템 및 이를 구비하는 휠베어링에 관한 것이다.
최근의 차량들은 주행성 및 안정성을 향상시키기 위해 다양한 제어 시스템들을 구비하고 있으며, 이러한 제어 시스템에 차량의 작동 상태에 관한 정보를 제공하기 위해 다양한 센서들이 장착되어 이용되고 있다.
예컨대, 차량에는 급제동시 휠에 잠금 현상이 발생해 차량이 미끄러지는 것을 방지하는 안티록 브레이크 시스템(ABS; Anti-Lock Brake System), 노면과의 접지 마찰력에 따라 엔진 토크를 조정해 구동륜의 슬립을 방지하고 주행 안정성을 향상시키는 트랙션 컨트롤 시스템(TCS; Traction Control System), 차량의 주행 중에 각 휠에 걸리는 브레이크 액압과 엔진 토크를 제어해 차량의 주행 자세를 안정시키는 안정성 제어 시스템(ESC; Electronic Stability Control) 등이 주행성 및 안정성 제어를 위해 구비되어 이용되고 있다.
그런데, 차량은 다양한 노면 상태의 도로에서 주행되어야 하기 때문에 제어 시스템을 이용해 차량을 보다 안정적으로 제어하기 위해서는 주행 중인 도로의 노면 상태를 감지해 이러한 정보를 제어에 반영할 필요가 있다.
예컨대, 차량이 미끄러운 노면 상태의 도로를 주행하거나 선회할 경우 차량의 자세 및 주행을 안정적으로 제어하기 위해서는 차량의 각 휠에 인가되는 토크 및 제동력을 적절한 값으로 재분배하여 제공해야 하며, 이를 위해서는 제어 시스템에 노면 상태와 관련된 정보(예컨대, 노면의 마찰 계수 등)가 제공될 필요가 있다.
이러한 이유로 최근에는 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단해 이에 대한 정보를 사용자 또는 차량의 제어 시스템에 제공하는 기술이 제안되고 있다. 예컨대, 특허문헌 1을 참조하면 주행 중인 차량에서 검출되는 가속도 신호를 기초로 주행하고 있는 도로의 노면 상태를 진단하는 기술이 개시되어 있다.
구체적으로, 특허문헌 1에 개시된 종래의 노면 상태 진단 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 차체(20)에 탄성부재(30)를 개재한 상태로 장착된 휠(40)의 일측에 가속도 센서(50)를 부착하여 가속도 센서(50)를 통해 주행 중에 발생하는 차량의 수직방향(상하방향) 가속도를 검출해 평가유닛(60)으로 제공하여 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성되며, 주행 중인 도로의 노면 상태는 가속도 센서를 통해 검출된 수직방향 가속도 신호를 FFT 분석해 주파수 스펙트럼을 산출한 뒤 산출된 주파수 스펙트럼에서 로컬 최대값을 식별하여 식별된 주파수 스펙트럼의 최대값을 기초로 판단하도록 구성된다.
그러나, 이러한 종래의 노면 상태 진단 시스템은 가속도 센서를 통해 검출된 가속도 신호를 주파수 분석하여 노면 상태를 판단하도록 구성되어 있기 때문에 노면 상태 판단을 위해 복잡한 알고리즘의 주파수 분석이 수행되어야 하고, 이로 인해 노면 상태 진단 시스템의 구성이 복잡해지는 문제가 있다.
또한, 주파수 분석을 통해 산출되는 주파수 스펙트럼은 다양한 모드로 구현될 수 있기 때문에, 전술한 종래의 노면 상태 진단 시스템에서와 같이 가속도 신호를 주파수 분석하여 산출된 주파수 정보만을 기초로 노면 상태를 진단하게 되면 진단 결과에 높은 신뢰성을 보장하기 어려운 문제가 있다.
미국특허 제8,437,907호 (등록일: 2013.05.07.)
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 회전속도 센싱부로부터 검출된 휠의 회전속도 관련 정보와 가속도 센싱부로부터 검출된 차량의 가속도 관련 정보를 상호 비교해 주행 중인 도로의 노면 상태를 보다 간단하고 신뢰성 있게 진단할 수 있도록 구성된 노면 상태 진단 시스템 및 이를 구비하는 휠베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하는데 이용되는 노면 상태 진단 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템은 차량의 작동 상태와 관련된 정보를 검출하는 센싱부와, 센싱부로부터 검출된 차량의 작동 상태 정보를 기초로 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하는 진단부를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 센싱부는 휠의 회전속도를 검출하는 회전속도 센싱부와 차량의 가속도 정보를 검출하는 가속도 센싱부를 포함하고, 진단부는 회전속도 센싱부로부터 검출된 회전속도 관련 정보와 가속도 센싱부로부터 검출된 주행방향 가속도 관련 정보를 상호 비교해 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 진단부는 회전속도 센싱부에서 검출된 휠의 회전속도 정보를 시간에 대한 미분 연산 및 주행방향 정보로의 변환 연산을 수행해 산출된 주행방향 가속도 정보와 가속도 센싱부에서 검출된 주행방향 가속도 정보를 상호 비교해 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 진단부는 가속도 센싱부에서 검출된 주행방향 가속도 정보를 시간에 대한 적분 연산 및 회전방향 정보로의 변환 연산을 수행해 산출된 회전속도 정보와 회전속도 센싱부에서 검출된 회전속도 정보를 상호 비교해 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 진단부는 회전속도 센싱부에서 검출된 휠의 회전속도 정보를 시간에 대해 미분 연산하여 산출된 회전 가속도 정보와 가속도 센싱부에서 검출된 주행방향 가속도 정보를 회전방향 정보로 변환 연산하여 산출된 회전 가속도 정보를 상호 비교해 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 진단부는 회전속도 센싱부에서 검출된 휠의 회전속도 정보를 주행방향 정보로 변환 연산하여 산출된 주행방향 속도 정보와 가속도 센싱부에서 검출된 주행방향 가속도 정보를 시간에 대해 적분 연산하여 산출된 주행방향 속도 정보를 상호 비교해 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노면 상태 진단 시스템은, 회전속도 센싱부로부터의 회전속도 관련 신호와 가속도 센싱부로부터의 주행방향 가속도 관련 신호가 미리 정해진 범위 내에서 일치하는 경우에는 휠 슬립이 발생하지 않은 것으로 판단하고, 회전속도 센싱부로부터의 회전속도 관련 신호와 가속도 센싱부로부터의 주행방향 가속도 관련 신호가 미리 정해진 범위를 벗어나서 위치하는 경우에는 휠 슬립이 발생한 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노면 상태 진단 시스템은 정해진 시간 내에 휠 슬립이 미리 정해진 횟수 이상 발생한 경우 주행 중인 도로의 노면 상태가 미끄러운 노면 상태인 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노면 상태 진단 시스템으로부터 판단된 노면 상태 정보는 저장부로 전달되어 저장되거나, 표시부를 통해 사용자에게 표시되거나, 구동장치를 제어하는데 이용되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노면 상태 진단 시스템으로부터 판단된 노면 상태 정보는 노면 상태가 검출된 위치 정보와 함께 저장되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노면 상태 진단 시스템으로부터 판단된 노면 상태 정보는 노면 상태가 검출된 위치 정보 및 노면 상태가 검출된 시점의 시간 정보와 함께 저장되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노면 상태 진단 시스템은 미끄러운 노면으로 저장되어 있는 도로를 주행할 때 해당 정보를 사용자에게 표시하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노면 상태 진단 시스템은 미끄러운 노면으로 저장되어 있는 도로를 주행할 때 미끄러운 노면에 적합한 상태로 차량의 주행상태를 자동으로 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 차륜을 차체에 회전 가능하게 장착하여 지지하는 휠베어링이 제공될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링은 전술한 노면 상태 진단 시스템을 구비하도록 구성될 수 있다.
이 외에도, 본 발명에 따른 노면 상태 진단 시스템 및 이를 구비하는 휠베어링에는 본 발명의 기술적 사상을 해치지 않는 범위에서 다른 부가적인 구성이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템 및 이를 구비하는 휠베어링은 회전속도 센싱부로부터 검출된 휠의 회전속도 관련 정보와 가속도 센싱부로부터 검출된 차량의 주행방향 가속도 관련 정보를 상호 비교해 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성되어 있어, 보다 신뢰성 있는 노면 상태 진단이 가능하며 나아가 종래에 비해 단순한 구조 및 알고리즘으로 노면 상태 진단 시스템을 구현하는 것이 가능해질 수 있게 된다.
도 1은 종래의 노면 상태 진단 시스템의 일례를 예시적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템을 구비하는 휠베어링을 예시적으로 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 휠베어링의 단면 구조를 예시적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템을 구성하는 가속도 센싱부의 구조를 예시적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템의 개략적인 구성도를 예시적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템에서 회전속도 센싱부(휠속도 센서; Wheel Speed Sensor)에서 검출된 휠의 회전속도 정보[도 6의 (a)]와 이를 시간에 대해 미분하고 주행방향 정보로 변환하여 산출된 주행방향 가속도 정보[도 6의 (b)]를 예시적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템에서 가속도 센싱부를 통해 검출된 차량의 주행방향 가속도 정보를 예시적으로 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙여 설명하도록 한다. 또한, 도면에 도시된 각 구성요소들의 형상 및 크기는 설명의 편의를 위해 임의로 도시된 것이므로, 본 발명이 반드시 도시된 형상 및 크기로 한정되는 것은 아니다. 즉, 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변형되어 구현될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템 및 휠베어링
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템 및 이를 구비하는 휠베어링이 예시적으로 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템 및 이를 구비하는 휠베어링은 후술하는 바와 같이 회전속도 센싱부에서 검출된 휠의 회전속도 관련 정보와 가속도 센싱부에서 검출된 차량의 주행방향 가속도 관련 정보를 상호 비교해 주행하고 있는 도로의 노면 상태를 단순하고 신뢰성 있는 방식으로 진단할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템을 구비하는 휠베어링(100)의 구조를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링(100)은 통상의 휠베어링과 유사하게 회전요소(110)가 비회전요소(140)에 대해 전동체(150)를 통해 회전 가능하게 장착되어 회전요소(110)에 장착된 차륜이 차체에 고정되는 비회전요소(140)에 회전가능하게 지지되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전요소(110)는 차륜의 휠이 장착되는 휠허브(120)와 휠허브(120)에 압입되어 장착되는 내륜(130)을 포함하여 구성될 수 있으며, 비회전요소(140)는 차량의 샤시 부품에 결합되어 차체에 고정되는 외륜 등으로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링은 이러한 구조로 한정되어야 하는 것은 아니고 통상의 휠베어링에 적용될 수 있는 다른 다양한 구조로 형성되어도 무방하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전요소(110)를 구성하는 휠허브(120)는 축방향을 따라 연장하는 대략 원통형의 형상으로 형성될 수 있으며, 휠허브(120)의 일측 외주면에는 휠측 장착 플랜지(122; 허브 플랜지)가 구비될 수 있다. 휠측 장착 플랜지(122)는 휠허브(120)의 반경방향 외측으로 연장된 형상으로 형성되어 볼트부재 등을 통해 차륜의 휠 및/또는 브레이크 디스크를 장착하는데 이용될 수 있다. 한편, 휠허브(120)의 차체측 단부에는 내륜(130)이 장착되도록 구성될 수 있으며, 휠허브(120)의 외주면 일부에는 궤도면(내측 궤도면)이 형성되어 전동체(150)를 반경방향 내측에서 지지하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내륜(130)은 휠허브(120)의 외주면에 하나 이상 압입되어 장착되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 내륜(130)은 휠허브(120)의 차체측 단부에 압입되어 장착된 상태에서 휠허브(120)의 단부를 도 3에 도시된 바와 같이 소성변형시키거나 휠허브(120)의 차체측 단부에 너트 등을 체결해 휠허브(120)에 안착되어 유지되도록 구성될 수 있다. 또한, 내륜(130)의 외주면에는 전동체(150)가 접촉하는 궤도면(내측 궤도면)이 구비되어 전동체를 반경방향 내측에서 지지하도록 구성될 수 있다.
다만, 도면에 도시된 실시예의 경우에는 전술한 바와 같이 휠허브의 외주면 일부에 전동체를 지지하기 위한 일측 궤도면이 직접 형성되도록 구성되어 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링은 이와 달리 휠허브에 2개의 내륜을 장착해 2개의 내륜을 통해 전동체의 궤도면(내측 궤도면)이 형성되도록 구성되어도 무방하며, 휠허브의 반경방향 내측에 내륜이 위치하도록 구성되는 등 임의의 다른 구조로 형성되어도 무방하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비회전요소(140)를 구성하는 외륜은 외주면에 차체에 연결되는 차체측 장착 플랜지(142)를 구비하고 내주면에 전동체(150)가 접촉하는 궤도면(외측 궤도면)을 구비하도록 구성될 수 있다. 외륜의 내주면에 형성된 궤도면(외측 궤도면)은 회전요소[예컨대, 휠허브(120) 및/또는 내륜(130)]에 형성된 궤도면(내측 궤도면)과 협력해 궤도면 사이에 구름요소인 전동체(150)를 수용하여 지지하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전동체(150)는 회전요소(110)와 비회전요소(140) 사이에 배치되어, 회전요소(110)를 비회전요소(140)에 대해 회전가능하게 지지하는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링(100)은 주행 중인 도로의 노면 상태(예컨대, 주행 중인 도로가 미끄러운 노면 상태인지 여부, 미끄러운 노면 상태로 인해 휠에 슬립에 발생하였는지 여부 등)를 진단하기 위한 노면 상태 진단 시스템(200)을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노면 상태 진단 시스템(200)은 주행 중인 차량의 작동 상태(휠의 회전속도, 차량의 가속도 등)와 관련된 신호를 검출하는 센싱부(210), 센싱부로부터 검출된 차량의 작동 상태 정보를 기초로 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하는 진단부(240) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노면 상태 진단 시스템(200)에 구비되는 센싱부(210)는 휠의 회전속도(휠베어링의 회전속도)와 관련된 정보를 검출하는 회전속도 센싱부(220)와 차량의 가속도 정보를 검출하는 가속도 센싱부(230)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전속도 센싱부(220)는 휠베어링(100)의 일측에 배치되어 휠베어링(100)의 회전요소에 장착된 센서타겟(160)에 의해 발생되는 자기장의 변화를 감지해 휠의 회전속도(휠베어링의 회전속도)를 검출하는 휠속도 센서(WSS; Wheel Speed Sensor)로 구성될 수 있다.
구체적으로, 회전속도 센싱부(220)는 내부에 구비된 속도 센서(222)가 휠베어링(100)의 회전요소에 장착된 센서타겟(160; 예컨대, 엔코더)에 대향하도록 휠베어링의 일측에 인접하게 배치되어, 센서타겟(160)의 회전에 의해 발생되는 자기장의 변화를 감지해 휠의 회전속도를 검출하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전속도 센싱부(220)는 통상의 휠베어링에 이용되는 휠속도 센서(WSS: Wheel Speed Sensor)와 동일하거나 유사한 구조로 형성될 수 있으며, 휠베어링의 비회전요소(예컨대, 외륜) 또는 휠베어링의 비회전요소가 장착되는 너클 등의 샤시 부품에 결합되어 차체에 고정되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가속도 센싱부(230)는 휠베어링(100)의 비회전요소나 샤시 부재 등에 고정되어 주행 중인 차량의 가속도 정보를 검출하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 가속도 센싱부(230)에는 가속도 센서(232)가 구비되어 주행 중인 차량의 가속도 신호를 검출하도록 구성될 수 있으며, 가속도 센서(232)는 서로 수직한 x, y, z축 방향 중 어느 한 방향의 가속도 측정이 가능한 1축 가속도 센서, 두방향의 가속도 측정이 가능한 2축 가속도 센서, 세방향의 가속도 측정이 모두 가능한 3축 가속도 센서 등으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템(200)은 후술하는 바와 같이 차량의 주행방향(즉, 차량의 전후방향)의 가속도 정보를 이용해 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성될 수 있으므로, 가속도 센싱부(230)에 구비되는 가속도 센서(232)는 차량의 주행방향을 향하는 가속도 신호를 포함해 1축, 2축 또는 3축의 가속도 신호를 검출하는 가속도 센서로 구성될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가속도 센서(232)는 주행방향(차량의 전후방향) 가속도, 수직방향(차량의 상하방향) 가속도, 차축방향 가속도를 측정할 수 있는 3축 MEMS 가속도 센서 등으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노면 상태 진단 시스템(200)의 진단부(240)는 센싱부(210)를 통해 획득된 신호 정보를 전달받아 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단(예컨대, 주행 중인 도로의 노면 상태가 양호한 노면 상태인지 빗길이나 눈길과 같이 미끄러운 상태인지, 노면 상태로 인해 휠에 슬립이 발생하였는지 여부 등)하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 진단부(240)는 센싱부(210)로부터 차량의 작동 상태 정보를 전달받는 제1 입출력부(242), 제1 입출력부(242)를 통해 전달된 정보(예컨대, 휠베어링의 회전속도 관련 정보 및 차량의 주행방향 가속도 관련 정보 등)를 이용해 주행 중인 도로의 노면 상태 및/또는 노면 상태에 의한 차량의 작동 상태를 진단하는 제어부(244), 기준 데이터를 저장하고 있거나 진단 결과 등을 저장할 수 있는 메모리부(246), 제어부(244)로부터의 진단 결과를 출력하는 제2 입출력부(248) 등을 포함할 수 있다.
한편, 진단부(240)에 구비되는 제어부(244)는 입력된 신호를 필터링하는 필터링부(예컨대, 특정 영역의 주파수 신호만 통과시키는 대역 통과 필터 등), 필터링부에서 필터링된 신호를 전달받아 분석을 수행하는 신호분석부, 신호분석부의 분석 결과를 기초로 주행 중인 도로의 노면 상태 등을 진단하는 상태진단부 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노면 상태 진단 시스템(200)을 통해 판단된 노면 상태 정보(예컨대, 미끄러운 노면 상태 정보, 휠 슬립 발생 정보 등은 차량의 ECU(250; Electronic Control Unit) 등으로 전달되어 저장부에 저장되거나, 경고음이나 디스플레이 등의 표시부(252)를 통해 사용자에게 표시되거나, 구동부(254)로 전달되어 샤시 부품 등의 구동부를 제어하는데 이용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 노면 상태 진단 시스템(200)을 통해 판단된 노면 상태 정보(예컨대, 미끄러운 노면 상태 정보) 등은 GPS 등을 통해 검출된 차량의 위치 정보 및/또는 검출 시점의 시간 정보와 함께 저장되도록 구성되어 향후 차량이 미끄러운 노면 상태로 저장된 위치를 주행하게 될 경우 저장된 정보를 기초로 차량의 주행 상태를 자동으로 제어하거나 사용자에게 노면 상태에 대한 정보를 표시하도록 구성되어, 차량의 주행 안정성을 보다 향상시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템(200)에서 노면 상태의 진단은 아래와 같이 회전속도 센싱부(220)로부터 제공되는 회전속도 관련 정보와 가속도 센싱부(230)로부터 검출된 주행방향 가속도 관련 정보를 상호 비교하여 판단하는 방식으로 수행되도록 구성될 수 있다. [참고로, 본 명세서에서 회전속도 센싱부(220)로부터 제공되는 회전속도 관련 정보는 회전속도 센싱부(220)에서 검출된 휠의 회전속도 정보를 비롯해 이로부터 산출되는 정보들(회전 가속도 정보, 주행방향 속도 정보 등)을 통칭하며, 가속도 센싱부(230)로부터 제공되는 가속도 관련 정보는 가속도 센싱부(230)에서 검출된 차량의 가속도 정보를 비롯해 이로부터 산출되는 정보들(회전 가속도 정보, 주행방향 속도 정보 등)을 통칭한다]
예컨대, 도 6의 (a)를 참조하면 회전속도 센싱부(220; 휠속도 센서)로부터 검출된 휠베어링의 회전속도 정보(224)가 예시적으로 도시되어 있으며, 도 6의 (b)를 참조하면 도 6의 (a)에 도시된 회전속도 정보를 시간에 대해 미분 연산하고 타이어의 동반경을 고려해 주행방향(차량의 전후방향) 정보로 변환하여 산출된 가속도 정보(226)가 예시적으로 도시되어 있다.
가속도 신호는 속도 신호와 시간에 대한 1차 미분 관계를 갖기 때문에 도 6의 (a)에 도시된 휠의 회전속도 신호를 시간에 대해 미분 연산하면 휠의 회전 가속도 신호를 얻을 수 있고 이러한 회전 가속도 신호를 타이어의 동반경을 고려해 주행방향 가속도로 변환하게 되면(주행방향 가속도=2xπx타이어의 동반경x회전 가속도) 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 차량의 전후방향 가속도(주행방향 가속도)가 산출될 수 있게 된다. [회전속도 신호를 미분 연산하고 주행방향으로 변환 연산해 주행방향 가속도 신호를 산출할 때, 미분 연산과 변환 연산은 임의의 순서로 수행되어도 무방하다]
한편, 도 7을 참조하면 가속도 센싱부(230)로부터 검출된 가속도 정보(236; 차량의 전후방향 가속도 정보)가 예시적으로 도시되어 있다.
도 7에 도시된 차량의 전후방향 가속도는 도 6의 (b)에 도시된 가속도와 동일한 방향의 가속도를 나타내기 때문에, 휠에 슬립이 발생하지 않고 휠베어링이 정상적으로 회전구동하는 경우에는 도 7에 도시된 가속도 센싱부(230)로부터 검출된 주행방향 가속도 정보(236)와 도 6의 (b)에 도시된 회전속도 센싱부(220)의 회전속도 정보로부터 산출된 주행방향 가속도 정보(226)가 미리 결정된 소정의 범위 내에서 일치하게 된다. 그러나, 휠에 잠김 현상이 발생하거나 차량이 미끄러운 노면 상태의 도로를 주행하게 되어 주행 중에 휠에 슬립이 발생하게 되면 휠(휠베어링)이 정상적으로 회전구동하지 못해 가속도 센싱부(230)로부터 검출된 주행방향 가속도 정보(236)와 회전속도 센싱부(230)의 회전속도 정보로부터 산출된 주행방향 가속도 정보(226) 사이에 차이가 발생하게 된다. 예컨대, 휠에 슬립이 발생하게 되면 휠이 충분한 회전을 하지 못하게 되어 회전속도 센싱부(220)의 회전속도 정보로부터 산출된 주행방향 가속도 정보(226)는 가속도 센싱부(230)로부터 검출된 차량의 주행방향 가속도 정보(236)보다 작은 값을 나타내게 된다. 따라서, 회전속도 센싱부(220)로부터 검출된 회전속도를 연산하여 산출된 주행방향 가속도 정보(226)와 가속도 센싱부(230)로부터 검출된 차량의 주행방향 가속도 정보(236)를 상호 비교하게 되면 휠 슬립의 발생 여부를 확인할 수 있고, 이를 기초로 주행하고 있는 도로가 양호한 노면 상태인지 아니면 빗길이나 눈길과 같은 미끄러운 노면 상태인지를 진단할 수 있게 된다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템(200)은 (i) 회전속도 센싱부(220)로부터 검출된 휠의 회전속도 정보(224)를 시간에 대한 미분 연산 및 주행방향 정보로의 변환 연산해 산출된 가속도 정보(226)가 가속도 센싱부(230)에서 검출된 차량의 주행방향 가속도 정보(236)에 대해 미리 결정된 소정의 범위 내에 위치하는 경우에는 휠에 슬립이 발생하지 않은 것으로 판단하고, (ii) 회전속도 센싱부(220)로부터 검출된 휠베어링의 회전속도 정보(224)를 시간에 대한 미분 연산 및 주행방향 정보로의 변환 연산해 산출된 가속도 신호(226)가 가속도 센싱부(230)에서 검출된 차량의 주행방향 가속도 정보(236)에 대해 미리 결정된 범위를 벗어나는 경우에는 휠에 슬립이 발생하는 것으로 판단하도록 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템(200)은 휠에 슬립이 발생한 것으로 판단된 경우 이러한 휠 슬립이 정해진 시간 내에 미리 정해진 횟수 이상 발생하게 되면 주행 중인 도로의 노면 상태가 빗길이나 눈길 등과 같은 미끄러운 노면 상태인 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
한편, 전술한 노면 상태 진단은 휠속도 센서(WSS; Wheel Speed Sensor) 등과 같은 회전속도 센싱부(220)로부터 검출된 회전속도 정보와 가속도 센싱부(230)로부터 검출된 차량의 가속도 신호를 상호 비교해 노면 상태를 진단하도록 구성되면 임의의 다른 방식으로 알고리즘을 변형하여 실시해도 무방하다.
예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템(200)은 전술한 실시형태와 반대로 가속도 센싱부(230)에서 검출된 차량의 주행방향 가속도 정보를 시간에 대한 적분 연산 및 회전방향 정보로의 변환 연산을 수행해 산출된 회전속도 정보와 휠속도 센싱부(220)에서 검출된 회전속도 정보와 비교함으로써 휠 슬립 발생 여부 및 노면 상태 진단을 수행하도록 구성되어도 좋다. [주행방향 가속도 신호를 적분 연산하고 회전방향으로 변환 연산해 주행방향 회전속도 신호를 산출할 때, 적분 연산과 변환 연산은 임의의 순서로 수행되어도 무방하다]
다른 방안으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템(200)은 회전속도 센싱부(220)에서 검출된 휠베어링의 회전속도 정보를 시간에 대해 미분하여 회전 가속도 정보를 산출하고, 가속도 센싱부(230)에서 검출된 차량의 주행방향 가속도 정보를 타이어의 동반경을 고려해 회전 가속도 정보로 변환한 다음, 이들 회전 가속도 정보를 상호 비교해 휠 슬립 발생 여부 및 노면 상태 진단을 수행하도록 구성되어도 좋다.
다른 방안으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템(200)은 회전속도 센싱부(220)에서 검출된 휠베어링의 회전속도 정보를 타이어의 동반경을 고려해 주행방향 정보로 변환해 주행방향 속도 정보를 산출하고, 가속도 센싱부(230)에서 검출된 차량의 주행방향 가속도 신호를 시간에 대해 적분해 주행방향 속도 정보를 산출한 다음, 이들 주행방향 속도 정보를 상호 비교해 휠 슬립 발생 여부 및 노면 상태 진단을 수행하도록 구성되어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 상태 진단 시스템(200)은 회전속도 센싱부(220)로부터 검출된 회전속도 정보(휠의 회전속도 정보)와 가속도 센싱부(230)로부터 검출된 가속도 정보(예컨대, 차량의 주행방향 가속도 정보)를 상호 비교해 휠의 슬립 발생 여부 및 주행 중인 도로의 노면 상태 진단을 수행하도록 구성되기 때문에, 양측 센싱부로부터의 검출 신호를 기초로 신뢰성 있는 노면 상태 진단이 수행될 수 있게 된다. 또한, 회전속도 센싱부로부터 제공된 회전속도 정보나 가속도 센싱부로부터 제공되는 가속도 정보를 시간에 대해 단순 1차 미분 또는 단순 1차 적분하는 연산과 주행방향/회전방향으로의 변환 연산만 수행해 노면 상태 진단을 수행할 수 있기 때문에, 노면 상태 진단 시스템(200)을 보다 단순한 구조 및 알고리즘으로 형성하는 것이 가능해 지게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예들에 의해 설명하였으나, 이들 실시예들은 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 앞서 설명된 실시예들에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위에 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 휠베어링
110: 회전요소
120: 휠허브
130: 내륜
140: 비회전요소
150: 전동체
160: 센서타겟
200: 노면 상태 진단 시스템
210: 센싱부
220: 회전속도 센싱부
222: 속도 센서
224: 회전속도 신호
226: (회전속도 신호로부터 산출된 주행방향의) 가속도 신호
230: 가속도 센싱부
232: 가속도 센서
236: (가속도 센서를 통해 검출된 주행방향의) 가속도 신호
240: 진단부
242: 제1 입출력부
244: 제어부
246: 메모리부
248: 제2 입출력부
250: 차량의 ECU
252: 표시부
254: 구동부

Claims (12)

  1. 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하는데 이용되는 노면 상태 진단 시스템(200)이며,
    차량의 작동 상태와 관련된 정보를 검출하는 센싱부(210)와,
    상기 센싱부(210)로부터 검출된 차량의 작동 상태 정보를 기초로 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하는 진단부(240)를 포함하고,
    상기 센싱부(210)는 휠의 회전속도를 검출하는 회전속도 센싱부(220)와 차량의 가속도 정보를 검출하는 가속도 센싱부(230)를 포함하고,
    상기 진단부(240)는 상기 회전속도 센싱부(220)로부터 검출된 휠의 회전속도와 관련된 신호 정보와 상기 가속도 센싱부(230)로부터 검출된 차량의 주행방향 가속도와 관련된 신호 정보를 상호 비교해 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성되는,
    노면 상태 진단 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진단부(240)는 상기 회전속도 센싱부(220)에서 검출된 휠의 회전속도 정보를 시간에 대한 미분 연산 및 주행방향 정보로의 변환 연산을 수행해 산출된 주행방향 가속도 정보와 상기 가속도 센싱부(230)에서 검출된 주행방향 가속도 정보를 상호 비교해 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성되는,
    노면 상태 진단 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진단부(240)는 상기 가속도 센싱부(230)에서 검출된 주행방향 가속도 정보를 시간에 대한 적분 연산 및 회전방향 정보로의 변환 연산을 수행해 산출된 회전속도 정보와 상기 회전속도 센싱부(220)에서 검출된 회전속도 정보를 상호 비교해 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성되는,
    노면 상태 진단 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진단부(240)는 상기 회전속도 센싱부(220)에서 검출된 휠의 회전속도 정보를 시간에 대해 미분 연산하여 산출된 회전 가속도 정보와 상기 가속도 센싱부(230)에서 검출된 주행방향 가속도 정보를 회전방향 정보로 변환 연산하여 산출된 회전 가속도 정보를 상호 비교해 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성되는,
    노면 상태 진단 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 진단부(240)는 상기 회전속도 센싱부(220)에서 검출된 휠의 회전속도 정보를 주행방향 정보로 변환 연산하여 산출된 주행방향 속도 정보와 상기 가속도 센싱부(230)에서 검출된 주행방향 가속도 정보를 시간에 대해 적분 연산하여 산출된 주행방향 속도 정보를 상호 비교해 주행 중인 도로의 노면 상태를 진단하도록 구성되는,
    노면 상태 진단 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노면 상태 진단 시스템(200)은, 상기 회전속도 센싱부(220)로부터의 회전속도 관련 신호와 상기 가속도 센싱부(230)로부터의 주행방향 가속도 관련 신호가 미리 정해진 범위 내에서 일치하는 경우에는 휠 슬립이 발생하지 않은 것으로 판단하고, 상기 회전속도 센싱부(220)로부터의 회전속도 관련 신호와 상기 가속도 센싱부(230)로부터의 주행방향 가속도 관련 신호가 미리 정해진 범위를 벗어나서 위치하는 경우에는 휠 슬립이 발생한 것으로 판단하도록 구성되는,
    노면 상태 진단 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 노면 상태 진단 시스템(200)은 정해진 시간 내에 휠 슬립이 미리 정해진 횟수 이상 발생한 경우 주행 중인 도로의 노면 상태가 미끄러운 노면 상태인 것으로 판단하도록 구성되는,
    노면 상태 진단 시스템.
  8. 제7에 있어서,
    상기 노면 상태 진단 시스템(200)으로부터 판단된 노면 상태 정보는 노면 상태가 검출된 위치 정보와 함께 저장되도록 구성되는,
    노면 상태 진단 시스템.
  9. 제8에 있어서,
    상기 노면 상태 진단 시스템(200)으로부터 판단된 노면 상태 정보는 노면 상태가 검출된 위치 정보 및 노면 상태가 검출된 시점의 시간 정보와 함께 저장되도록 구성되는,
    노면 상태 진단 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 노면 상태 진단 시스템(200)은 미끄러운 노면으로 저장되어 있는 도로를 주행할 때 해당 정보를 사용자에게 표시하도록 구성되는,
    노면 상태 진단 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 노면 상태 진단 시스템(200)은 미끄러운 노면으로 저장되어 있는 도로를 주행할 때 미끄러운 노면에 적합한 상태로 차량의 주행상태를 자동으로 제어하도록 구성되는,
    노면 상태 진단 시스템.
  12. 차량의 차륜을 차체에 회전 가능하게 장착하여 지지하는 휠베어링(100)이며,
    제6항에 따른 노면 상태 진단 시스템(200)을 구비하는,
    휠베어링.
KR1020230155763A 2019-11-28 2023-11-10 노면 상태 진단 시스템 및 이를 구비하는 휠베어링 KR20230161387A (ko)

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