KR20020003655A - 타이어의 주행 안정성 감지장치와 그 감지방법 - Google Patents

Abstract

본　발명은　주행중인　차량의　타이어　내지는　휠의　조향각과　캠버각등을　검출하여　안정된　주행상태의　정보를　얻을　수　있는　타이어의　주행안정성　감지장치와　그　감지방법에　관한　것으로，　주행중인 차량의 타이어(1)와 휠(2)의 조향각과 캠버각 및 상하이동을 검출하는 타이어의 주행 감지장치에 있어서, 상기 타이어(1)와 휠(2)을 보유지지하는 현가장치(3)의 스트러트(4) 하단부에 약 120。의 등간격 각도로 배치되는 발광소자(5,6,7)들을 갖춘 발광소자판(8)이 고정 부착되고, 이 발광소자판(8)의 발광소자(5,6,7)들은 차체의 임의 위치에 고정되는 수광소자들(9,10,11)에 각각 대응 작용하도록 이루어져　있다.

Description

타이어의 주행 안정성 감지장치와 그 감지방법{Drire Safety Semsing Apparatus it's Sensing Method of Tire}

본 발명은 주행중인 차량의 타이어 내지는 휠의 상태를 감지하여 이들의 주행정보를 운전자에게 인식 시킴에 따라 보다 안정된 주행을 수행 할 수 있으면서 타이어의 고성능 개발에도 활용될 수 있는 타이어의 주행 안전성 감지 장치와 그 감지방법에 관한 것이다.

일반적으로 주행중인 차량은 앞바퀴를 조향조작으로 좌우로 방향을 바꿀수 있도록 되어 있으며, 주행중인 타이어의 위치, 방향 및 상호 관련성을 올바르게 유지하는 휠얼라이먼트(Wheel Aokgnment)와 같은 정력 상태를 유지하도록 되어 있다.

이러한 휠얼라이먼트가 올바르게 유지되어 있지 않을 때는 주행 불안정이나 타이어의 이상마모를 야기 시키게 된다.

또한 주행중인 차량에서 타이어 내지는 휠의 상하 진동등이 있는데, 상기 조향각과 캠버각은 차량의 조종안정성분석에 매우 중요한 정보를 제공하게 된다.

여기서 휠의 조향각은 차량의 진행방향과 타이어가 장착된 휠의 주행방향과의 차이를 나타내며, 캠버각은 휠이 지면에 대해서 얼마만큼 기울어져 있는가를 나타내는 것으로, 이허한 조향각 과 캠버각의 변화는 타이어의 구동 및 제동력 코너력, 자체 정력 모멘트등에 상당한 영향을 미치므로 직접적으로 차량의 조종안정성에 연관이 된다 볼수 있다.

따라서 이와 같은 휠의 조향 각과 캠버각을 정확히 측정하는 것은 차량성능 해석 뿐만 아니라 타이어 고성능 개발에 있엇 매우 주요한 정보로 이용 될 수 있다.

종래 휠의 조향각을 측정하기 위한 기술로써 엔코더가 내장된 조향미터를 장착하여 핸들의 회전각을 측정하고 이를 스티어링 비(steering ratio)로 나누어서 계산하였다.

하지만 핸들에서 휠까지 전달되는 부위에는 조향 추종으로 인해 휠의 회전 없이도 핸들이 좌,우로 회전하게 되며, 특히 타이어가 울퉁불퉁한 노면 주행시 핸들과 무관하게 휠이 회전하는 량에 대한 측정이 어렵게 된다. 또한 핸들 부위에 특별한 장치가 부착되어 운전상의 불편함과 장착이 용이하지 않은 몇가지 문제점 들이 있다.

주행 중인 차량에서 휠의 캠버각을 측정하기 위해서는 휠벡터 센서와 같은 특수 장비를 이용하여 측정 가능하나 장비가 상당히 고가이며, 장착하는데 소요되는 시간이 많이 걸리는 불편한 점이 있다.

한편, 국내공개특허 제 99-53154호에서는 타이어 휠의 내측에 자석 또는 레이저가 센서가 감지할 수 있는 소재를 부착하고 차체 하단부에 이를 감지하는 센서로브터 휠의 조향각과 캠버각과 같은 타이어/휠의 주행상태에 대한 정보를 얻는 기술을 제시하였다.

이와 같은 종래 기술에서는 센서가 감지할 수 잇는 소재가 휠에 부착되어 주행 중에 휠과 함께 고속 회전 운동하여 센서에 의해 감지된 데이타의 안전성 측면에서 문제될 수 있다.

또한, 휠 내측에는 서스펜션 구성 요소들에 의해 여러링크들이 복잡하게 얽혀 있는 바, 따라서 차량이 주행중에는 이와 같은 링크들이 움직이기 때문에 센서의 감지로를 차단할 수 있는 문제가 있고 이로 인하여 센서의 부착 위치에 신중을 기해야 하는 설계 배치상의 곤란함이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 차체에 자유롭게 배치 할 수 있는 센서들을 이용하여 타이어 내지는 휠의 조향각과캠버각 및 수직 운동상태를 주행중에 데이타로 검출하여 안정된 주행을 수행 할 수 있을 뿐만 아니라 검출된 데이타를 활용하여 고성능의 타이어 개발에도 적용할 수 있는 타이어의 주행안정성 감지장치와 그 감지방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 타이어의 주행 안전성 감지장치를 나탸낸 개략 측단면도,

도 2는 본 발명의 요지를 설명하기 위한 도 1의 부분확대 설명도이다.

- 첨부도면의 주요 부분에 대한 용어설명 -

1 : 타이어 2 : 휠

3 : 현가장치 4 : 스트러트

5,6,7 : 발광소자 8 : 발광소자판

9,10,11 : 수광소자

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 타이어와 휠을 보유지지하는 현가장치의 스트러트 하단부에 약 120。등간격각도로 배치되는 발광소자들을 갖춘 발광소자판이 고정부착되고, 이 발광소자판의 발광소자들은 차체의 임의 위치에 고정되는 수광소자들에 각각 대응작용하도록 되어 있다.

따라서 상기 발광소자판은 휠과 함께 회동하지는 않으나 스트러트에 고정된 관계로 휠의 각도 및 상하이동에 맞추어 대응 이동하여 이들의 데이타를 수광소자로 인가시키어 보다 정확한 휠의 조향각 과 캠버각 및 상하이동을 검출할 수 있도록 되어 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기와 같이 휠의 조향각과 캠버각 및 상하이동을 계산하여 주행정보로 활용하는 방법을 제공함에 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 주행중인 차량의 타이어(1)와 휠(2)의 조향각과 캠버각 및 상하이동을 검출하는 타이어의 주행 감지장치에 있어서, 상기 타이어(1)와 휠(2)을 보유지지하는 현가장치(3)의 스트러트(4) 하단부에 약 120。의 등간격 각도로 배치되는 발광소자(5,6,7)들을 갖춘 발광소자판(8)이 고정 부착되고, 이 발광소자판(8)의 발광소자(5,6,7)들은 차체의 임의 위치에 고정되는 수광소자들(9,10,11)에 각각 대응 작용하도록 이루어진 구조로 되어 있다.

여기서 상기 발광소자판(8)은 휠(2)과 함께 회동하지는 않으나 스트러트(4)에 고정된 관계로 이 휠(2)의 상하좌우 각도 및 이동에 따라 함께 이동하도록 되어 있다.

상기와 같이 본 발명은 휠(2)과 타이어(1)와 함께 이동하는 발광소자판(4)의 발광소자들(5,6,7)에 의하여 수광소자들(9,10,11)로 입수된 데이타를 이용하여 안정된 주행상태의 정보로 활용할 수 있으며, 상기 차체에 적당한 위치에 고정설치되는수광센서들(9,10,11)의 설계 레이아웃도 다양하게 적용할 수 있는 특징이 있다.

여기서 상기 발광소자들(5,6,7)과 수광소자들(9,10,11)은 각각 아른 파장이 다른레이저를 이용하는 소자로 되어 있으나, 필요에 따라 자력이나 주파수를 이용하는 센서 소자이어도 상관은 없다.

한편, 도 2는 본 발명에 따라 주행시 휠(2)의 조향각과 캠버각 및 상하 이동에 대한 정보감지 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 발광소자판(4)에는 다른 파장의 레이저를 보내는 3개의 발광소자(5,6,7)들이 약120。등간격 각도로 장착되고, 이에 대응되는 차체의 일부에는 이 3개의 발광소자들(5,6,7)의 위치 및 거리를 감지하는 수광소자들(9,10,11)이 장착되어 있는바, 3개씩 대응되는 발광 및 수광소자들(5,6,7,9,10,11)로부터L₁,L₂,L₃,.....L₉에 해당하는 총 9개의 거리를 구하고, 이를 수식적으로 계산하여 휠의 조향각과 캠버각 및 상하이동등과 같은 휠의 주행상태의 정보를 얻을 수 있다.

우선 발광소자판(4)의 중앙부에 XYZ좌표계와 수광소자들이 부착된 위치에X_bY_bZ_b좌표계를 설정한다. 여기서 공간상의 XYZ와 X_bY_bZ_b좌표계의 원점을 각각 O와 O_b로 나타내었다. 3개의 수광소자는 판에 미리 지정된 지점P₁~ P₃까지 거리 L₁~L₉를 구하게 된다. 따라서 도 2와 같은 시스템에서 미리 알고 있는 변수들은 다음과 같이 된다.

1. X_bY_bZ_b좌표계의 원점(센서 6의 위치) : O_b

2. 센서 5와 7의 위치:O_5,O₇

3．XYZ좌표계에　대한 P_1,P_2,P₃좌표

４．센서에서　판까지의　거리：L_1,L_2,L_3,L_4,L_5,L_6,L_7,L_8,L₉

차체에　대한　판의　자세는　 X_bY_bZ_b와　XYZ좌표계　간의　관계에　의해서　결정된다.

이를　위해서는　문헌에　잘　나와　있는　바와　같이　XYZ좌표계의　원점 O와　오일러(Euler)인자를　구하면　쉽게　해결　된다.

따라서　구해야　될　수　변수들을　정리하여　나타나면　다음과　같이　된다.

１．XYZ좌표계의　원점： O＝{x,y,z}

２．오일러인자：e_0,e_1,e_2,e₃

여기서라는　구속　조건을　이용하면　미지수는　총　６개로　줄어　든다. 따라서　위의　미지수　６개를　구하기　위해서는　총　６개의　구속방정식이　필요하게　된다. 이와　같은　６개의　구속　방정식은　센서에서　휠까지의　거리　：L_1,L_2,L_3,L_4,L_5,L_6,L_7,L_8,L₉을　이용하여　다음과　같이　얻을　수　있다.

구속조건：,,,,,,,,--- (1)

여기서（ｉ＝１，．．．．，３）은X_bY_bZ_b좌표계에　대한　P₁－P₃의　위치로　오일러식으로부터　다음과　같이　나타낼　수　있다.

＝［Ａ］＋，ｉ＝１，２，３ ------------------------ (2)

여기서,

식(2)의　를　식(1)에　대입하여　９개의　비선형　방정식을　풀어구하게　되면　위의　미지수를　구하게　되어　X_bY_bZ_b좌표계에　대한　XYZ의　관계를　알　수　있다.

식(1)에서　６개의　미지수를　구하는데　９개의　구속　방정식을　사용하는　이유는　120°간격으로　고정된　p1,p2,p3에　대한　정보를　이용하여　구한　해가　가장　정확한　최적의　해를　찾기　위해서이다.

일예로　X_bY_bZ_b좌표계에　대한　XYZ의　정보로부터　타이어／휠의　주행　정보를　구하는　방법에　대해서　알아　본다.

XYZ좌표계에서　휠　평면에　수직인　벡터(nirmal　vector) Ｎ＝{０,１,０}을　X_bY_bZ_b좌표계로　매핑(mapping)시키면　다음과　같이　된다.

Ｎ＝[Ａ]Ｎ

　＝{X_bY_bZ_b}

위의　식(3)으로부터　타이어／휠의　주행정보를　나타내는　휠의　조향각(δ)와　캠버각(γ)를　다음과　같이　구하게　된다.

휠조향각：δ＝tan

휠캠버각：γ＝tan

위와　같은　타이어／휠의　주행　정보를　구하기　위한　모든　계산　과정은　공지의　컴퓨터에　의해서　이루어　진다.

연산　과정이　기억된　롬(rom)에　어드레싱(adressing)하여　센서에　의해서　측정된　거리　L₁(ｉ＝１,...,9) 데이터가　입력되면 자동으로　처리하게　된다. 또한　계산된　결과가　차내의　화면에　출력되어 운전자가　타이어의　주행상태를　항상　관찰할　수　있도록　할　수　있다.

상기와　같이　본　발명은　주행중인　차량의　타이어　및　휠의　조향각과　캠버각　및　상하이동과　같은　주행정보를　안정되게　검출하여　주행　안정성을　향상시키고，　나아가　고성능　타이어의　개발에도　활용할　수　있는　잇점이　있다.

Claims (3)

1. 주행중인 차량의 타이어(1)와 휠(2)의 조향각과 캠버각 및 상하이동을 검출하는 타이어의 주행 감지장치에 있어서, 상기 타이어(1)와 휠(2)을 보유지지하는 현가장치(3)의 스트러트(4) 하단부에 약 120。의 등간격 각도로 배치되는 발광소자(5,6,7)들을 갖춘 발광소자판(8)이 고정 부착되고, 이 발광소자판(8)의 발광소자(5,6,7)들은 차체의 임의 위치에 고정되는 수광소자들(9,10,11)에 각각 대응 작용하도록 이루어진　것을　특징으로　하는　타이어의　주행안정성　감지장치.
2. 제　１항에　있어서，　상기　발광소자들(5,6,7)과　수광소자들(9,10,11)은 파장이　다른　레이저를　이용하나，　필요에　따라　자력이나　주파수를　이용하는　센서소자로　이루어지는　것을　특징으로　하는　타이어의　주행안정성　감지장치.
3. 주행중인　차량의　타이어(1)와　휠(2)의　조향각　및　캠버막을　검출하는　감지방법에　있어서,

   상기　휠(2)의　조향각＝tan ，휠(2)의　캠버각＝tan 의　식에　의하여　얻어지는　것을　특징으로　하는　타이어의　주행안정성　감지방법. 여기서　X,Y,Z은　X축, Y축, Z축의　좌표이다.