KR20080008106A - 자동차 타이어의 공기압 감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어의 공기 압력에 따라 변하는 광신호를 발생시키는 광섬유 격자 센싱수단과, 상기 타이어의 공기 압력 이상시 이를 경고하는 타이어 공기압 이상 경고수단과. 상기 광섬유 격자 센싱수단의 광신호에 따라 상기 타이어 공기압 이상 경고수단을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되어, 타이어의 공기 압력을 측정,분석할 수 있는 자동차 타이어의 공기압 감지장치를 제공한다.

자동차, 타이어, 공기 압력, 광섬유 격자 센서, 광섬유, 격자

Description

자동차 타이어의 공기압 감지장치{Watching Apparatus of Tire Air-Pressure}

도 1은 종래 기술에 따른 자동차 타이어의 공기압 감지장치를 나타낸 도면이다.

도 2는 종래의 또 다른 기술에 따른 자동차 타이어의 공기압 감지장치를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 자동차 타이어의 공기압 감지장치의 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 자동차 타이어의 공기압 감지장치 중 광섬유 격자 센싱수단을 나타낸 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 자동차 타이어의 공기압 감지장치 중 광섬유 격자 센싱수단의 작용을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

1: 플랩 2: 타이어

10: 광섬유 격자 센싱수단 11: 광섬유

12: 코어 13: 격자

14: 클래딩 20: 타이어 공기압 이상 경고수단

30: 제어수단 32: 입력부

34: 연산부 36: 출력부

40: 무선 송신기

본 발명은 자동차 타이어의 공기압 감지장치에 관한 것으로서, 특히 광섬유 격자를 이용하여 타이어의 공기 압력을 측정하는 자동차 타이어의 공기압 감지장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 타이어는 레이욘과 나일론 등의 양질의 고무로 형성되고 내부에 적정 수준의 공기압이 충진되어, 엔진의 동력을 전달받아 회전되는 바퀴의 외주에 끼워져 일체로 회전되면서 차체를 지지하고, 주행 중 노면에서의 충격을 흡수하며, 제동 및 구동, 선회시 노면과의 미끄러짐을 방지한다.

그런데, 차량용 타이어는 공기압이 적정수준보다 이상적으로 높으면 주행 중에 트램핑 현상이 발생되어 승차감이 불량하며 타이어가 파손 또는 폭발되고, 공기압이 적정수준보다 이상적으로 낮으면 조향 조작력이 커지고 사이드 마모가 생기며 스탠딩웨이브 현상이 발생되므로 공기압이 적정수준을 유지한 상태에서 주행 할 수 있도록 관리되어야 한다.

즉 운전자는 자신의 경험 또는 정비소를 통해 수시로 타이어의 공기압이 적정수준인지를 판단해야 하고, 타이어의 공기압이 적정수준이 아닌 경우 타이어에 공기를 보충시키거나 빼내는 정비작업을 해야한다.

하지만, 주행 전에 타이어의 공기압이 적정수준을 유지하고 있더라도 고속도로에서 장시간 주행하면 타이어가 발열되어 타이어의 공기압이 적정수준보다 이상적으로 높아지면서 폭발될 수 있으며, 고속으로 주행하거나 겨울철 초기 주행시 타이어가 냉각되어 타이어의 공기압이 적정수준보다 이상적으로 낮아질 수 있다.

또한, 타이어가 펑크난 상태에서 운전자의 부주위로 인해 차량이 주행될 수 있으며, 주행 중에 타이어가 펑크나 운전자가 인식하지 못함으로써 안전사고가 발생될 수 있다.

따라서 도 1에 도시된 바와 같이, 타이어(100)에는 운전자가 타이어(100)의 공기압을 용이하게 인식할 수 있도록 타이어 압력측정센서(102)가 설치된다.

즉 상기 타이어 압력측정센서(102)는 상기 타이어(100)의 내부와 연통되도록 구성된 스프링을 이용하여 타이어(100)의 공기압이 측정되게 한다. 상기 타이어 압력측정센서(102)에 의해 측정된 타이어(100)의 공기압은 ECU을 통해 처리된 후 운전자가 인식할 수 있도록 표시된다.

그러나 상기한 바와 같은 타이어 압력측정센서(102)는 주변의 전기 기구에 의한 전자기파의 영향으로 신호 교란의 우려가 크고, 국부적인 타이어(100)의 공기압 측정만 가능하고, 이상이 생긴 구체적인 타이어(100)의 위치 파악이 어렵고, 누 전 및 감전의 위험이 커서 신뢰하기 어려운 문제점이 있다.

또는 도 2에 도시된 바와 같이, 자동차 타이어의 공기압 감지장치로서 밴드 형태의 압력감지부의 본체(110) 내부에 중공(110a)을 형성하고, 상기 중공(110a)에는 일정치 미만의 내압의 갖도록 공기가 주입되어 상기 압력감지부의 본체(110) 내부의 중공(110a)의 내압보다 타이어(112)의 공기압력이 적을 때 정단자가 가동단자에 의해 전기적으로 도통되게 하는 기술이 있다.

그러나 상기한 바와 같은 자동차 타이어의 공기압 감지장치 또한 상기 본체(110)의 중공(110a) 내부에 일정한 공기 주입이 용이하지 않고, 상기 본체(110)의 중공(110a)의 내압과 상기 타이어(112)의 공기 압력간의 튜닝이 용이하지 않으며, 상기 본체(110)의 중공(110a) 내부 압력을 일정하게 유지시키는 것이 불가능하고, 상기 타이어(112) 전체의 압력 진단은 가능하나, 이상이 생긴 구체적인 타이어(112)의 위치는 진단할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광섬유 격자 센싱수단을 이용하여 타이어의 공기 압력을 감시토록 함으로써 조립성 및 신뢰성이 우수한 자동차 타이어의 공기압 감지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 자동차 타이어의 공기압 감시장치는 타이어의 공기 압력에 따라 변하는 광신호를 발생시키는 광섬유 격자 센싱수단와; 상기 타이어의 공기 압력 이상시 이를 경고하는 타이어 공기압 이상 경고수단과; 상기 광섬유 격자 센싱수단의 광신호에 따라 상기 타이어 공기압 이상 경고수단을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 광섬유 격자 센싱수단은 상기 타이어의 내부에 위치되어 상기 타이어의 플랩에 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 광섬유 격자 센싱수단은 링형으로 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 광 섬유 격자 센싱수단에는 상기 제어수단과 무선 통신을 위한 무선 송신기가 장착된 것을 특징으로 한다.

상기 타이어 공기압 이상 경고수단은 경고등과 경보기 중 적어도 어느 하나로 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 제어수단은 상기 광섬유 격자 센싱수단의 광 신호를 입력받는 입력부와; 상기 입력된 광 신호를 분석하여 상기 타이어의 공기 압력을 연산하고, 상기 연산된 타이어의 공기 압력과 기 설정된 기준값을 비교하는 연산부와; 상기 연산부의 결과에 따라 상기 타이어의 공기 압력 이상 신호를 출력하여 상기 타이어 공기압 이상 경고수단이 동작토록 하는 출력부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 자동차 타이어의 공기압 감시장치는 타이어(2)의 공기 압력에 따라 변하는 광신호를 발생시키는 광섬유 격자 센싱수단(10)와, 상기 타이어(2)의 공기 압력 이상시 이를 경고하는 타이어 공기압 이상 경고수단(20)과, 상기 광섬유 격자 센싱수단(10)의 광신호에 따라 상기 타이어 공기압 이상 경고수단(20)을 제어하는 제어수단(30)을 포함하여 구성된다.

상기 광섬유 격자 센싱수단(10)은 Optical Fiber Grating의 물리적 성질을 이용한 것으로서, 광섬유(11)의 코어(12)에 일정한 주기를 가진 복수의 격자(13)가 새겨져 구성된 것이다.

상기 광섬유 격자 센싱수단(10)의 격자(13)는 상기 광섬유(11)에 UV 레이저 혹은 CO2 레이저가 조사됨으로써 제작되며, 이 때 Amplitude 마스크를 히용하여 원하는 패턴의 주기적인 굴절률 변화를 얻을 수 있다. 여기서, 상기 광섬유 격자 센싱수단(10)의 격자(13)는 굴절률의 주기가 약 500nm 범위인 Fiber Bragg Grating(FBG)과, 그 굴절률의 주기가 약 100 ㎛ ~ 700 ㎛ 범위인 Long Period Grating(LPG)으로 나누어지는데, 본 실시 예에서는 Long Period Grating(이하, LPG라 함)이 적용되는 것으로 한정하여 설명한다.

이러한 광섬유 격자 센싱수단(10)의 원리를 살펴보면, 상기 광섬유(11)에 런칭된 빛이 상기 광섬유(11)의 코어(12) 내부를 통해 진행하게 되는데 이 중 상기 격자(13)와 위상이 일치하는 파장은 상기 광섬유(11)의 클래딩(14)으로 빠져나가게 되고 이 클래딩(14)과 외부의 굴절률 차이로 이 빛은 다시 클래딩(14)으로 전반사되어 진행하게 된다. 이때 상기 광섬유(11)의 코어(12)와 클래딩(14)으로 진행하는 코어모드와 클래딩모드 사이에는 진행거리가 달라지게 되어 위상차가 발생하고 상기 광섬유(11)의 코어(12)에 런칭되는 빛의 입력단과 출력단 간 광 파워 손실이 발생하게 되며, 두 모드의 위상차 및 광 파워 손실은 외부의 온도와 압력 등 상기 광섬유(11)의 외부의 변화에 의해 변화한다.

따라서 상기 타이어(2)가 지면과 접촉하는 순간 자체의 하중압력에 의해 그 눌림 정도가 변화되고, 위와 같은 타이어(2)의 눌림 변화는 상기 광섬유 격자 센싱수단(10)의 광섬유(11)에 가해지는 압력을 변화시키게 되고, 그로 인하여 변화된 상기 코어모드와 클래딩모드 간 위상차 및 광 파워 손실이 측정됨으로써, 상기 타이어(2)의 공기 압력이 산출된다.

상기 LPG 공진 파장의 식은 다음과 같다.

LPG의 공진 파장= (코어와 클래딩의 굴절률 차) X LPG의 격자 주기

상기한 광섬유 격자 센싱수단(10)의 광섬유(11)는 상기 타이어(2)의 공기 압력의 정확한 측정을 위해 상기 타이어(2)의 플랩(1)에 설치됨이 바람직하다.

도한 상기 광섬유 격자 센싱수단(10)의 광섬유(11)는 상기 타이어(2)의 둘레방향으로 상기 타이어(2)의 전 부위의 공기 압력 측정이 가능토록 상기 타이어(2)의 둘레면에 끼워지는 링형으로 구비됨이 바람직하다.

상기한 광 섬유 격자 센싱수단(10)에는 상기 제어수단(30)과 무선 통신을 할 수 있도록 무선 송신기(40)가 장착될 수 있다.

상기 타이어 공기압 이상 경고수단(20)은 빛으로서 경고를 할 수 있는 경고등과 소리로 경고를 할 수 있는 경보기 중 적어도 어느 하나로 구비될 수 있다. 이 러한 타이어 공기압 이상 경고수단(20)은 운전자가 용이하게 인식할 수 있도록 계기판에 설치됨이 바람직하다.

상기 제어수단(30)은 상기 광섬유 격자 센싱수단(10)의 광 신호를 입력받는 입력부(32)와, 상기 입력된 광 신호를 분석하여 상기 타이어(2)의 공기 압력을 연산하고 상기 연산된 타이어의 공기 압력과 기 설정된 기준값을 비교하는 연산부(34)와, 상기 연산부(34)의 결과에 따라 상기 타이어(2)의 공기 압력 이상 신호를 출력하여 상기 타이어 공기압 이상 경고수단(20)이 동작토록 하는 출력부(36)로 이루어진다.

상기 광섬유 격자 센싱수단(10)의 광 신호는 상기 코어모드와 클래딩모드의 공진파장 및 상기 광섬유 격자 센싱수단(10)의 입력단 광량과 출력단 광량 등의 정보를 제공한다.

상기 연산부(34)는 상기 코어모드와 클래딩모드의 공진파장을 연산하여 상기 코어모드와 클래딩모드 간 위상차를 산출하고, 상기 광섬유 격자 센싱수단(10)의 입력단과 출력단 간 광 파워 손실을 산출한 후, 상기 산출된 코어모드와 클래딩모드 간 위상차와 상기 광섬유 격자 센싱수단(10)의 입력단과 출력단 간 광 파워 손실에 상응하는 상기 타이어(2)의 공기압을 산출한다.

상기 제어수단(30)에 기 설정된 기준값은 상기 타이어(2)의 표준 공기 압력으로 설정된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동차 타이어의 공기압 감시장치의 작 용을 살펴보면 다음과 같다.

상기 광섬유 격자 센싱수단(10)의 광섬유(11)에 빛이 런칭되면, 상기 광섬유 격자 센싱수단(10)의 광섬유(11)에 런칭된 빛이 상기 광섬유(11)의 코어(12)를 따라 진행하게 된다.

그리고 상기 타이어(2)가 지면과의 접촉에 의해 눌려지고, 상기 타이어(2)의 눌림에 의해 상기 광섬유(11)가 압력을 받게 된다. 이 때 상기 타이어(2)의 공기 압력이 적을수록 상기 광섬유(11)가 받는 압력은 커진다.

그러면 상기 광섬유 격자 센싱수단(10)이 상기 광섬유(11)가 상기 타이어(2)로부터 받는 압력에 따른 광신호를 상기 무선 송신기(40)를 통해 상기 제어수단(30)에 출력하게 된다.

상기 제어수단(30)은 상기 광섬유 격자 센싱수단(10)으로부터 입력된 광신호를 통해 상기 타이어(2)의 현 시점의 공기 압력을 산출한 후, 상기 산출된 타이어(2)의 현 시점의 공기 압력이 기 설정 기준값과 일정 범위(예를 들어, 20 ~ 30%) 이상 차이나면 상기 타이어(2)의 공기 압력이 안전을 위험할 정도로 너무 적거나 너무 많은 것으로 판단하고 상기 타이어 공기압 이상 경고수단(20)으로 타이어 공기압 이상 경고신호를 출력하고, 상기 산출된 타이어(2)의 현 시점의 공기 압력이 기 설정 기준값과 일정 범위 이상 차이나지 않으면 상기 타이어(2)의 현 시점의 공기 압력이 정상인 것으로 판단하고 상기 타이어 공기압 이상 경고수단(20)으로 타이어 공기압 이상 경고신호를 출력하지 않는다.

상기 타이어 공기압 이상 경고수단(20)은 상기 타이어 공기압 이상 경고 신 호를 입력받으면, 경보기나 경고등을 통해 운전자에게 상기 타이어(2)의 공기 압력 이상 상황을 인식시키고, 상기 타이어 공기압 이상 경고 신호가 입력되지 않으면 작동되지 않는다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자동차 타이어의 공기압 감시장치는 외부 압력이나 온도 등의 변화에 따라 광산란 정도나 공진 파장 등이 변하는 광섬유 격자 센싱수단을 이용하여 타이어의 공기 압력을 측정하기 때문에 타이어의 공기 압력을 실시간으로 측정,분석할 수 있고, 빛을 이용하기 때문에 전자파로 인한 오동작 문제가 해결될 수 있고, 구조가 간소하고 타이어의 플랩의 둘레방향으로 밴드처럼 부착되기 때문에 조립성이 향상될 수 있고, 가볍고 슬립하여 경량화 측면에서 유리한 이점이 있다.

Claims (6)

1. 타이어의 공기 압력에 따라 변하는 광신호를 발생시키는 광섬유 격자 센싱수단와;

   상기 타이어의 공기 압력 이상시 이를 경고하는 타이어 공기압 이상 경고수단과;

   상기 광섬유 격자 센싱수단의 광신호에 따라 상기 타이어 공기압 이상 경고수단을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차 타이어의 공기압 감지장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광섬유 격자 센싱수단은 상기 타이어의 내부에 위치되어 상기 타이어의 플랩에 설치된 것을 특징으로 하는 자동차 타이어의 공기압 감시장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 광섬유 격자 센싱수단은 링형으로 구비된 것을 특징으로 하는 자동차 타이어의 공기압 감시장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광 섬유 격자 센싱수단에는 상기 제어수단과 무선 통신을 위한 무선 송신기가 장착된 것을 특징으로 하는 자동차 타이어의 공기압 감시장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 타이어 공기압 이상 경고수단은 경고등과 경보기 중 적어도 어느 하나로 구비된 것을 특징으로 하는 자동차 타이어의 공기압 감시장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어수단은 상기 광섬유 격자 센싱수단의 광 신호를 입력받는 입력부와;

   상기 입력된 광 신호를 분석하여 상기 타이어의 공기 압력을 연산하고, 상기 연산된 타이어의 공기 압력과 기 설정된 기준값을 비교하는 연산부와;

   상기 연산부의 결과에 따라 상기 타이어의 공기 압력 이상 신호를 출력하여 상기 타이어 공기압 이상 경고수단이 동작토록 하는 출력부로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 타이어의 공기압 감시장치.

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