스마트 타이어를 위한 타이어 위치 판별에 대한 연구

국문 초록 (Abstract)

최근의 자동차는 운전자와 탐승자의 편안하고 안전한 이동을 위해서 자동차를 구성하는 시스템들이 지능화 될 수 있도록 빠르게 바뀌고 있다. 자동차의 중요한 시스템들의 발전에 따라 예전에는 운송과 수송을 담당했다면 현재는 각종 시스템들과 IT 첨단기술을 이용하여 정보를 전달하고 처리할 수 있는 스마트 자동차로 진화하고 있다. 이 중에 하나가 TPMS(Tire Pressure Monitoring System)이다. TPMS는 차량에 사용되는 무선통신기기 중 하나이며 자동차 타이어의 압력, 온도 등을 확인하여 운전자에게 디스플레이 해주며, 이를 통해 사전에 사고를 예방할 수 있도록 하는 안전 보조 시스템으로 정의할 수 있다.
본 논문에서는 압력, 온도 센서를 이용하여 타이어 공기압과 온도를 체크하여 운전자에게 정보를 제공해 주는 시스템인 TPMS의 측정 데이터 중 가속도 값을 이용하여 타이어 위치를 판별하는 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘은 저전력으로 구동할 수 있는 운영알고리즘의 일환으로 향후 미래형 TPMS 개발에 효과적으로 활용될 수 있다. 제안한 알고리즘은 자동차 바퀴에 두 방향의 가속도 센서를 이용하여 자동으로 위치를 인식할 수 있도록 제안한 알고리즘으로 제 1방향인 축 가속도 방향은 바퀴의 접선방향이며, 제 2방향인 축 가속도 방향은 자동차 바퀴를 뚫고 나오는 방향에 위치하도록 하였다. 제안한 알고리즘을 통하여 타이어 위치를 판정하는데 있어서 동작 수행을 최소화함으로써 배터리 소모를 줄일 수 있으며, 이를 통하여 저전력으로 TPMS를 구동할 수 있다.
본 논문에서는 타이어 위치를 판별하기 위하여 주행 중에 측정한 4 개의 타이어의 축 방향의 가속도에 대하여 유사도가 높은 것끼리 두 그룹으로 분류하고 좌측과 우측을 판별하여 두 그룹으로 매핑 시킨다. 다음으로 각 바퀴에 측정된 축 방향의 가속도에 대해서도 마찬가지로 유사도가 높은 것끼리 두 그룹으로 분류하고 매핑 시킨다. 이 두 가지 매핑을 조합하여 4 개의 타이어 위치를 판별 할 수 있다. 제안 알고리즘을 테스트하기 위해 실내 테스트와 실외 테스트로 나누어 진행하였다.
실내 테스트와 실외 테스트를 진행한 결과, 제안한 타이어 위치 판별 알고리즘을 통하여 4 개의 타이어의 축과 축 가속도 값을 통하여 위치를 판별 할 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 2. TPMS의 타이어 위치 판별법 4
• 가. TPMS 4
• 나. 타이어 위치 판별 필요성 5
• 다. 가속도 센서의 동작원리 7
• 1) 가속도 센서의 기초 7
• 2) 가속도 센서의 동작원리 10
• 3) 가속도 센서의 종류 14
• 4) 가속도 센서의 활용범위 19
• 3. 가속도 센서를 이용한 타이어 위치 판별 알고리즘 설계 20
• 가. 종래기술 20
• 1) 타이어 압력 모니터링 시스템의 센서위치 결정방법 20
• 2) 타이어압력 모니터링 장치 21
• 나. 가속도 센서를 이용한 타이어 위치 판별 알고리즘 설계 23
• 1) 타이어 위치 판별을 위한 주요 이론 23
• 2) 타이어 위치 판별 알고리즘 설계 26
• 4. 타이어 판별 알고리즘 테스트 결과 34
• 가. 테스트 환경 구축 34
• 1) 실내 테스트 환경 34
• 2) 실외 테스트 환경 38
• 나. 실험 결과 39
• 1) 실내 실험 데이터 39
• 2) 실외 실험 데이터 44
• 3) 타이어 위치 판별 프로그램 47
• 5. 결 론 49