Tire Pressure Monitoring System (TPMS) has been issued in recent years because of the increasing public concerns about passenger safety, fuel consumption, CO2 emissions, tire wears and vehicle performance. Since the TPMS was mandated by National Highway Traffic Safety Admission in U.S., demand on TPMS has dramatically increased all over the world. There are two types of TPMS: the direct method and indirect methods. The direct method measures the tire pressure using a pressure sensor attached to the inside
of tire. While the direct method estimates the tire pressure with fair accuracy, it has such drawbacks as maintenance problem, limited battery lifetime and expensive device cost. The indirect method has some advantages over the direct method in maintenance, repair and inexpensive device cost. However the accuracy of pressure estimate by the indirect method can be lower than the direct method. In this work, a new indirect TPMS based
on tire acoustic cavity resonance is proposed to improve the limited accuracy of pressure estimate by conventional indirect TPMSs.
The vibration of air inside tire leads to acoustic cavity resonance which may be a main contributor to vehicle interior noise. The cavity resonance usually occurs over the frequency range of 200-250Hz with relatively narrow resonant peaks. As an inflated tire is deflated in pressure, the tire deflection increases, shifting the tire acoustic cavity resonance frequency. But the tire acoustic cavity resonance is also significantly affected
by load, rotational speed and temperature of tire. Thus, it is essential to develop an analytical model for the tire acoustic resonance, including the effect of the load, rotational speed and temperature as well as the deflection on the pressure of tire.
This work attempts to develop a phenomenological model, including the effect of the load and rotational speed on tire pressure based on the driving test results under normal road conditions. The test results demonstrated that the load and rotational speed of tire affect significantly on the cavity resonance peaks. It is found that 30% variation in tire pressure results in 2Hz-shift in the tire cavity resonance with the maximum measurement error of 1Hz. Finally, based on the theoretical and experimental results, the indirect TPMS algorithm for tire pressure estimation is proposed.
타이어 압력 감시 시스템(TPMS)는 안전상의 이유, 연비절감, CO2 감소, 타이어 마모 방지, 차량의 성능 향상등의 이유로 최근 몇 년간 주목을 받아왔다. 특히 미 도로교통 안전국이 TPMS장착을 의무화하면서 TPMS의 수요는 급격하게 증가하였다. TPMS는 크게 직접 방식과 간접 방식으로 분류된다. 직접 방식 TPMS는 타이어 내부에 압력 센서를 부착하여 타이어 내부 압력을 직접 측정하게 된다. 그렇기 때문에 높은 정확도를 보이는 반면 유지, 보수, 밧데리 수명 제한, 고가의 장비등의 단점을 갖는다. 한편 간접 방식 TPMS는 직접 방식에 비해 유지, 보수가 용이하며 비용이 적게든다는 장점을 갖지만 정확도가 떨어지는 단점을 갖는다. 이 연구에서는 타이어 음향 공동 공명을 이용한 새로운 간접방식 TPMS를 제안하여 기존의 간접 방식 TPMS의 정확도 향상에 기여하고자 한다.
타이어 내부 공기의 진동은 대략 200-250Hz 사이에서 음향 공동 공명을 야기하며 이는 차량 실내 소음에 큰 영향을 미친다. 타이어 공기압이 작아지면 타이어의 변형이 커지게 되며 이는 타이어 음향 공동 공명 주파수에 변화를 야기한다. 하지만 압력 뿐만 아니라 하중, 회전 속도, 타이어 내부 온도에도 큰 영향을 받기 때문에 여러 요소들의 영향을 고려한 타이어 음향 공동 공명의 해석적인 모형을 제안할 것이다.
또한 실험을 통해 압력과 하중의 변화가 음향 공동 공명 주파수에 어떠한 영향을 미치는 지를 알 수 있다. 30%의 압력 변화는 2Hz의 주파수 변화를 야기한다. 이러한 특성을 이용하여 압력 추정 알고리즘을 제안하였다.
