KR100233990B1 - 전기 자동차 시스템 제어기를 위한 차륜 회전 속도측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 자동차 시스템 제어기를 위한 차륜 회전속도 측정방법에 관한 것으로, 범용 인코더 형식의 차륜 회전속도 감지센서를 이용하여 광범위한 속도 범위에서도 정밀도를 유지하고 인코더 펄스의 간격을 측정할 때 연속하여 측정하지 않고 시스템의 처리주기를 기준으로 단속적으로 측정하여 중앙처리장치의 부담을 해소하였으며, 타이머가 내장된 범용 제어기를 이용하여 별도의 하드웨어가 없이도 구현할 수 있다.

Description

전기 자동차 시스템 제어기를 위한 차륜 회전속도 측정방법

제1도는 종래의 전기 자도아 차륜 회전속도 측정방법들의 타이밍도이며,

제1a도는 윈도우 측정 방식의 타이밍도이며,

제1b도는 인터발 측정 방식의 타이밍도이며,

제1c도는 M/T 방식의 타이밍도이며,

제2도는 본 발명이 적용되는 전기 자동차 차륜 회전속도 측정 시스템의 개략적인 블록도이며,

제3도는 본 발명의 전기 자동차 차륜 회전속도 측정방법의 타이밍도이며,

제4도는 본 발명의 적용되는 시스템 제어기 처리루틴을 나타낸 순서도이며,

제5도는 인터럽트 핸들러 루틴을 나타낸 순서도이며,

제6도는 스택 조절에 의해 외부 인터럽트를 디스에이블하는 과정을 나타내는 프로그램 코드표이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 중앙처리장치 2 : 램

3 : 입/출력 포트 4 : 제어부

5 : 차륜 회전속도 감지 센서부

본 발명은 전기 자동차 시스템 제어기를 위한 차륜 회전속도 측정방법에 관한 것으로, 중앙처리장치의 부담이 없고, 범용 제어기의 내장 타이머 및 인터럽트 신호를 이용하여 부가적인 하드웨어 없이 차륜 회전속도를 측정하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기 자동차의 차륜속도를 측정하는 것은 회전체를 포함한 시스템의 동특성(Dynamics)과 측정목적에 따라 이에 적합한 형태로 설계되어야 한다. 일반적인 정밀서보제어의 경우가 선명도(Resolution)에 대한 요구가 상대적으로 높고, 빠른 응답특성에 부합하여야 하는 반면, 자동차 차륜속도의 측정은 차체를 포함한 전체 시스템의 동특성이 상대적으로 느리고, 자동차 운전이라는 목적상 정밀서보제어에 비해 차륜의 측정 선명도에 대한 요구가 상대적으로 낮다.

일반적으로 전기 모터, 차륜등과 같은 회전체의 회전속도를 측정하는 방법은 회전발생기(Tachogenerator)등과 같은 아날로그 형태의 스피트 트랜스듀서 하드웨어(Speed Transducer Hard)에 의한 기법과 펄스 형태의 인코더 출력으로부터 마이크로 프로세서와 카운터 및 타이머 등의 부수적인 하드웨어를 조합하여 디지탈 형식 소프트웨어에 의해 속도를 측정하는 기법으로 나뉘어진다.

상기에서 아날로그 하드웨어에 의한 기법은 트랜스듀서 자체의비선형, 외부잡음, 온도 및 노후 열화에 따른 오차 발생 등의 이유와 정밀한 하드웨어 구현 요구에 따른 경제적인 문제 때문에, 최근에는 많은 경우 디지탈 방식에의한 소프트웨어 처리기법을 선호한다.

상기 펄스형식의 인코더 출력으로부터 디지탈 방식에 의한 소프트웨어 처리 기법의 기본적인 방법은 고정된 타임-윈도우 내의 인코더 펄스수를 카운트하는 윈도우(Window)측정방식과, 인코더 펄스의 간격을 측정하는 인터발(Interval) 측정방식등이 있으며 현재는 상기 2가지 방법의 장단점을 보완하여 개선된 형태의 기법들을 개발 사용중에 있다.

일예로 디텍팅 윈도우(Detecting window) 길이를 인코더 펄스에 동기시키고 고주파인 기준 클럭과 인코더 펄스를 같이 측정하고 조합하는 M/T 방식 등이 있다.

상기에서 현재 많이 사용되고 있는 윈도우 측정방식과 인터발 측정방식 및 M/T 방식 등을 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도 a는 윈도우 측정방식을 나타내는 도면으로서, 타임-윈도우(측정 샘플링 구간)를 고정시키고 상기 고정된 타임-윈도우에서의 인코더 펄스수를 카운팅하여 차륜 회전속도를 측정하고, 인코더 펄스간의 간격과 타임-윈도우의 비로 회전속도 측정오차를 나타내므로, 저속에서는 비 현실적인 오차가 발생하여 측정 결과가 나빠진다.

상기에서 타임-윈도우의 고정은 일반적으로 시스템의 고정된 처리주기에 동기시키며, 시스템의 고정된 처리주기는 10ms 정도가 가장 적당하고 가장 많이 사용된다.

제 1 도 b는 인터발 측정방식을 나타내는 타이밍도로서 측정 인코더 펄스의 한 주기 동안의 간격을 고정된 기준 클럭을 이용해 측정하고, 상기를 이용하여 차륜 회전속도를 측정하므로 고속에서는 인코더 펄스의 주파수가 증가하여 중앙처리장치의 부담이 증가한다.

상기에서 고정된 기준클럭은 일반적으로 시스템 내부 타이머 클럭에 동기시키며 일반적인 시스템 내부 클럭은 1㎲정도이다.

제 1 도 c는 M/T 방식의 타이밍도로, 상기 윈도우 측정방식과 인터발 측정방식의 장단점을 조합한 형태이며, 타임-윈도우에서의 인코더 펄스의 한 주기 동안의 간격을 측정하여 상기 2가지 측정 결과를 조합하는 방식으로 차륜 회전속도를 측정한다.

상기 M/T 방식을 비롯한 기존의 여러 개선된 회전속도 측정방법들은 윈도우 측정방식과 인터발 측정방식 보다 개선된 방식이기는 하나 개선 방향이 정밀 서보제어에서 요구하는 정확도(Accuracy)와 선명도 (Resolution)에 치우쳐 속도 측정의 정확도와 선명도는 높으나, 관련된 하드웨어의 높은 정밀도와 함께 속도 구분처리를 위한 소프트웨어적인 부담이 따른다.

본 발명은 상기 윈도우 측정방식과 인터발 측정방식 및 기타 이들을 조합하여 개선시킨 방식들이 가지는 문제를 해결하고, 전기 자동차에서 요구되는 사항과 특성에 부합하는 차륜 회전속도 측정방법을 특징으로 한다.

다시말해, 샘플링에 의한 디스크리트-타임(Discrete-Time) 측정과 인코더펄스 간격 측정기법을 조합한 형태로, 차륜 회전속도 감지센서부로 부터 입력되는 인코더 펄스 형태의 신호에 대해 시스템 제어기의 고정된 처리주기를 한 주기로 하여 상기 한 주기당 1회씩 인코더 펄스의 한 주기 간격을 측정하는 샘플드 인터발(Sampled-Interval) 측정방식을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 인코더 펄스의 한 주기 간격은 10ms의 시스템 처리주기와 고정된 기준 클럭 및 인터럽트를 이용하여 측정하며, 상기 고정된 기준 클럭은 시스템 내부 타이머의 클럭을 사용한다.

상기 샘플드 인터발 측정방식은 실시간 구현을 위한 중앙처리장치의 처리부담을 현저하게 감소시킬 뿐만 아니라 범용 제어기의 내장 타이머 및 인터럽트 신호를 이용하여 부가적인 하드웨어 없이 차륜 회전속도 측정 시스템을 구현할 수 있다.

이하 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 2 도는 본 발명이 적용되는 전기 자동차 차륜 회전속도 측정 시스템의 개략적인 블록도로, 타이머가 내장된 범용 제어기를 사용한 중앙처리장치(1)와, 상기 중앙처리장치(1)의 메모리 역할을 하는 램(2)과, 상기 중앙처리장치(1)의 입/출력을 담당하는 입/출력 포트(3)와, 프로세서들간의 통신을 제어하는 통신제어부(4)와, 차륜의 회전속도를 감지하여 상기 중앙처리장치(1)로 입력하는 차륜 회전속도 감지센서부(5)로 구성된다.

상기 구성의 동작을 상세히 설명하면 아래와 같다.

입/출력 포트(3)가 채집한 전기 자동차의 각 구성요소로부터 얻어지는 센서 신호들과 차륜 회전속도 감지 센서부(5)에서 감지한 신호를 중앙처리장치(1)로 입력하면 상기 중앙처리장치(1)에서는 계산된 차륜 속도 및 입력되는 센서 신호들을 메모리(2)에 저장한다.

상기 메모리(2)에 저장된 신호들을 바탕으로 제어신호를 통신제어부(4)는 다른 모터제어부 및 운전표시판으로 출력한다.

참고로, 본 발명에서는 범용 인코더 형식의 차륜 회전속도 감지 센서를 이용하고, 차륜마다 각각의 차륜 회전속도 감시 센서를 따로 설치한다.

상기의 전기 자동차 차륜 회전속도 측정 시스템에서, 본 발명에 의한 차륜 회전속도 측정은 차륜 회전속도 감지 센서부(5)에서 중앙처리장치(1)로 입력되는 인코더 펄스 신호를 이용하여 제 3 도의 타이밍도와 같은 원리에 따라 중앙처리장치(1)에서 이루어진다.

상기 제 3 도는 전기 자동차 차륜 회전속도 측정방법의 타이밍도로 시스템 처리주기와, 인코더 펄스와, 인터럽트 및 타이머를 이용하는데 상기 신호들의 관계를 들어 설명하면 다음과 같다.

전기 자동차가 전체의 동작을 제어해야 하는 시간이 되면, 즉 시스템 처리주기가 되면 외부에서 입력되는 인터럽트를 받아 들일 수 있도록 인터럽트를 인에이블 시킨다. 다시말해 시스템 처리주기가 시작됨과 동시에 인터럽트는 인에이블 된다.

상기 인터럽트 인에이블 후 차륜 속도감지센서부로부터 입력되는 인코더 펄스의 라이징 엣지에서 인터럽트가 발생되고, 상기 인터럽트가 발생된 시점에서 시스템 타이머 클럭 값을 읽어 스타트 타이머 카운트(Start Timer Count : STC 이하 STC라 칭합니다)로 한다.

상기 시스템 타이머의 값을 읽어 STC로 한후 다음 인코더 펄스의 라이징엣지에서 시스템 타이머의 클럭 값을 읽어 엔드 타이머 카운트(End Timer Count : ETC 이하 ETC라 칭합니다) 한후 인터럽트가 더 이상 걸리지 않도록 인터럽트 디스에이블을 수행한다.

제 4 도는 본 발명이 적용되는 전기 자동차의 시스템 제어 루틴을 나타낸 처리 순서도로, 전기 자동차 전체 시스템을 제어하기 위해 시스템 제어기의 변수들을 초기화 하는 제 10 단계(S10)와 ; 시스템 처리주기인 10ms가 경과되었나를 판단하여 상기 시간이 경과되지 않았으면 상기 10ms가 경과될 때 까지 반복 수행하는 제 20 단계(S20)와 ; 상기 판단결과 10ms가 경과되었으면 전기 자동차의 하한 속도를 감지부와 인터럽트를 인에이블 시키고, 이후 인코더 펄스가 입력되면 인터럽트를 발생시키는 제 30 단계(S30)와 ; 시스템 제어기의 시스템 제어루틴을 수행하는 제 40 단계(S40)로 이루어져 순차 동작한다.

제 5 도는 상기 시스템 제어기의 시스템 처리루틴 중 상기 제 30 단계(S30)에 의해 인에이블 되는 인터럽트 핸들러 루틴을 나타낸 순서도로, 상기에서와 같이 인터럽트가 인에이블된 후 처음에 인터럽트가 발생하면 다음에 ETC값을 읽어올 수 있도록 하기 위해 인터럽트를 다시한번 인에이블하는 제 31 단계(S31) ; 인터럽트 핸들러 루틴을 수행함에 있어 인터럽트 상태신호(이하 플래그 값이라 칭합니다)가 "1" 인가를 판단하는 제 32 단계(S32)와 ; 상기 판단결과 플래그값이 "1"이 아니면 차륜 회전속도 같지 센서부(5)에서 입력되는 인코더 펄스의 라이징 엣지 부분에서 내부 타이머 값을 읽어 STC로 하는 제 33 단계(S33)와 ; 상기 단계의 동작 후 인터럽트 핸들러 루틴의 플래그값을 "1"로 설정하고 인터럽트 핸들러 루틴을 빠져 나가는 제 34 단계(S34)와 ; 상기 제 34 단계(S34) 동작 후 다음 인코더 펄스의 엣지부분에서 인터럽트가 발생하면 상기 제 31 단계(S31)에서 인터럽트를 인에이블 한 후 상기 제 32 단계(S32)에서 플래그값이 "1" 인가를 판단하고 상기 플래그값이 "1" 이면 인코더 펄스의 라이징 엣지부분에서 내부 타이머 값을 읽어 ETC로 하고 상기 STC와 ETC의 차를 구하는 제 35 단계(S35)와 ; 인터럽트 핸들러 루틴의 플래그값을 "0" 으로 설정하는 제 36 단계(S36)와 ; 인터럽트를 디스에이블하는 제 37 단계(S37)로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 제 31단계(S31)에서 인터럽트를 다시 인에이블시키는 것은 중앙처리장치의 특성상 외부 인터럽트가 발생하면 다음 인터럽트가 발생되지 않도록 하기 위해 상기 중앙처리장치에서 인터럽트를 디스에이블 시키기 때문에 다음 인터럽트를 발생하기 위해서는 인터럽트를 인위적으로 인에이블 시켜야 한다.

제 6 도는 자체 복원형 인터럽트 핸들러 루틴 내부에서 스택 조절에 의해 인터럽트를 디스에이블하는 과정을 나타내는 코드표로서, PUSHA는 시스템 처리루틴에서 인터럽트 핸들러 루틴으로 옮겨갈 때 상기 시스템 처리루틴에서 발생된 모든 데이터를 스택에 저장함을 의미하고, LD AX, 2[SP]는 스택에 저장되어 있는 마스크값을 읽어오는 것을 뜻하며, AND AX, #1111111111011111는 해당 인터럽트 마스크를 앤드연산하는 의미이고, ST AX, 2[SP]는 상기 연산된 내용을 스택에 저장하고 인터럽트를 디스에이블 시키는 것을 의미한다. 그리고, POPA는 시스템 제어루틴에서 인터럽트 핸들러 루틴으로 옮기기전에 스택에 저장했던 내용을 불러오는 것을 의미하여, RET는 인터럽트 핸들러 루틴을 빠져나와 시스템 제어루틴으로 옮겨가는 것을 의미한다.

본 발명은 인코더 펄스의 간격을 측정할 때 연속하여 측정하지 않고 시스템의 처리주기를 기준으로 한 주기당 1회씩 주기적으로 측정하여 중앙처리장치의 부담을 해소하였으며, 범용 인코더 형식의 차륜 회전속도 감지 센서를 이용하여 광범위한 속도 범위에서도 정밀도를 유지하고 범용 제어기의 내장 타이머와 인터럽트 신호를 이용하여, 마이크로 프로세서와 카운터 및 타이머 등의 부수적인 하드웨어의 부가없이도 차륜 회전속도 측정 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

참고로, 본 발명에서는 차속이 아주 느린 경우에 인코더 펄스의 주기가 커져 카운터에 오버플로우가 생기는 현상을 차속이 시속 5km 이하인 경우에는 속도 분별에 대한 필요성이 없다는 점에 착안하여 차속이 시속 5km 이하인 경우를 나타내는 신호를 설정하고, 상기 신호에 의하여 차속이 시속 5km 이하인 경우는 속도를 측정하지 않아서, 속도값을 측정할 때 오버 플로우에 의한 오류를 피하도록 하였다.

Claims (2)

1. 전기 자동차 시스템의 처리주기인 10ms가 경과되었나를 판단하는 단계와 ; 상기 단계에서 10ms가 경과되면, 10ms가 경과됨과 동시에 인터럽트와 하한속도를 감지하는 하한 속도감지부를 인에이블 시키고, 이후 시스템의 중앙처리장치로 입력되는 인코더 펄스의 첫 번째 라이징 엣지 부분에서 인터럽트를 발생시키는 단계와 ; 인코더 펄스의 다음 라이징 엣지부분을 인가받기 위해 다시한번 인터럽트를 인에이블시키는 단계와 ; 인터럽트 핸들러 루틴을 수행함에 있어 인터럽트 상태신호 즉, 플래그 값이 "1" 인가를 판단하는 단계와 ; 상기 단계에서 상기 플래그 값이 "1" 이 아니면 시스템 내부 타이머값을 읽어 STC(Start Time Count)로 설정한 후, 상기 플래그 값을 "1"로 설정하고 빠져나가는 단계와 ; 시스템의 중앙처리장치로 입력되는 인코더 펄스의 두 번째 라이징 엣지부분이 입력되면 인터럽트를 걸고 인터럽트를 다시 인에이블시킨후 상기 플래그값이 "1" 인가를 판단하는 단계를 수행한 후 상기 플래그 값이 "1" 이면 시스템 내부 타이머값을 읽어 ETC(End Timer Count)로 설정하고, 이후 상기 ETC와 STC의 차를 구해 차륜 회전속도를 측정하는 단계와 ; 상기 "1" 로 설정된 플래그 값을 "0" 으로 설정하는 단계와 ; 상기 인에이블된 인터럽트를 디스에이블 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 시스템 제어기를 위한 차륜 회전속도 측정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 하한 속도 감지부는 상기 ETC와 STC의 차가 5km이하값이 되거나 전기 자동차가 너무 저속일 경우는 하한 속도 상태 신호를 셋팅하고, 상기 ETC와 STC의 차가 5km 이상이 되었을 때는 하한 속도 상태 신호를 리셋하여 전기 자동차가 저속일 때 발생하는 오버플로우에 의한 오류를 제거함을 특징으로 하는 전기 자동차 시스템 제어기를 위한 차륜 회전속도 측정방법