KR100299466B1 - 이동체를제어하는콘트롤러,제어방법및그콘트롤러에사용하기위한센서 - Google Patents

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야마까도마꼬또
가도무까이유조
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가나이 쓰도무
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Abstract

자동차와 같은 이동체(100)을 제어하기 위해 가가속도가 유도되어 제어 정보로써 사용된다. 이 가가속도를 유도하기 위해 가속도를 나타내는 값이 미분되지만 양호하게는 가가속도를 직접 측정하는 센서(1l1, 112)가 제공된다. 이러한 센서의 한 예에 있어서, 진자(1)은 진자(1)을 지지하는 케이싱(10)상의 자석(2)의 자계와 상호 동작하는 코일(3)을 갖는다. 전류는 진자(1)의 운동을 지지하는 힘을 발생시키기 위해 코일(3)에 공급된다. 그러면, 코일 양단간의 전압은 가가속도에 대응한다는 것을 발견할 수 있다.

Description

이동체를 제어하는 콘트롤러, 제어 방법 및 그 콘트롤러에 사용하기 위한 센서
제1(a)도 및 제1(b)도는 본 발명의 일반적인 원리를 설명하는 개략도.
제2(a)도 내지 제2(c)도는 본 발명에 사용될 수 있는 제어 규칙 배열을 설명하는 블럭도.
제3도는 본 발명을 구현하는 자동차의 개략도.
제4도는 제3도의 자동차에 사용될 수 있는 가가속도 센서의 제1실시예의 구성도.
제5도는 제4도의 센서의 진자에 인가된 힘들을 도시하는 도면.
제6도는 제4도의 센서의 일부 회로도.
제7도는 제4도의 센서의 일부 변경 회로도.
제8도는 제4도의 센서를 위한 신호 처리 회로를 도시한 회로도.
제9도는 제3도의 자동차에 사용될 수 있는 가가속도 센서의 제2 실시예를 도시한 도면.
제10도는 가가속도에 대응하는 정보에 기초하여 자동차 제어를 설명하기 위한 개략도.
제11(a)도 내지 제11(e)도는 자동차의 횡방향 미끄러짐을 도시하는 도면으로서, 제11(a)도는 도로 위에 있는 자동차의 이동을 도시한 도면이고, 제11(b)도는 자동차의 조타각의 변화를 도시한 도면이고, 제11(c)는 조타각 속도의 변화를 도시한 도면이고, 제11(d)도는 횡 가속도의 변화를 도시한 도면이고, 제11(e)도는 횡가가속도를 도시한 도면.
제12(a)도 및 제12(b)도는 횡가가속도에 따른 자동차 조타의 보정을 도시하는 도면으로서, 제12(a)도는 발생가능한 미끄러짐을 도시한 도면이고, 제12(b)도는 미끄러짐을 피하기 위한 후륜 제어를 도시한 도면.
제13(a)도 내지 제13(f)도는 가속시 자동차의 제어를 도시한 도면으로서, 제13(a)도는 도로상의 자동차의 이동을 도시한 도면이고, 제13(b)도는 자동차 가속기의 위치를 도시한 도면이고, 제13(c)도는 가속기의 속도를 도시한 도면이고, 제13(d)도는 구동륜의 속도를 도시한 도면이고, 제13(e)도는 전후 가속도를 도시한 도면이고, 제13(f)도는 전후 가가속도를 도시한 도면.
제14(a)도 내지 제l4(f)도는 브레이크 작동시 자동차의 제어를 도시한 도면으로서, 제14(a)도는 도로상의 자동차의 이동을 도시한 도면이고, 제14(b)도는 브레이크 유압을 도시한 도면이고, 제14(c)도는 브레이크 유압의 변화를 도시한 도면이고, 제14(d)도는 자동차의 전후 가속도를 도시한 도면이고, 제14(e)도는 자동차의 전후 가가속도를 도시한 도면이고, 제14(f)도는 차륜 속도를 도시한 도면.
제15도는 6개의 가가속도 센서들을 갖는 자동차의 개략도.
제16도는 서스펜션 제어를 하는 자동차를 도시한 도면.
제17도는 가가속도 센서들을 사용하는 엔진 진동 제어 장치의 개략도.
제18도는 가가속도 센서들을 사용하는 엔진 마운트 장치를 도시한 도면.
제19(a)도 및 제19(b)도는 제18도의 장치에 있는 엔진 진동을 도시한 도면으로서, 제19(a)도는 가속도 변화를 도시한 도면이고, 제19(b)도는 가가속도의 변화를 도시한 도면.
제20(a)도 및 제20(b)도는 엔진의 실화 순간에 제19(a)도 및 제19(b)도에 각각 대응하는 그래프를 도시한 도면.
제21도는 본 발명을 구현하는 엘리베이터 제어 시스템을 도시한 도면.
제22도는 회전 가가속도 검출용 센서를 도시한 도면.
제23도는 본 발명을 구현한 지진 시뮬레이터를 도시한 도면.
제24도는 본 발명을 구현하는 XY 스테이지를 도시한 도면.
제25도는 본 발명을 구현하는 진동 감소 빌딩의 개략도.
제26도는 본 발명을 구현하는 철도 차량을 도시한 도면.
제27도는 본 발명을 구현하는 제26도의 철도 차량의 개량을 도시한 도면.
제28(a)도 및 제28(b)도는 제26도의 철도 차량의 또 다른 개량을 도시한 도면.
제29도는 본 발명을 구현하는 자기 부상 차량을 도시한 도면.
제30(a)도 및 제30(b)도는 본 발명을 구현하는 매니퓰레이터를 도시한 도면.
제31(a)도 및 제31(b)도는 본 발명을 구현하는 비행기를 도시한 도면.
제32도는 가속도 센서를 사용하여 가가속도를 구하기 위한 회로의 회로도.
제33도는 가속도 센서를 사용하여 가가속도를 구하기 위한 다른 회로도.
제34(a)도 및 제34(b)도는 가속도 및 가가속도를 도시한 도면.
제35(a)도 및 제35(b)도는 본 발명에 따라 가가속도 정보에 관한 것을 구하기 위한 다른 장치를 도시하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1, 11 : 진자 2, 12 : 자석
3, 130 : 코일 5, 15 : 서보 앰프
6, l6 : 판독 저항 10 : 케이싱
40, 140, 196 : 진자 변위 검출기 41, 141 : 가동 전극
42, 142 : 고정 전극 50 : 차체
51, 152a, 152b, 163, 173, 182a, 182 : 센서
52, 110, 153, 167, 174, 184, 506, 605, 606, 901, 930 : 콘트롤러
53 : 액츄에이터 100 : 자동차
101, 171 : 엔진 102 : 차륜
103, 604 : 브레이크 104 : 운전대
105 : 조타각 센서 106 : 가속기
108 : 후륜 조타 모터 109 : 유압 콘트롤러
112 : 가가속도 센서 151a, 151b : 서스펜션
162a, 162b, 172a, 172b : 마운트 203 : 테이블 콘트롤러
303 : XY 스테이지 콘트롤러 603 : 모터
704 : 자석 콘트롤러 706 : 코일 콘트롤러
본 발명은 자동차, 엘리베이터 등과 같은 이동체를 제어하기 위한 콘트롤러에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그와 같은 이동체를 제어하는 방법, 그와 같은 콘트롤러에 사용하기 위한 센서 및 이동체와 그와 같은 콘트롤러의 조합에 관한 것이다.
자동차, 엘리베이터 등과 같은 이동체를 제어하기 위해서는 이동을 감지하는 것이 필요하다. 위치, 속도, 각속도, 가속도, 및 각가속도 중 적어도 하나를 검출하는 센서가 제공되는 기존의 장치들이 공지되어 있다. 이와 같은 센서들로부터 구해진 정보는 이동체를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 센서가 물체의 가속도를 검출할 수 있고, 이와 같이 얻어진 정보는 부드럽게 증가하는 속도를 얻기 위한 가속도 제어에 사용될 수 있다.
이동체에 의해 운반되고 있는 관찰자에게 있어 위치 및 속도가 직접 느껴지지 않고, 정지하고 있는 이동체들과의 상대적인 변화를 관찰함으로써만 감지된다. 그러나, 가속도는 용이하게 감지된다. 더욱이, 인간은 가속도의 변화율, 즉 가가속도에 특히 민감하다는 것이 1987년 12월호의 닛산 테크니컬 불리틴(Nissan Technical Bulletin) 제23호에 실린 "Development of Accelaration Sensors for Automobiles" 란 제목의 문건에 개제되어 있다. 이 문건은 가가속도가 이동체와 함께 이동하고 있는 인간이 겪는 안락감 또는 불쾌감에 밀접하게 관련되어 있다는 것을 지적하고 있다.
가장 일반적으로는, 본 발명은 이동체의 이동이 검출될 수 있고 그 이동에 관련된 가가속도를 나타내는 값을 검출할 수 있다는 것을 제안하고 있다. 그리고 나서, 본 발명에 따르면 상기 값에 따라 제어 신호가 발생됨으로써 이동체를 제어한다.
따라서, 본 발명의 제1 양태에 따르면, 이동체를 제어하기 위한 콘트롤러, 및 이동체의 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 이 특징으로, 공지된 센서들에 의해 가능한 이동체의 가속도를 나타내는 값을 구하고 나서, 예를 들면 적절한 미분 수단에 의해 그 값의 미분을 구하는 것이 가능하다. 그러나, 바람직한 본 발명은 가가속도를 직접 결정할 수 있는 센서를 제공하는 데 있다.
따라서, 본 발명의 제2 양태에 따르면, 서로에 대해 상대적으로 이동 가능한 2개의 부재를 갖는 센서가 제공되는데, 이들 부재 중 하나는 자석을, 다른 하나는 코일을 갖는다. 이때, 만약 상대적인 이동이 발생하면 전류가 발생되는데, 이 전류가 코일을 통과할 때 상기 전류와 자석의 자속과의 상호 작용으로 인해 힘을 발생시킨다. 이 힘이 상기 부재들의 상대적인 이동을 저지할 정도로 전류가 발생되면, 이때 코일 양단의 전압은 가가속도의 직접적인 측정치를 제공한다는 것이 밝혀졌다.
비록 이와 같은 센서가 본 발명의 제1 양태의 콘트롤러의 일부로 사용되기 위해 선택된다고 해도, 이는 본 발명의 독립적인 특징이다.
이와 같은 센서에서, 상기 부재들 중 하나는 양호하게는 다른 부재상에 있는 피봇축(pivot axis)을 통하여 장착된 진자이다. 이와 같은 진자는 가가속도가 하나이상의 축에서 얻어질 수 있도록 자유도가 2인 이동을 하는 것이 가능하지만, 그렇게 하면 처리 회로가 복잡해지기 때문에, 진자의 이동은 단일 평면에 제한되는 것이 양호하다. 만약 한 방향 이상으로 가가속도가 필요하면 다수의 위와 같은 센서가 제공될 수 있다.
더욱이, 이동 부분, 예를 들어 진자 상에 코일을 장착하는 것이 보통 더 용이하기는 하지만, 진자 상에 자석을 장착하고 코일은 다른 부재에 장착하는 것도 가능하다.
비록 본 발명이 가가속도에 관련되어 제어 신호가 발생되는 것을 제안하고 있지만, 가가속도가 이동체를 제어하기 위해 사용하는 유일한 요소인 콘트롤러에 국한되는 것은 아니다. 따라서, 예를 들면 이동체의 이동에 관련된 가속도, 및/또는 속도, 및/또는 위치 정보를 구하고, 이러한 정보를 가가속도와 함께 사용하여 그 이동체를 제어하는 것이 가능하다. 더욱이, 본 발명은 선형 가속도 및 그에 따른 가가속도에 국한되지 않고, 각가속도(angular acceleration) 및 그 가가속도에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 콘트롤러는 많은 응용 분야를 갖는다. 예를 들면, 이동체 상의 선정된 방향으로의 힘을 발생시키는 수단을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 상기 이동체가 자동차이면, 다음의 제어 구성들을 허용하도록 하나 또는 그 이상의 콘트롤러를 제공할 수 있다.
(i) 자동차의 조타를 제어하기 위한 자동차의 횡방향으로의 가가속도의 도출. 따라서, 자동차의 횡방향 이동(측방향 미끄러짐)이 검출될 수 있고, 적절한 조타 보정이 가해진다.
(ii) 브레이크 시스템 제어를 위해 자동차의 종방향으로의 가가속도가 검출될 수 있다. 따라서 자동차 제동시, 급격한 감속 변화는 미끄러짐을 일으키고, 이는 가가속도를 사용하여 검출될 수 있어서, 브레이크 차륜 시스템의 회전력을 해제하도록 제어되어 이와 같은 미끄러짐을 멈출 수 있다.
(iii) 유사한 방법으로, 자동차의 종방향으로 가가속도를 검출함으로써 차륜들이 과도한 힘 때문에 미끄러졌는지를 검출하여 차륜들이 다시 제자리에 고정되도록 자동차를 제어하는 것이 가능하다.
(iv) 수직 방향으로의 가가속도를 검출함으로써, 자동차의 액티브 서스펜션을 제어하여 좀 더 부드러운 승차감을 제공하는 것이 가능하다.
더욱이, 자동차에서는 차체에 차량 엔진을 장착하기 위한 장착 장치들이 제공될 수 있는데, 본 발명은 이 장착 장치들이 엔진의 가가속도에 따라 제어될 수 있도록 함으로써, 엔진으로부터의 힘의 전달을 부드럽게 한다. 특히, 이와 같은 장치는 엔진의 미스파이어링(misfiring)을 검출할 수 있다.
본 발명은 또한 엘리베이터 시스템에도 응용될 수 있는데, 엘리베이터 케이지의 이동을 검출하여 가가속도를 구한다. 그리고 나서, 이동을 부드럽게 하기 위해 엘리베이터 운전을 제어함으로써 승객의 불쾌감을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 응용 분야는 지진 시뮬레이터, 철도 시스템, 자기 부상 차량 시스템, 항공 시스템, 빌딩 진동 감소 시스템, 로봇(매니퓰레이터) 시스템, 및 선정된 평면에서 플래튼(platen)을 움직이는 시스템(XY-스테이지 시스템)을 포함한다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 예를 들어 상세하게 설명될 것이다.
제1(a)도는 가가속도에 관련된 정보를 사용하는 이동 제어 시스템의 전체 구조를 도시한 개략도이다. 이동 제어 시스템은 차체(50)에 부착되고 외부 힘 f(t) 하에서 차체(50)의 가가속도를 검출하는 가가속도 센서(51), 차체(50)의 이동을 제어하기 위한 콘트롤러(52), 차체에 인가하기 위한 힘 F(t)를 발생시키기 위한 액츄에이터(53)을 구비하고 있다. 콘트롤러(52)는 가가속도 센서(51)에 의해 검출된 가가속도에 관련된 정보에 따라 액츄에이터(53)을 사용하여 차체(50)의 이동을 제어한다.
제1(a)도 및 제1(b)도에 도시된 가가속도 관련 정보를 사용하는 이동 제어 시스템에 있어서, 차체(50)이 스프링 요소(56)과 함께 가상 고정 표면(54)에 국한되어서 제1(b)도에 도시된 이동 구조를 보이는 이동이 고려될 것이다.
제l(b)도에 도시된 차체의 질량은 M, 차체의 변위는 xo, 액츄에이터(53)에 의해 발생된 힘은 Fc(t), 차체(50)에 작용하는 외부 힘은 fg(t), 댐퍼 요소(55)의 점성 감쇠 계수는 C, 스프링 요소(56)의 스프링 상수는 K라고 가정하면, 차체(50)은 식 1에 의해 주어진 이동 방정식에 따라 이동한다.
제1(b)에 도시된 이동 모델에서 위치 제어를 고려할 때, 콘트롤러(52)에 의한 제어 규칙은 아래의 식 2에 나타난 제2(a)도에 도시된 것과 같은 전달 함수를 갖는다고 가정될 수 있다.
식 2에서, K2, K3및 K4는 각각 가속도, 속도, 및 변위의 피드백 이득 상수들을 나타낸다. 외부 힘과 변위 사이의 전달 함수는 아래의 식 3으로 주어진다.
식 3은 위치 제어하에서 질량을 능동적으로 증가시키는 가속도 피드백 함수, 위치 제어하에서 감쇠값을 능동적으로 증가시키는 속도 피드백 함수, 및 위치 제어하에서 견고성을 능동적으로 증가시키는 위치 피드백 함수를 도시하고 있다. 식 3은 또한 3개의 이득 상수를 선택함으로써 이동 특성이 자유로이 변할 수 있다.
다음에, 제1(b)도에 도시된 이동 모델에서의 속도 제어가 고려될 것이다. 식 1의 양변이 시간 t에 대해 미분되면, 식 4가 얻어진다.
식 3은 식 5에서처럼 치환되어 식 6이 얻어진다.
제2(b)도는 콘트롤러(52)의 제어 규칙이 아래의 식 7로 주어진 전달 함수의 경우에 대응하는 블럭도를 도시하고 있다.
식 7에서, K1, K2및 K3은 각각 가가속도, 가속도, 및 속도의 피드백 상수들을 나타낸다. 외부 힘과 이 블럭도에서 얻어진 속도 사이의 전달 함수는 아래의 식 8로 주어진다.
식 8은 가가속도 피드백이 속도 제어 하에서 질량을 능동적으로 증가시키고, 가속도 피드백이 속도 제어하에서 감쇠값을 능동적으로 증가시키고, 속도 피드백이 속도 제어하에서 견고성을 능동적으로 증가시키는 것을 도시하고 있다. 식 8은 또한 3개의 이득 상수를 적절하게 선택함으로써 이동 특성이 자유로이 변화될 수 있다.
다음에, 제1(b)에 도시된 이동 모델에서 가속도 제어가 고려될 것이다. 식 7의 양변이 시간 t에 대해 미분되면 식 9가 얻어진다.
식 10이 아래의 식 11에 도시된 것처럼 치환되면 식 12가 얻어진다.
제2(c)도는 콘트롤러(52)의 제어 규칙이 아래의 식 12에 의해 주어진 전달 함수인 경우에 대응하는 블록도를 도시하고 있다.
식 12에 있어서, K0, K1및 K2는 각각 가가가속도, 가가속도, 및 가속도의 피드백 이득 상수들을 나타낸다. 외부 힘과 이 블럭도로부터 구해진 가속도의 전달함수는 아래의 식13으로 주어진다.
식 13은 가가가속도 피드백이 가속도 제어하에서 질량을 능동적으로 증가시키고, 가속도 피드백이 가속도 제어하에서 견고성을 능동적으로 증가시킨다는 것을 도시하고 있다. 식 13은 또한 3개의 이득 상수를 적절하게 선택함으로써 이동, 특성이 자유로이 변할 수 있다는 것을 도시하고 있다.
위치, 속도, 및 가속도 각각에 기초한 이동 제어가 위에 설명되었다. 신체 이동 상태에 의해 반영되는 새로운 물리값인 가가속도에 관련되는 정보를, 위치, 속도 및 가속도 정보만을 사용하는 종래의 제어 방법에 부가함으로써, 질량은 속도 제어하에서 능동적으로 변화되고, 감쇠값은 가속도 제어하에서 능동적으로 변화되어서, 제어 효율이 더 향상될 수 있게 한다(가가가속도 관련 정보는 부가적인 가속도 센서출력의 제1차 미분 회로 출력으로 사용될 수 있다).
본 발명은 자동차 제어 시스템에 응용한 제1 예가 제3도 내지 제15도를 참조하여 설명될 것이다. 제3도는 이동체의 예가 되는 자동차의 이동 제어 시스템의 전체 구성을 도시하고 있는데, 여기에서는 가가속도를 측정하는 센서들이 사용되고 있다.
자동차(100)은 조타가능한 4개의 차륜을 갖는다. 자동차는 엔진(101)(트랜스미션 포함) 차륜(102), 각 차륜을 위한 브레이크(103), 운전대(104), 조타각 센서(105), 가속기(106), 브레이크 페달 기구(107), 후륜 조타 모터(108), 유압 콘트롤러(109), 콘트롤러(110), 횡가가속도를 검출하기 위해 사용되는 가가속도 센서(112), 및 전후(종방향) 가가속도를 검출하기 위해 사용되는 가가속도 센서(111)을 포함한다. 횡가가속도 센서(112) 및 전후(종 방향) 가속도 센서(111)는 제4도 내지 제9도에 도시된 것과 같다. 이 센서들은 또한 가속도를 검출할 수 있다.
제4도는 제3도에 도시된 자동차 제어 시스템의 예에서 사용될 수 있는 가가속도 센서(111 또는 112)의 제1 실시예의 전체 구성을 도시하고 있다, 제4도에 도시된 것처럼, 이 가가속도 센서는 운동 자유도 1인 이동을 제공하는 조인트(13)을 사용하여 케이싱(10a)에 부착된 진자(1)로 구성되어 있다[즉, 진자(1)은 한 평면에서만 이동하도록 제한된다]. 코일(3)은 진자(1)에 고정되고, 가동 전극(41)이 진자(1)의 자유단(이동 방향)에 또는 인접하여 부착된다. 케이싱(10)은 자석이 코일(3)에 인접하도록 자석(2)를 지지하고, 전극(42)는 케이싱(10)에 고정되어 가동 전극(41)과 마주한다.
진자 변위 검출기(40)은 진자(1)의 평형 위치로부터의 변위를 검출하기 위해사용되고, 서보 앰프(5)는 진자 변위 검출기(40)의 출력측에 직렬로 연결되고 서보앰프(5)의 출력은 코일(3)의 한쪽 단자에 입력된다. 판독 저항(6)은 한쪽 단자가 접지되고 다른 단자는 코일(3)에 접속되도록 연결된다. 이렇게 검출된 가가속도 관련정보는 제4도에 도시된 것처럼 코일(3)의 단자 전압에 대응한다.
상술한 것처럼, 진자(1)은 운동 자유도 1을(제4도에서 종이의 평면에서) 가짐으로써, 센서는 이동 및 그 방향으로의 이동의 가가속도를 검출한다. 케이싱(10)에 고정된 가동 전극(41 및 42)는 두 쌍의 판형 캐패시터를 형성한다. 이와 같은 판형 캐패시터의 정전 용량은 캐패시터 판들 사이의 공극의 크기에 반비례하고, 아래의 식(4)로 주어진다.
식 14에서, ε는 공기의 유전율이고, S는 전극의 면적이고, d는 공극의 크기이다. 따라서, 진자(1)의 변위는 가동 전극(41)과 고정 전극(42)에 의해 형성된 두쌍의 캐패시터 사이의 정전 용량의 변화 C로 부터 검출될 수 있다.
진자(1)은 코일(3)을 지지한다. 이 코일(3)에 전류가 흐를 때, 전류는 자속을 발생시키고, 진자는 이 자속과, 케이싱(10)에 고정된 자석(2)의 자계와의 상호 작용에 의해 발생된 힘을 느끼게 된다. 따라서, 진자(1)은 외부 힘의 크기에 상관없이 평형 위치에 있을 수 있다. 이는 서보 앰프(5)에 의해 검출된 두 쌍의 캐패시터들 사이의 정전 용량의 변화 △C가 거의 0이 되도록 코일(3)에 흐르는 전류를 제어함으로써 달성된다.
가가속도 센서가 제3도의 예에서의 자동차와 같은 이동체에 고정되어 있다고 가정하자. 만약 진자(1)의 질량이 M이고, 제4도에서 좌측(즉, 센서의 유효 방향)으로의 횡가속도 α(t)가 시간 t에서 센서에 감지되면, 관성력 F(t) = Mα(t)가 제5도의 우측으로 진자(1)에 인가된다· 진자(1)의 이동은 아래의 식 15로 주어진다.
식 15에 있어서, M은 진자(1)의 질량이고, x(t)는 시간 t에 진자(1)의 평형 위치로 부터의 변위이고, F(t)은 진자(1)에 작용하는 관성력이고, f(t)는 위치 피드백을 통해 발생된 제어력이다. 제어력 f(t)는 코일(3)에 흐르는 전류 I(t)에 비례하고, 이는 식 16 및 식 17로 주어진다.
식 16 및 식 17에 있어서, ø는 전자기 결합 계수이고, r은 코일(3)의 반경이고, B는 자석(2)의 자속 밀도이고, N은 코일(3)의 권선 횟수이다.
제어력 f(t)는 F(t)에 일치할 때 시간에 따라 변하여서, 진자(1)은 평형 상태에 놓일 수 있다. 그 때, 식 15의 좌변은 0이 된다. 그 결과, 식 18이 성립한다.
따라서, 가가속도 센서에 의해 검출될 가속도는 다음과 같이 식 19로 주어진다.
상술된 가속도는 코일(3)에 흐르는 전류를 측정함으로써 검출될 수 있다. 한편, 가가속도 센서에 의해 검출될 가가속도가 η(t)라고 가정하면, 식 20이 아래에 보는 것처럼 성립한다.
코일(3)에 흐르는 전류에 대한 회로 방정식은 제6도에서 볼 수 있는 것처럼 식 21로 주어진다.
식 21에서, L은 코일(3)의 인덕턴스이다. 따라서, 가가속도 센서에 의해 검출될 가가속도 η(t)는 아래와 같이 식 22로 주어진다.
상술된 가가속도는 코일(3) 양단의 전압을 검출함으로써 측정될 수 있다.
제1 실시예의 가가속도 센서의 구조는 진자(1)이 이동하는 방향으로 가속도가 가해질 때 진자(1)이 변위되도록 되어 있다. 이 변위는 변위 검출기(40)에 의해 전압 신호로서 검출되고, 서보 앰프(5)에서 증폭된다. 서보 앰프(5)는 전압 신호를 전류 명령으로 변환한다. 이 전류는 진자(1)에 부착된 코일(3)에 공급된다.
따라서, 양호하게는 코일(3)과 고정 자기 전극(42) 사이에 힘이 발생하는데, 이 힘은 센서가 부착되어 있는 이동체의 이동에 의해 상기 힘을 균형 잡히게 하는 변위력을 진자(1)상에 제공한다. 따라서, 변위 검출기(40)의 출력은 거의 0이 된다. 진자(1)의 변위는 자동적으로 금지된다. 이 때 위에서 언급한 것처럼, 코일(3)에 흐르는 전류는 인가된 가속도에 비례한다. 코일(3)의 양단 전압은 전류의 미분값, 즉 가가속도에 비례한다.
제7도는 코일(3)이 저항 R을 갖고 있을 때 가가속도에 관련된 정보를 구하는 방법을 도시하고 있다. 식 23은 제5도에 도시된 회로에 적용된다.
식 23에서, e는 코일(3) 양단의 전압이고, R은 코일(3)의 저항이고, L은 코일 (3)의 인덕턴스이다. 만약 코일(3)에 흐르는 전류가 제7도에 도시된 것처럼 판독 저항(6)을 통과하면, 식 24가 성립한다.
따라서, 가가속도는 코일(3) 양단의 전압을 측정함으로써 제6도에 도시된 것과 동일한 방식으로 가가속도 센서에 의해 검출될 수 있다. 판독 저항(6) 양단의 전압은 식 25로 주어진다.
제8도는 식 25에 의해 나타내어진 가가속도 센서의 신호 처리 블럭 구성을 도시하고 있다. 연산 증폭기가 신호 처리 블록에 사용된다. 이 구성은 가가속도 센서에 영향을 주는 가가속도가 코일(3)의 저항이 무시될 수 없을 때에도 검출될 수 있도록 한다.
제9도는 가가속도 센서의 제2 실시예의 전체 구성을 도시하고 있다. 이 구성은 일반적으로 제4도에 도시된 것과 유사하다. 센서는 진자(11), 진자(11)에 부착된 자석, 가동 전극(141), 케이싱(10), 케이싱(10)에 고정된 코일(130), 고정 전극(142), 진자의 평형 위치로부터의 변위를 검출하기 위해 사용되는 진자 변위 검출기(140), 서보 앰프(15), 및 판독 저항(16)으로 구성되어 있다. 따라서, 이 실시예는 자석(12)가 전자(11)에 고정되어 있지만 코일(13)은 케이싱(10)에 부착되어 있다는 점에서 제4도의 것과는 상이하다. 본 실시예 및 제4도에 있는 센서와 동일한 방식에 따르는 센서에서, 가가속도 관련 정보는 제9도에 도시된 코일(3)의 단자 전압에 대응한다.
제4도 및 제9도에 도시된 가가속도 센서들에 있어서, 자석(2 및 12)는 자속 밀도를 고정된 레벨로 유지하는 영구 자석이나 전자석으로 각각 대체될 수 있다.
이 실시예에서, 진자 및 케이싱과 함께 제조되는 정전 용량차를 사용하는 방법은 진자의 변위 검출에 사용된다. 그러나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 예를 들면, 진자 변위는 LED, 렌즈, 및 광검출기를 사용함으로써 광학적으로 검출될 수도 있다.
더욱이, 식 21 및 식 22에서 분명한 것처럼, 가가속도를 좀 더 정확하게 검출할 수 있도록 하기 위해 진자(1)의 재질이나 구조적 특성인 영 모듈러스(Young modulus, 단면 모멘트 등)을 고려할 필요는 없다.
더욱이, 아래의 식 26은 식 19 및 식 24로부터 구할 수 있다.
따라서, 판독 저항(6 및 16)의 단자 전압 er은 전류, 즉 가속도에 비례하는 값이다.
상술한 것처럼, 본 실시예에 도시된 가가속도 센서는 가속도와 가가속도를 동시에 검출할 수 있다.
가가속도 센서의 상기 실시예에서, 검출 방향은 한 축으로 한정된다. 그러나, 다수의 축 방향으로 가가속도를 검출할 필요가 있을 때, 및 부품의 수와 비용이 감소되어야 할 때는, 다중 축 가가속도 센서가 아래에 설명된 장치를 사용함으로써 달성될 수 있다.
진자는 자석이나 각 축 방향으로 정렬되어 있는 코일과 함께 사용된다, 진자는 많은 축 방향으로의 가속도에 따라 많은 축 방향으로 변위될 수 있다. 또, 각축 방향으로의 힘이 자석이나 진자의 코일에서 독립적으로 발생되는 위치에서 각축 방향으로 정렬되도록 장착된다. 그리고 나서, 변위 검출기는 진자의 기준 충(reference opposition)으로부터의 각 축 방향으로의 변위를 독립적으로 검출한다. 각 축 방향에 있는 서보 앰프는 각 축 방향으로 코일을 흐르는 전류를 제어한다. 따라서, 변위는 각 축 방향에 있는 변위 검출기에 의해 검출되고, 변위가 0이 되도록 각 축 방향에 있는 진자에 작용하고 있는 가속도에 의해 발생된 각 축 방향에 있는 진자의 각 축 방향으로의 변위를 보상하기 위해 전류가 각 축 방향에 있는 코일을 통해 흐른다. 이와 같은 장치에 있어서, 각 축 방향에 있는 진자에 작용하는 가가속도는 각 축 방향에 있는 코일 양단에 발생된 유도 기전력으로부터 검출될 수 있는데, 이와 같은 검출은, 예를 들면 각 축 방향에 있는 유도 기전력 검출기에 의해 수행된다.
제1 및 제2 실시예의 진자를 대체하기 위해 박판형 캔틸레버(cantilever)가 본 발명의 가가속도 센서에 사용될 수 있다. 캔틸레버는 넓은 판이 검출 방향에 수직으로 세워지도록 배열된다. 센서는 가속도 변화에 비례하는 물리량을 직접 검출하기 위해 사용된다. 만약 캔틸레버가 자계 속에 배치되면, 자속은 캔틸레버의 위치 변화에 따라 변한다. 따라서, 가속도의 변화율인 가가속도는 적절한 픽업 코일을 사용하여 발생된 기전력(electromotive force)을 검출함으로써 검출될 수 있다. 기전력은 전자 유도 법칙에 따라 자속의 미분값에 비례한다. 따라서, 발생된 전압은 센서로부터 출력될 수 있다. 그러나, 이 방법에서 가가속도를 정확하게 검출하는 것은 더 어렵다. 이는 가가속도를 검출하기 위해서는 가속도로 인한 캔틸레버의 휨(bending)을 사용하여, 많은 비선형 요소들이 결과에 영향을 주기 때문이다.
제3도를 다시 참조하면, 운전자가 운전대(104), 가속기(106), 또는 브레이크 페달 기구(107)를 조작할 때 보통의 자동차를 운전할 때와 동일한 방식으로 자동차(100)의 4개의 차륜이 조타되고, 엔진의 rpm이 변하거나, 또는 브레이크(103)가 사용된다. 그러나, 정상적인 운전 상태에서, 자동차의 성능은 본 발명을 사용함으로써 다음과 같이 개선될 수 있다.
본 발명의 예에 따르면, 후륜 조타 모터(108), 엔진(101), 및 유압 콘트롤러(109)는 횡방향 및 종방향(전후) 가가속도에 대응하는 정보를 사용하는 콘트롤러(110)에 의해 차례로 제어된다. 이와 같은 방법으로, 자동차 이동을 수동으로 제어하기 어려운 한계 상황에서도 자동차를 제어하는 것이 가능해진다.
제10도는 자동차(100)의 이동이, 예를 들면 도로 상태의 변화에 따른 자동차의 미끄러짐으로 갑자기 변할 때, 가가속도에 대응하는 정보에 기초하여 자동차를 제어하는 예를 설명하고 있다. 자동차가 정상적으로 방향전환을 할 때는 원심력 M과 표면 반발력 F 사이에 힘의 균형이 존재한다. 만약 자동차의 이동이 도로 상태등의 갑작스러운 변화 때문에 변하게 되면, 힘의 균형이 깨어진다. 이와 같은 때 자동차 이동을 제어하는 종래의 방법에 있어서는, 힘의 균형이 깨어지는 시각이 검출될 수 없어서, 자동차가 적절하게 제어될 수 없으며, 정상 운전에서와 동일한 방식으로 제어될 뿐이다.
가속도 및 가가속도는 시각 정보에 더하여 운전자가 감지하고 알아차릴 수 있는 정보에 대응한다. 그 정보중 가속도의 변화, 즉 가가속도는 위에서 말한 힘의 균형이 깨어질 때 자동차를 제어하기에 유용하고, 자동차는 가가속도를 검출함으로써 제어된다. 따라서, 가속도 및 가가속도 정보는 모두 자동차의 이동을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
제11(a)도 내지 제11(e)도는 자동차(100)의 종축에 대해 횡방향의 가가속도 (이후에는 횡가가속도라 함)에 기초하여 자동차의 횡방향 미끄러짐을 검출하는 방법을 도시하고 있다. 제11(a)도에서, 도로는 완만한 우회를 갖는다고 가정된다. 제11(a)도의 지점(a)에서 배수로가 도로를 가로지르고 있을 때, 지면 접촉면과 마찰 계수가 순간적으로 그 지점에서 모두 변하게 될 것이다. 자동차(100)이 조타되고 있는 각(이후 "조타각"이라고 함) [제11(b)도 참조], 그 각의 변화(이후 "조타각 속도"라고 함)[제11(c)도 참조], 자동차의 횡가속도[제11(d)도 참조], 및 자동차의 횡가가속도는 아래에 설명되는 것처럼 자동차(100)이 이와 같은 도로를 달릴 때 변한다.
일반적으로, 자동차(100)의 타이어에 작용하는 코너링력은 조타각의 크기에 비례하여 증가한다. 조타각이 고정되어 있을 때(조타각 속도가 0), 자동차의 방향 전환에 수반하는 원심력과 코너링 힘은 도로 상태가 변함없이 유지되는 한 평형을 이룬다.
자동차(100)이 배수로가 도로를 가로지르는 지점(a)를 통과할 때, 자동차(100)은 순간적으로 측방향으로 미끄러진다. 이와 같은 측방향의 미끄러짐은 자동차(100)의 횡가속도가 짧은 시간 동안 감소되게 하지만, 조타각은 고정된 채로 있다. 그 결과, 횡가가속도에 큰 피크가 검출된다. 이는 자동차(100)이 미끄러지기 시작하는 순간을 자동차(100)의 조타각 속도와 횡가가속도로부터 검출할 수 있는 이유이다.
제12(a)도 및 제12(b)도는 횡가가속도에 따라 조타 메커니즘을 사용하여 후륜(102)의 조타을 보정함으로써 자동차(100)의 이동의 과도한 변화를 방지하려는 본 발명의 예를 도시하고 있다. 따라서, 후륜(102)를 전륜(102)와 동일한 조타 방향으로 약간 틀어 주기 위해 조타각 속도와 횡가가속도 정보를 사용함으로써 차량(100)의 과도한 이동 변화가 방지될 수 있다.
제13도 및 제14도는 전후 가가속도를 사용하여 차륜의 종방향(전후) 미끄러짐을 검출하는 방법을 도시하고 있다. 제l3도는 자동차가 출발하거나 가속할 때의 차륜의 후향 미끄러짐에 관한 것이고, 제14도는 자동차가 제동할 때의 전향 미끄러짐에 관한 것이다.
제13(a)도에서, 자동차가 이동하고 있는 도로는 직선으로 간주되지만, 배수로가 지점(a)에서 도로를 가르지르기 때문에, 지면 접촉 면적 및 마출 계수는 자동차가 그 지점을 통과할 때 순간적으로 변할 것이다. 가속기(106)의 위치, 가속기의 속도, 구동륜 속도, 전후 가속도, 및 자동차가 이와 같은 도로상에서 가속하고 있을 때 자동차(100)의 전후 가가속도가 각각 제13(b)도 내지 제13(f)도에 도시되어 있다.
일반적으로, 자동차(100)의 차륜들의 타이어에 작용하는 견인력(traction force)은 엔진 토오크(torque)에 비례하여 증가한다. 따라서, 가속기가 눌려진 상태에 있을 때, 타이어들이 엔진(101)에 의해 구동될 때의 견인력 및 도로의 반작용은 도로 상태가 동일하게 유지되는 한 균형을 이룬다. 그러나, 자동차가 지점(a)에서 배수로를 통과할 때 구동륜(102)는 도로 표면에 대해 뒷쪽으로 미끄러지기 시작할 수 있다. 그리고 나서, 자동차(100)의 가속도는 가속기(106)의 위치에 관계없이 순간적으로 감소된다. 그리고 나서, 자동차(100)의 전후 가가속도에서 큰 피크가 검출된다.
따라서, 구동륜(102)가 미끄러지기 시작하는 시각은 가속기 이동을 검출하고 가속기 위치 변화에 관련하여 전후 가가속도를 검출함으로써 검출될 수 있다. 그결과, 엔진(l01)의 출력과 구동륜(102) 아이들링이 감소될 수 있다. 따라서, 콘트롤러(110)이 전후 가속도에 대응하는 정보를 사용한다면 자동차(100)의 과도한 이동변화는 방지될 수 있다. 구동륜(102)의 아이들링을 방지하려는 종래의 제어 유니트에서는, 종래의 유니트는 구동륜(102)의 RPM값이 구동되지 않는 어느 차륜(102)의 RPM값보다 더 증가할 때 아이들링이 시작한다고 판단하기 때문에 이와 같은 아이들링을 방지하는 것이 어렵다. 구동륜(10)의 이와 같은 아이들링을 검출하는데에 긴 시간이 걸리고, 구동륜(102)는 아이들링을 중단시키기 위해서는 제동되어야 한다. 일단 아이들링이 시작되면, 차륜(102)의 관성 모멘트 때문에 멈추지 않는다.
본 발명의 예에서, 전후 가가속도에 대응하는 정보가 사용된다. 이는 차륜(102)가 아이들링을 시작하는 순간 또는 최대 마찰력이 초과되는 순간이 쉽게 검출되는 것을 가능하게 한다. 따라서, 구동륜(102)가 아이들링을 시작하기 전에 엔진토오크가 감소될 수 있고, 구동륜(102)의 브레이크 페달 기구(107)를 사용하지 않고도 자동차를 출발 또는 가속할 때, 구동륜(102)의 미끄러짐이 감소될 수 있다. 따라서, 자동차(100)의 과도한 이동 변화가 방지될 수 있다.
자동차(100)의 차륜들의 후향 미끄러짐은 제14도에 도시된 것처럼 자동차가 전후 가가속도 정보를 사용하여 속도를 줄일 때 검출될 수 있다. 본 예에서, 제14(a)도에 도시된 것처럼, 자동차(100)이 이동하고 있는 도로는 직선이고, 배수로가 지점(a)에서 가로지르고, 자동차가 배수로를 통과할 때 순간적으로 지면 접촉 면적과 마찰 계수가 변한다는 것이 가정된다. 브레이크 유압, 브레이크 유압의 변화, 가속기 속도, 차륜(102)의 속도, 전후 가속도, 및 자동차가 그와 같은 도로 상을 달리는 동안 속도를 줄일 때 자동차(100)의 전후 가가속도가 제14(b)도 내지 제14(f)도에 도시되어 있다. 일반적으로, 차륜(102)의 타이어들에 작용하는 힘은 브레이크 토오크에 비례하여 증가한다. 따라서, 만약 브레이크 유압이 0이 아니면, 타이어들을 제동하기 위해 브레이크 페달 기구(107)가 사용될 때 발생된 힘과, 도로 견인력은 도로 상태가 동일하게 유지되는 한 균형을 이룬다· 그러나, 자동차가 지점(a)에서 배수로를 통과할 때, 구동륜들은 로킹될 수도 있다(이 때, 속도는 0)다. 따라서, 브레이크 유압이 0이 아닌 동안 순간적으로 감속력이 감소되고, 자동차(100)의 전후 가가속도에서 큰 피크가 검출될 수 있다. 따라서, 차륜이 로킹되는 시각은 브레이크 유압을 검출하고 브레이크 유압의 변화에 관련하여 자동차의 전후 가가속도를 검출함으로써 검출될 수 있다. 따라서, 자동차(100)의 과도한 이동 변화는 콘트롤러(110)에 의해 제어된 브레이크 유압 콘트롤러(109)로 하여금 전후 가가속도 정보를 사용하여 미끄러질 때의 브레이크 유압을 감소시키도록 하여 차륜(102)의 로킹을 감소시킴으로써 방지될 수 있다. 종래의 미끄럼 방지 제동 시스템(AI3S)에 사용되는 차륜용의 잠금 방지 유니트에서는, 구동륜(102)의 RPM값이 자동차 속도에 비해 급격히 감소할 때 평가되고, 자동차 속도는 구동되지 않는 차륜(102)의 RPM값으로부터 평가된다. 이는 언제 차륜이 로킹되는지를 결정하기 위해 사용된다. 따라서, 차륜들이 잠겨지는지 여부를 검출하는 데에 긴 시간이 걸린다. 게다가, 자동차 속도의 평가치는 정확하지 않기 때문에, 자동차의 속도를 정확하게 제어하는 것이 불가능하다.
위에서 설명된 본 발명의 예에서는, 전후 가가속도 정보가 사용된다. 그렇게 하여, 차륜(102)가 잠기기 시작하는 시각 또는 최대 마찰력이 초과되는 시각이 검출 될 수 있다· 브레이크 유압은 차륜(102)가 완전히 잠기기 전에 감소될 수 있기 때문에 차륜(102)가 덜 빈번하게 잠김으로써, 자동차(100)의 바람직하지 않은 이동 변화를 방지한다.
전후좌우 방향으로의 가가속도 정보를 사용하는 자동차(100) 제어 방법들이 위의 세가지 예에서 설명되었다. 그러나, 자동차(100)은 자유도 6의 이동; 전후, 좌우, 상하의 3가지 병진 이동, 로울링, 요잉(yawing) 피칭의 3가지 회전 이동을 할 수
있다. 그래서, 제15도에 도시된 것처럼 자유도 6의 각각에 대응하는 정보를 수집하기 위해 6개의 가가속도 센서(111a, 111b, 112a, 112b, 113a, 113b)가 제공된다. 6개의 센서는 3개의 쌍을 형성하는데, 각 쌍의 센서들은 동일 선형 축을 따라 변화를 검출한다. 따라서, 병진 이동(translation movements)들은 대응하는 쌍으로부터 동일 출력을 내고, 회전 이동들은 다른(반대되는) 출력을 낸다. 각 센서, 또는 각 쌍의 센서들의 출력은 대응하는 자유도에 대한 가가속도 정보를 검출하기 위해 사용될 수 있다.
가가속도에 직접 관련되는 정보를 사용하여 자동차(100)의 이동이 제어될 때, 작용하는 순간 변화가 검출될 수 있다. 따라서 적절한 범위 내에서의 자동차의 이동 변화는 즉시 검출될 수 있고, 타이어들의 마찰력이 유지되도록 자동차가 제어될 수 있다. 동시에, 예상되지 못하였고 바람직하지도 않은 교란에 의해 야기된 자동차의 이동의 변화에 따라 제어가 적절하게 보정된다.
상술한 세 예에 있어서, 가가속도 관련 정보와 구동 정보만이 자동차가 본 발명에 따라 어떻게 제어될 수 있는가를 설명하기 위해 사용된다. 물론, 가가속도 정보 외에도 종래의 자동차 이동 제어에 사용된 가속 차륜 속도 정보 등과 같은 다른 많은 형태의 정보를 사용하여 더 복잡한 제어가 가능하다.
제16도는 본 발명의 두번째 응용 분야를 도시하고 있다. 이 응용 분야에서 자동차의 안락한 승차감을 제어하기 위해 가가속도 센서가 사용된다. 이 경우, 자동차(100)은 가변 서스펜션 메커니즘(151a, 151b)를 갖는다. 자동차의 다른 구성요소들은 제3도에 도시된 것과 동일할 수 있다. 자동차(100)은 다수의 가가속도 센서[비록 전륜과 후륜 근처에 단지 2개의 가가속도 센서(152a 및 152b)만이 제16도에 도시되어 있지만]를 갖는다. i번째 가가속도 센서의 가속도 출력은 Gi이고, 가가속도 출력은 Ji라고 가정된다. 주목할 수 있는 것도 가속도값 Gi는 제2도의 센서에 있는 저항(6)의 양단 전압으로부터 도출될 수 있고, 가가속도값 Ji는 임의의 센서에 대해 코일(3)의 양단 전압으로부터 얻어질 수 있다는 것이다.
안락한 승차감 평가 함수(hding comfort evaluation function)는 다음의 식 27로 주어진다.
식 27에서, di와 ei는 i번째 관측점에서의 가중 상수이며, 운전자나 승객의 요구에 따라 선택될 수 있다. 안락한 승차감은 콘트롤러(153)이 서스펜션 메커니즘(151a, 151b)를 제어하여 평가 함수를 최소화한다면 최적화될 수 있다.
콘트롤러(153)은 서스펜션 메커니즘(151a 및 151b)를 제어한다. 그러나, 콘트롤러(153)이 자동차(11)의 각 관측점에서 가속도와 가가속도에 관련된 정보로부터승차감 평가 함수를 계산하여 계산 결과를 출력하기 위한 기능이 제공될 때 자동차(100)의 승차감 평가를 위한 평가 검사기로서 사용될 수 있다.
제17도 내지 제20도는 본 발명의 다른 응용 분야를 도시하고 있다. 제17도는 자동차의 승차감을 제어하고 엔진 진동을 감소시키기 위해 가가속도 센서가 사용되는 구성을 도시하고 있다. 이 경우, 자동차는 가변 엔진 장착 메커니즘을 갖고있는 것으로 가정된다. 본 발명의 이 응용분야에 있어서, 가가속도 센서(163)은 엔진(161) 상에 장착되고, 엔진은 엔진 마운트(162a 및 162b)에 의해 지지되고 있다. 2개의 추가 가가속도 센서(164a 및 l64b)가 운전대(166) 위와 운전석(165)에 장착된다. 가가속도 센서(163a, 164a, 164b)는 엔진 마운트(162a 및 162b)를 제어하는 콘트롤러(167)에 신호를 공급한다. 상기 구성의 다른 부분들도 제16도에 도시된 것과 동일할 수 있다. 가속도값은 제4도의 센서에 있는 저항(6)의 양단 전압으로부터 도출될 수 있고, 가가속도값은 코일(3)의 양단 전압으로부터 얻어질 수 있다.
엔진(161)과 차체는 다수의 추가 가속도 검출기들[제17도에서는 단 3개의 센서(163a, 164a, 165b)가 도시됨]이 제공된다. j번째 가가속도 센서의 가속도 출력은 Gj이고, 가가속도 출력은 Jj라고 가정된다. 승차감 평가 함수 φm은 식 27과 동일한 방식으로 아래의 식 28로 주어진다.
식 28에서, dj및 ej는 j번째 관측점에서의 가속도 및 가가속도 정보의 가중 상수(weighting constants)를 나타내고, 이는 운전자나 승객의 요구에 따라 조정될 수 있다.
콘트롤러(167)이 서스펜션 메커니즘을 제어하여 승차감 평가 함수 Ψm이 최소화되게 함으로써 승차감은 최적화된다.
제18도는 본 발명의 응용 분야를 도시하고 있는데, 여기에서 자동차 엔진(171)의 미스파이어링을 검출하기 위해 가가속도 센서(173)이 사용되고 있다. 연료의 연소는 엔진(171)에서 간헐적으로 발생하기 때문에 엔진 토오크는 연소와 동기되어 변한다. 이와 같은 토오크의 변화에 대한 반작용은 엔진이 진동하게 하고, 이진동은 엔진 마운트(172a, 172b)를 통해 자동차 차체에 전달되어 차체가 진동하게한다. 엔진(171)의 이와 같은 진동은 연료 연소 주기와 동기된 토오크의 변화에 의한 강제 진동이다. 따라서, 엔진의 연소 상태는 콘트롤러(174)를 사용하여 이 진동을 검출함으로써 검출될 수 있다. 제9도는 정상적인 연료 연소 동안 진동 가속도와, 엔진의 로올링 방향으로 발생하는 가가속도의 변화를 도시하고 있다. 제20도는 미스파이어가 엔진에서 발생할 때 진동 가속도의 변화와, 엔진 로올링 방향으로 발생하는 가가속도의 변화를 도시하고 있다. 미스파이어는 제20도의 지점(m)에서 발생한다. 그리고 나서, 엔진 가속도의 변화가 발생하고, 가가속도에서 큰 피크가 관측된다. 엔진(171)의 미스파이어링은 이 두 신호를 검출하여 적절한 필터링 계산을 수행함으로써 검출될 수 있다. 따라서, 만약 콘트롤러(174)가 이 정보에 따라 엔진(17l)의 점화를 제어한다면 엔진 진동이 감소될 수 있다.
콘트롤러(174)는 가변 엔진 마운트 메커니즘(172a 및 172b)를 제어한다. 그러나, 콘트롤러(174)가 자동차(100)의 각 관측점에서 가속도 및 가가속도 관련 정보로부터 승차감 평가 함수를 계산하여 계산 결과를 출력하기 위한 기능을 갖고 있을때, 이는 자동차(l00)의 승차감을 평가하기 위한 평가 검사기로서 사용될 수 있다.
주목해야 할 것은 상술된 자동차에 대한 제어 방법들이 다른 차량, 또는 실제로 어떠한 운동 물체에도 적용될 수 있다는 것이다.
제2l도는 본 발명의 또 다른 응용 분야를 도시하고 있다. 이 예에서, 엘리베이터의 승차감을 제어하기 위해 가가속도 센서가 사용된다· 엘리베이터 상자(181)은 쇠 밧줄(185)에 의해 매달려 있다. 모터(183)은 밧줄(185)를 움직이고, 콘트롤러(184)에 의해 제어된다. 가가속도 센서(182a 및 182b)는 엘리베이터 상자(181)에 부착되어 있다. 이와 같은 구조에서, 엘리베이터 상자가 모터(183)에 의해 상하로 운동할 때 그 속도 V로 정의된다. 제16도의 장치에서처럼, 가속도값은 제2도의 센서에 있는 저항(6)의 양단 전압으로부터 도출될 수 있고, 가가속도값은 코일(3)의 양단전압으로부터 얻어질 수 있다.
가가속도 관련 정보는 콘트롤러(184)에 입력되어 모터(183)의 제어 명령으로 사용된다. 다수의 가가속도 센서[예를 들어, 센서(182a, 182b)]에 대해, k번째 가가속도 센서의 가속 출력이 Gk이고 가가속도 출력이 Jk이고 모터의 회전 속도가 V라고 가정하면, 승차감 평가 함수 Ψe는 식 29에 따라 정의될 수 있다.
식 29에서 a는 엘리베이터의 상승 및 하강 속도의 가중 상수이고, bk및 ck는 i번째 관측점에서 가속도 및 가가속도 관련 정보의 가중 상수이고, 이는 엘리베이터 사용자의 요구에 따라 조정될 수 있다.
엘리베이터에서의 승차감 평가 함수는 Ψe = (a│V│-b·│G│-c·│J│])로 정의된다. 이 경우, a, b 및 c는 가중치 정수이다. 콘트롤러(204)가 모터(203)으로의 전류를 제어하여 승차감 평가 함수가 최대화되면 승차감을 최적화될 수 있다. 가가속도는 직접적으로 정확하게 검출될 수 있기 때문에, 승차감은 검출될 가속도에 미분 회로가 사용되는 경우보다 잡음에 의해 영향을 덜 받는다.
이 평가 함수는 식 29에 국한되지 않고 엘리베이터 사용자들의 요구에 맞는 선택적인 함수일 수 있다. 콘트롤러(184)는 모터(183)을 제어한다. 그러나, 콘트롤러(184)가 엘리베이터 몸체(201)의 각 관측점에서 가속도 및 가가속도 관련 정보로부터 승차감 평가 함수를 계산하여 계산 결과를 출력하는 기능을 가질 때, 이는 엘리베이터 승차감을 평가하기 위한 평가 검사기로서 사용될 수 있다. 환경적인 문제점들로 인해 가가속도 관련 정보를 검출하기가 어려울 때에는, 모터 회전 정보(회전속도 및 회전 가속도, 및 모터의 부가적인 회전 가속도)가 식 29를 변경하기 위해 사용되는 방법이 사용될 수 있다.
상술한 제어 방법들은 모두가 자동차와 엘리베이터를 위한 것이지만, 로봇 팔 등과 같은 것을 고속으로 배치하는 것을 제어하기 위해, 또는 중력이 기준으로 사용될 때는 경사각 속도계로 사용될 수도 있다.
본 발명의 효과들을 설명하겠다. 먼저, 본 발명은 자동차 또는 다른 가동 차량이 가가속도 센서들을 장비하고, 이들은 센서들로부터의 정보에 따라 콘트롤러에 의해 제어되기 때문에, 보통 운전자가 느낄수 있는 가가속도와, 자동차에서 발생하는 순간적인 변화들을 감지할 수 있다. 이는 또 적절한 범위 내에서 자동차의 운동 변화를 검출하여서, 자동차가 타이어 마찰력의 최대값을 유지하도록 제어할 수 있다. 예상되지도 않았고 운전자에 의해 의도되지도 않은 교란에 의해 야기된 임의의 변화에 응답하여 자동차의 제어를 신속하고 적절하게 보정할 수 있고, 따라서 자동차의 과도한 운동 변화를 방지할 수 있다.
본 발명은 적어도 횡가가속도를 검출하는 가가속도 센서를 자동차나 다른 차량에 장착할 수 있게 한다. 그리고 나서, 콘트롤러는 센서들로부터의 정보에 따라 후륜의 조타각을 제어할 수 있다. 따라서, 자동차가 미끄러지기 시작하는 순간은 검출될 수 있고, 후륜은 전륜의 조타 방향으로 약간 회전할 수 있고, 따라서 자동차의 과도한 운동 변화를 방지할 수 있다.
본 발명은 자동차 다른 차량이 가가속도 센서로부터의 정보에 따라 엔진이나 모터의 출력 토오크를 제어하는 콘트롤러를 갖게 함으로써, 차륜이 아이들링을 시작하는 순간이나 최대 마찰력이 초과되는 순간이 검출될 수 있다. 또, 구동륜이 미끄러지기 전에 엔진 또는 모터 토오크는 감소될 수 있기 때문에, 구동륜을 제동하지 않고 출발 또는 가속할 때 구동륜의 미끄러짐이 감소될 수 있고, 따라서 자동차 운동의 과도한 변화를 방지할 수 있다.
본 발명은 자동차나 다른 차량들이 적어도 전후 가가속도를 검출하는 가가속도 센서로 장비될 수 있게 한다. 콘트롤러는 센서들로부터의 정보에 따라 브레이크 유압 콘트롤러를 제어할 수 있다. 따라서, 자동차의 차륜들이 잠길 때, 브레이크 유압은 감소될 수 있다. 또, 최대의 마찰력이 초과되는 순간이 검출될 수 있어 차륜이 잠기기전에 브레이크 유압이 감소될 수 있기 때문에, 제동시 차륜의 잠금의 빈도를 감소시켜서 자동차의 과도한 운동 변화를 방지할 수 있다.
또, 이와 같은 자동차나 다른 차량이 가가속도 센서로부터의 가속도 및 가가속도 정보에 따라 콘트롤러에 의해 제어될 수 있기 때문에 더 복잡한 자동차 제어가 가능하다.
또, 본 발명은 자동차나 다른 차량으로 하여금 가속도 및 가가속도를 검출하는 가가속도 센서를 엔진 근처에 장치될 수 있게 하기 때문에, 센서로부터의 가속도 정보에 기초하여 엔진의 미스파이어링이 검출될 수 있다. 또, 콘트롤러는 엔진의 점화를 제어할 수 있다. 따라서, 엔진 미스파이어링이 즉시 검출되고 엔진의 점화가 제어될 수 있기 때문에 엔진 진동을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 또 자동차가 가속도와 가가속도를 모두 검출할 수 있는 가가속도센서를 장치하도록 한다. 따라서, 승차감 평균 함수는 센서들로부터의 가속도 및 가가속도 관련 정보에 기초하여 결정될 수 있다. 콘트롤러는 서스펜션 메커니즘을 제어하여 승차감 평가 함수가 될 수 있다. Gi는 가속도, Ji는 가가속도, 및 fi와 gi는 관측점 "i"에 대한 승차감을 최적화하기 위한 가중치 정수일 때, 승차감 평가 함수는(fi·｜Gi｜+gi·｜Ji｜) 로서 정의될 수 있다. 물론, 단 한 곳의 관측점만이 있을 수도 있다.
본 발명은 또 엘리베이터가 상자, 상자를 매달기 위해 사용되는 쇠 밧줄, 상하로 감기 위해 사용되는 모터, 모터를 제어하기 위해 사용되는 콘트롤러, 및 상자에 부착되어 있는 가가속도 센서로 장치될 수 있게 한다. 센서는 상자의 가속도 및 가가속도 및 가가속도 모두를 검출하기 위해 사용된다. 엘리베이터 승차감 평가 함수는 센서로부터의 정보에 기초하여 결정될 수 있다. 모터는 평가 함수에 따라 콘트롤러에 의해 제어될 수 있다. Gi는 가속도, Ji는 가가속도, Vi는 상자의 속도, 및 ai, bi, 및 ci는 관측점 "i"에 대한 가중치 정수일 때 승차감 평가 함수는 Ψ =(ai·│Vi│-bi·│Gi│-c·│J│)로서 정의된다. 물론, 관측점이 단 하나만 있을 수도 있다. 따라서, 엘리베이터의 승차감이 최적화될 수 있다.
본 발명의 가가속도 센서는 가동 부재에 의해 느껴지는 가가속도에 비례하는 코일에 흐르는 피드백 전류를 사용한다. 코일 양단의 전압은 전자 유도 법칙에 따라 피드백 전류의 미분값에 비례한다. 따라서 피드백 전류의 미분값, 즉 가동 부재에 인가된 가속도의 미분값(가가속도)에 비례하는 물리량이 이 전압을 검출함으로써 정확하게 검출될 수 있다. 또, 가속도는 전류값을 측정함으로써 동시에 정확하게 측정될 수 있다. 달리 말하면, 가가속도 그 자체는 높은 정확도로 직접 검출될 수 있다. 그 결과, 가속도를 검출한 뒤 미분 회로를 사용하는 것보다 잡음에 의해 영향을 덜 받는다. 검출은 센서의 재질 및 구조의 특성에 의존하지 않기 때문에(만약 그렇지 않다면 강한 비선형 요소를 포함한다), 높은 정확도의 검출이 가능하다.
제22도는 본 발명을 구현하는 회전 가가속도 센서의 구조를 도시하고 있다. 회전 가가속도 센서는 회전 진자(191), 회전 진자(191)에 고정된 코일(102), 가동적극(194), 케이싱(190), 케이싱(190)에 고정된 자석(193), 고정 전극(195), 진자(191)의 평형 위치로부터의 변위를 검출하기 위한 진자 변위 검출기(196), 서보앰프(197) 및 판독 저항(198)을 포함하다. 회전 가가속도 정보는 제22도에 도시된 것처럼 코일(192)의 단자 전압으로부터 구해진다.
진자(191)은 제22도의 종이 평면에 수직한 축 주위를 회전할 수 있다. 이 방향은 "센서 감지 방향" 이라고 하겠다. 가동 전극(194)는 진자(191)로부터 돌출한 얇은 레버(194)의 양측면 상에 배열된다. 고정 전극(5)는 각각이 평판 캐패시터를 형성하는 두 쌍을 이룬다. 진자(191)의 변위는 캐패시터 쌍 사이의 정전 용량의 변화 △C를 검출함으로써 진자 변위 검출기(196)을 사용하여 검출될 수 있다.
진자(191)은 또 코일(192)를 포함하고 있다. 코일(192)에 전류가 흐를 때 자속이 발생되며, 진자(191)은 케이싱(190)에 고정된 자석(193)에 의해 발생된 자계로 인해 토오크를 받는다. 따라서, 코일(192)에 흐르는 전류는 진자 변위 검출기(196)에 의해 검출된 정전 용량차가 0이 되도록(△C=0) 서보 앰프(197)에 의해 피드백 제어된다. 따라서, 캐피시터의 상하 에어 갭의 크기는 진자(191)의 위치가 관성에 관계없이 균형 위치에 유지될 수 있도록 동일할 것이다.
본 발명에 따른 회전 가속도 센서가 회전하고 있는 물체에 고정된 경우를 보자. 제22도에 도시된 것처럼, 회전 토오크 β(t)가 시간 t에 좌측 방향(센서 감지 방향)으로 전체 센서에 인가될 때, 관성 모멘트 W(t)=J·β(t)가 우측 방향으로 관성 질량 J의 진자(191)에 인가된다. 진자(19l)의 운동 방정식은 다음과 같이 주어진다.
여기에서, J는 진자(191)의 관성 질량이고,
θ(t)는 시간 t에 평형 위치로부터의 진자(191)의 회전 변위이고,
W(t)는 진자(191)에 작용하는 관성 모멘트이고,
w(t)는 위치 피드백에 의한 제어력이다.
제어력 w(t)는 코일(192)에 흐르는 전류에 비례하여서, 다음 식들이 성립한다.
여기에서, φ는 자속 횡단 계수이고,
r은 코일(192)의 반경이고,
B는 자석(193)의 자속 밀도이고,
N은 코일(192)의 와인딩 수이다.
만약 제어력이 관성 모멘트 W(t)를 따라 가서 진자(191)이 항상 평형 위치에 있으면, 식 30의 좌변은 0이 되고 다음 식이 성립한다.
따라서, 센서 전체에 작용하는 회전 가속도는 다음과 같다.
회전 가속도는 코일에 흐르는 전류로부터 검출될 수 있다.
한편, 센서 전체에 작용하는 회전 가가속도 γ(t)는 다음과 같이 주어진다.
따라서, 코일(192)에 흐르는 전류의 회로 방정식은 다음과 같다.
여기에서 L은 코일의 인덕턴스이다. 따라서, 회전 가가속도 γ(t)는 다음과 같다.
따라서, 회전 가가속도는 코일(192)의 단자 사이의 단자 전압을 검출함으로써 측정될 수 있다.
본 실시예는 회전 진자가 코일을 지지하고 케이싱이 자석을 지지하는 장치를 설명하고 있다. 그러나, 회전 진자가 자석을 지지하고 케이싱의 코일을 지지할 때에도 또는 자석이 영구 자석이나 전자석이 장치에서도 각가가속도는 검출될 수 있다.
따라서, 가가속도 관련 정보의 도출과 유사한 방법으로, 각가가속도 관련 정보는 2차 아날로그 미분 수단(필터)를 일반 가속도 센서에 또는 A-D 컨버터를 통해 부가하고 디지탈 처리를 수행함으로써 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하거나, 또는 1차 아날로그 미분 수단(필터)를 각가속도 센서에 또는 A-D 컨버터를 통해 부가하고 디지탈 처리를 수행함으로써 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환함으로써 얻어질 수 있다.
따라서, 이와 같은 장치들 중 임의의 것을 하드웨어 구조, 콘트롤러 처리 속도, 및 필요한 검출 정확도에 따라 선택할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서 도시된 가가속도 관련 정보를 사용하는 여러가지 형식의 제어에 부가하여 각가가속도 관련 정보를 사용함으로써, 운동 제어 및 높은 정확도를 갖는 운동 콘트롤러가 가능하고, 고성능을 갖는 평가 검사기가 달성될 수 있다.
제23도는 가가속도 관련 정보를 채택하는 지진 시뮬레이터의 구조를 도시하고 있다. 지진 시뮬레이터는 지진 가속도, 지진 가가속도 또는 변위 입력(콘트롤러에서의 사전 입력)이 정확하게 재생되도록 진동 테이블(200)의 운동을 제어한다. 진동 테이블(200)은 유압 액츄에이터(241, 242)에 의해 x 방향으로의 운동이, 그리고 액츄에이터(243, 244)에 의해 y 방향으로의 운동이 제어된다. 유압 액츄에이터들은 그안에 변위 센서가 각각 제공되고, 변위 정보는 테이블 콘트롤러(203)에 입력된다. 진동 테이블(200)의 x 방향 및 y 방향 가가속도는 진동 테이블(200) 위에 있는 가가속도 검출기(201, 202)에 의해 검출된다. 이 정보는 적분기(261, 262, 263 및 264)에 의해 x 및 y 방향의 가속도 및 속도로 변환되어 테이블 콘트롤러(203)에 입력된다. 변위 정보는 속도 정보를 적분기에 직렬로 공급함으로써 얻을 수 있다. 이들 4 종류의 신호들은 테이블 콘트롤러(203)에 피드백된다. 테이블 콘트롤러(203)은 이 신호들을 지진 가속도, 지진 가가속도 변위 입력과 미리 비교하고 지동 테이블(200)을 목표값으로 구동(진동)된다.
이 구조를 사용하면 종래의 시뮬레이터에 사용되는 정보 외에 가가속도 성분도 제어 정보로서 사용될 수 있어서, 지진 시뮬레이터는 양호한 응답 및 안정된 동작을 하게 된다.
본 실시예는 2차원 지진 시뮬레이터를 설명하고 있지만, 종래에 사용된 정보 이외에 가가속도에 대응하는 정보를 사용하면 3차원 지진 시뮬레이터 제어에서도 유사한 효과가 달성될 수 있다.
제24도는 가가속도에 대응하는 정보를 사용하는 XY 스테이지 장치의 구조를 도시하고 있다. XY 스테이지 장치는 XY 스테이지(300)의 운동을 제어하여서, 콘트롤러(303)에 의해 위치 사전입력을 정확히 따라가게 된다.
XY 스테이지(300)의 x 방향 운동은 스테이지 콘트롤러(303)의 의해 구동되는 선형 액츄에이터(341, 342)에 의해 제어되고, XY 스테이지(300)의 y 방향 운동은 선행 액츄에이터(343, 342) 의해 제어된다. 선형 액츄에이터들은 변위 센서들을 포함하고, 변위 정보는 스테이지 콘트롤러(3)에 입력된다. x 및 y 방향 가가속도는 가가속도를 검출하는 XY 스테이지(300) 상에 있는 센서(301, 302)에 의해 검출된다. 정보는 적분기(361 내지 364)에 의해 x 및 y 방향 가가속도는 가속도 및 속도에 대응하는 정보로 변환되어, 스테이지 콘트롤러(307)내에서 실행될 수 있다.
위치, 속도, 가속도, 및 가가속도 정보는 스테이지 콘트롤러(303)DP 피드백되어 스테이지 콘트롤러(303)에의 위치 사전 입력과 비교되고, XY 스테이지(300)은 목표 위치로 이동된다. 따라서, 가가속도 관련 정보가 종래 XY 스테이지 장치 사용된 정보에 부가하여 사용되어, XY 스테이지 장치는 양호한 응답송과 안정된 동작을 갖게 된다. 또, 비록 본 실시예에서는 2차원 XY 스테이지를 설명하였지만 1차원 또는 3차원 스테이지 장치에도 유사한 효과를 달성할 수 있다.
스테이지 콘트롤러(303)은 각 액츄에시터(343, 344)를 제어한다. 그러나, 콘트롤러(303)이 스테이지의 가 관측점에서 가속도 및 가가속도 관련 정보로부터 제어 성능 평가 함수를 계산하여 계산 결과를 출력하는 기능을 갖고 있을 때, 이는 XY 스테이지의 제어 성능 평가 검사기로 사용될 수 있다.
제25도는 가가속도 관련 정보를 사용하여 제어되는 댐퍼를 갖는 빌딩(400)의 구조가 도시되어 있다. 제25도에 도시된 것처럼, 유압 액츄에이터(403) 및 작용 질량 (404)가 빌딩(400)의 적절한 바닥에 제공된다. 유압 액츄에이터(403)은 빌딩에 고정되고, 작용 질량(404)는 유압 액츄에이터에 대한 운동이 가능하다. 콘트롤러(402)는 빌딩 전체의 진동이 최소화될 수 있도록 이 정보들에 기초하여 액츄에이터(403) 안의 유압을 제어한다.
가속도의 작은 변화는 가가속도에 대응하는 정보를 사용함으로써 검출될 수 있다.
콘트롤러(402)는 액츄에이터(403)을 제어 한다. 그러나, 콘트롤러(402)가 빌딩의 각 관측 지점에서 가속도 및 가가속도에 관련하는 정보로부터 제어 성능 평가 기능을 계산하여 계산 결과를 출력하기 위한 기능을 갖고 있을때, 이것은 진동 방지 장비에 의해 빌딩에서 제어 성능을 계산하기 위한 평가 검사기로서 사용된다.
제26도는 가가속도 관련 정보를 사용하는 철도 차량의 구성을 도시한 것이다.
제26도에 도시한 바와 같이, 철도 차량 차체(501)은 보기의 전휴 자체쌍(551, 552) 상에 장착되는데, 가각은 볼스터 스프링 액츄에이터(541, 542)의 중심주변을 자유롭게 회전할 수 있다. 보기(551, 552)의 중심 주변을 자유롭게 회전할 수 있다. 보기(551, 552)는 축 스프링(543, 544, 545, 546, 547, 548, 549, 550)을 통해 차륜(521, 522, 523, 624)DP 의해 지지된다. 가가속도 센서(531, 532, 533)은 철도 차량 차체(501)상에 제공되어 수직 방향으로 철도 차량 차체(501)의 가가속도 관련 정보를 검출한다. 콘트롤러(506)은 본 발명에서 구현된 집적 회로를 갖는 신호 프로세서를 갖고 가가속도 센서(531, 532, 533)은 철도가 약간 불규칙할지라도 지하로 승차감이 운행중 감소되지 않도록 이 정보에 기초하여 볼스터 스프링 액츄에이터(541, 542) 및 축 스프링 액츄에이터(543, 544 545)를 제어한다.
가속도의 변화는 가가속도에 관한 정보를 사용함으로써 검출될 수 있다. 동시에, 차체(501)의 고도 및/또는 높이의 변화는 철도 차량이 탈선하지 않도록 제어될 수 있다.
제27도는 제26도에 도시한 실시예의 변형예를 도시한 것이다. 대응하는 부품에는 동일한 참조 번호를 붙인다. 제27도에서, 차체(501), 보기(bogie)(555) 및 베어링(551, 552)의 가가속도가 검출된다. 통상적으로, 차체(501), 보기(555), 베어링(521, 522) 각각은 다른 공진점을 갖는다. 더 편안한 승차감을 제공하는 제어는 가가속도를 사용하여 공진 진동을 검출하여 이 신호를 콘트롤러(506)에 다시 공급함으로써 달성될 수 있다.
제28(a)도 및 제28(b)도는 가가속도에 관련하는 정보를 사용하여 철도 차량의 전원 제어 시스템의 구성을 도시한 것이다. 제28(a)도 및 제28(b)도에 도시한 바와 같이, 구동륜(621, 622)은 콘트롤러(606)에 의해 제어된 모터(602)에 의해 구동된다. 브레이크륜(623, 624)는 콘트롤러(606)에 의해 제어되는 브레이크(604)에 의해 제동된다.
차체(601)은 운행 방향의 가가속도를 검출하는 가가속도 센서를 갖는다. 콘트롤러(606)이 차체(601)상의 가가속도를 검출하는 가가속도 센서를 갖는다. 콘트롤러(606)이 차체(601)상의 가가속도 센서(605)로부터 가속도, 속도, 변위를 계산할 수 있는 본 발명에서 집적 회로로 구현된 신호 프로세서를 갖는다. 제28(a)도 및 제28(b)도는 차륜이 레일을 회전하는 시간을 도시한 것이다. 차륜과 레일 사이의 접촉 계수 및 축의 중량이 각각 μ 및 w인 경우, 차륜과 레인 사이에서 마찰력(F)에 의해 발생될 수 있는 최대 견인력은 아래와 같이 표현될 수 있다.
회전력이 이 값이상 증가되면, 차륜은 레일상에서 회전한다.
차륜의 회전력이 0에서부터 점점 증가할 때, 차체의 가속도는 증가한다. 그러나, 상술한 바와 같이, 차륜의 스핀이 개시하면, 가속도는 상당히 감소한다. 이것은 주행 방향의 가가속도에 관련하는 정보를 사용하여 검출될 수 있다. 철도 차량이 있어서, 자동차에서와 같이 차륜의 부착은 주행 방향의 가가속도를 검출하여 이에 따라 모터를 제어함으로써 개량될 수 있다.
또한, 제동은 동일한 이유로 개량될 수 있다. 브레이킹 토크가 최대 견인력(F)이상 증가하는 경우, 브레이크륜(623, 624)의 미끄러짐이 발생한다. 브레이크 토오크가 0에서 점차적으로 증가할 때 차체(601)의 감속도는 증가한다. 그러나, 브레이크륜(623, 624)가 미끄러지기 시작하면(휠이 록크되면) 감속도는 상당히 감소한다. 다시 이것은 가가속도에 관련하는 정보를 사용하여 검출될 수 있다. 그러므로, 자동차에서와 같이 철도 차량에서 차륜의 부착은 주행 방향의 가가속도를 검출하고 이에 따라 브레이크를 제어함으로써 개량될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 본 발명은 동일 차륜이 브레이크 및 고동에 사용되는 차량에 응용될 수 있다.
제29도는 가가속도에 관련하는 정보를 사용하여 자기 부상 열차의 구성의 단면도를 도시한 것이다. 제29도에 도시한 바와 같이, 열차의 차체(701)은 지상의 부상 코일(773, 774)와 차체(701)의 초전도 자석(733, 734)사이에서의 자기 반발력으로 인해 부상한다. 전류가 추진 코일(771, 772)로 흐를 때, 추진 코일(771, 772)와 차체(701)의 추전도 자석(731, 732)사이에 인력이 존재한다. 이 인력은 열차를 추진한다.
센서(721, 722, 723, 724)는 차체(70l)상에 제공되는데, 이는 전후, 상하 및 측 방향의 가가속도를 검출한다.
자석 콘트롤러(704)는 본 발명에서 구현된 신호 프로세서를 갖는데, 이 신호프로세서는 집적회로로 형성된다. 자석 콘트롤러(704)는 센서(721, 722, 723, 724)로부터의 정보에 기초하여 차체(701)의 가속도, 속도, 및 변위에 대응하는 정보를 계산한다. 자석 콘트롤러(704)는 초전도 자석(73l, 732, 733, 734)에 의해 발생된 자력을 제어하고 또한 정보를 안테나(705)를 경유하여 지상의 코일 콘트롤러(706)로 제공한다. 코일(706)은 추진 코일(771, 772) 및 부상 코일(773, 774)로 흐르는 전류를 제한다. 가속도 내의 작은 변화는 가가 속도에 대응하는 정보를 사용함으로써 검출될 수 있으므로 자기 부상 열차의 진동이 감소할 수 있다. 또한, 차체(701)의 높이 및 고도의 변화는 열차의 만족할 만한 운송이 달성될 수 있도록 제어될 수 있다.
제30(a)도 및 제30(b)도는 가가속도에 대응하는 정보를 사용하는 매니퓰레이터의 구성을 도시한 것이다. 제30(a)도에 도시한 바와 같이, 매니퓰레이터(801)의 운동은 콘트롤러(803)에 사전입력된 위치 정보에 따르도록 제어된다. 매니퓰레이터(801)의 운동은 매니퓰레이터의 조인트를 구동시키기 위한 모터(841, 842, 843)에 의해 제어되고, 이 모터(841, 842, 843)은 콘트롤러(803)에 의해 제어된다. 각각의 모터는 인코더를 갖고 회전 각각 정보는 콘트롤러에 입력된다. 매니퓰레이터(801)의 죠오(jaw; 811)의 방향에 의해 정해진 좌표계의 x, y 및 z 방향의 가가속도[제30(b)도 참조]는 죠오(811)상에 배열된 센서(821, 822, 823)에 의해 검출된다. 콘트롤러(803)은 센서(821, 822, 823)으로 부터의 정보에 기초하여 가속도, 속도 및 변위 정보를 계산한다.
이 정보는 콘트롤러(803)에 사전 입력된 위치, 속도 및 가속도 정보와 비교되므로, 매니퓰레이터(801)은 목표 위치로 이동될 수 있다. 그러므로, 가가속도에 대응하는 정보는 종래의 매니퓰레이터에 사용된 정보에 부가하여 사용되므로 더 우수한 성능이 달성될 수 있다.
제31(b)도에 있어서, 3개의 가가속도 센서(821, 822 및 823)은 매니퓰레이터(801)상에 장착된다. 그러나, 제13도에 도시한 자동차(100)에서 6의 자유도를 갖는 부수적인 가속도 정보 검출 방법과 동일한 방법으로, 6의 자유도를 갖는 매니퓰레이터(801)의 운동을 검출함으로써 더 정확한 제어가 달성될 수 있다.
콘트롤러(803)은 각각의 모터를 제어한다. 그러나, 콘트롤러(803)이 매니퓰레이터(801)의 각각의 관측점에서 가속도 및 가가속도에 관련하는 정보로부터 제어 성능 평가 함수를 계산하여 계산 결과를 출력하기 위한 기능을 갖고 있을 때 이것은 매니퓰레이터(801)의 제어 성능을 평가하기 위한 평가 검사기로서 사용될 수 있다.
제31(a)도 및 제31(b)도는 가가속도에 대응하는 정보를 사용하는 비행기의 구성을 도시한 것이다. 제31(a)도 및 제31(b)도에 있어서, 비행기의 바디(901)는 상하 및 측 방향의 가가속도를 감지하는 센서(921, 922, 923)을 갖는다. 또한, 항공기의 주익(main wing; 942)는 주익(942)의 트위스트 및 벤딩 모멘트를 감지하기 위한 가가속도 센서(924, 925)를 갖는다. 콘트롤러(903)은 기체(901)의 센서(921, 922, 923, 924 및 925)로부터의 정보에 기초하여 가속도, 속도 및 변위 정보를 계산한다. 기체(901)에 가해진 힘의 작은 변화는 가가속도에 대응하는 정보를 사용함으로써 가속도의 작은 변화로서 감지될 수 있다.
콘트롤러(903)은 수평 제어 표면(841), 주익(942) 내의 플랩, 수직 제어 표면(943), 수평 안정기(944), 수직 안정기(945) 및 엔진의 출력(도시되지 않음)을 제어한다. 이 방법으로, 제어 구성 차량(CCV)가 설계되어 기체(901)의 6의 축 자유도가 독자적으로 제어될 수 있다. 비행 고도 및 방향은 별도로 제어될 수 있다. 예를들어, 디렉트 포스 제어(direct force contro1), 항공기 방향 제어 및 항공기 병진 제어가 효과적일 수 있다.
또한, 주익이 주익(942)의 임의의 트위스트 또는 벤딩 운동을 감지하기 위한 센서(924, 925)를 갖기 때문에, 항공기의 플러터링은 주익(942)의 트위스트 또는 벤딩 운동에 대응하는 정보에 기초하여 공기를 제어함으로써 플러터의 강화 댐핑(damping)에 의해 임계 플러터를 인공적으로 감소시킴으로써 방지될 수 있다.
제32도는 제1도에 도시한 가가속도 센서(51)의 변형예인 가속도 센서 및 아날로그 미분 회로를 사용하는 가가속도 회로 검출 방법을 도시한 것이다. 제33도는 제1도에 도시한 가가속도 센서(51)의 다른 변형예인 가속도 및 센서 및 디지탈 미분회로를 사용하는 가가속도 회로 검출 방법을 도시한 것이다. 가가속도에 관련하는 정보는 제32도 및 제33도는 도시한 바와 같은 일반적인 가속도 센서에 아날로그 미분 수단(필터)를 부가함으로써 또는 A-D 컨버터를 경유하여 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하고 디지탈 처리함으로써 획득된다. 제33도에 있어서, 가속도 센서로부터의 신호는 아날로그/디지탈 컨버터로 통과되고 그 다음, 지연 회로(D)로 통과 된다. 최종 신호는 -1배하여 이것을 아날로그/디지탈 컨버터의 직접 출력과 가산하는 부가 회로에 공급한다.
제34(a)도 및 제34(b)도는 본 실시예의 센서에 의해 검출된 가속도 및 가가속도와 가속도 아날로그 미분 회로의 출력을 도시한 것이다. 제34(a)도는 제34(a)도에 도시한 출력이 아날로그 미분 회로를 통과한 후의 출력을 도시한 것이다. 제34(b)도의 하부 부분은 가가속도 센서에 의해 검출된 가가속도의 출력을 도시한 것이다. 가가속도 센서에 의해 검출된 가가속도의 가가속도 아날로그 출력은 제34(b)도의 출력이 제34(a)도의 출력과 정합한다는 것을 도시한 제34(b)도와 정합한다.
제35(a)도 및 제35(b)도는 가속도 및 가가속도에 대응하는 정보를 획득하는 2가지 상이한 방법을 도시한 것이다.
제35(a)도에 있어서, 가가속도 센서(1011)은 가속도 및 가가속도에 각각 대응하는 2개의 출력(1021, 1022)를 발생시킨다. 콘트롤러(1051)은 이들의 출력(1021 또는 1022)를 수신하여 이들을 각각 아날로그/디지탈 컨버터(l031, 1032)를 사용하여 디지탈 정보로 변환한다. 이러한 배열에 있어서, 콘트롤러(1051)은 신호(1021, 1022)용 2개의 입력 포트 및 2개의 아날로그/디지탈 컨버터(1021, 1032)를 필요로 한다.
이러한 배열에 있어서, 가가속도 센서(1011)은 제4도 내지 제7도에 도시하여 이를 참조하여 설명된 바와 같은데, 신호(1021)은 코일(3)을 지나고, 신호(1022)는 저항(6)을 지난다.
제35(b)도에는 가속도를 측정하는 가속도 센서(1012)가 제공된다. 이러한 가속도 센서(1012)는 종래의 센서로도 사용될 수 있다. 이 센서(1012)의 출력(1023)은 콘트롤러(1052)로 통과되는데, 이것은 신호(1023)을 디지탈 정보로 변환하는 아날로그/디지탈 컨버터(1033)을 갖는다. 그 다음, 가속도에 대응하는 정보는 직접 구동되지만, 이 정보는 또한 지연 회로(104) 및 멀티플라이어(1042)를 경유하여 가산기(1043)으로 통과되는데 지연된 가속도 정보는 전류 가속도 정보와 비교된다. 이것으로부터, 가가속도에 대응하는 정보는 직접 구동될 수 있다. 제35(b)도의 배열에 의해 콘트롤러(1052)는 1개의 입력 포트 및 1개의 아날로그/디지탈 컨버터(1033)만을 각각 필요로 한다.

Claims (46)

  1. 가가속도를 직접 검출하기 위한 가가속도 센서에 있어서,
    코일과 자석을 구비하는 전자력 발생 수단;
    상기 전자력 발생 수단에 의해 구동되는 가동 부재;
    상기 가동 부재의 변위를 검출하기 위한 변위 검출 수단;
    상기 가동 부재가 기준 위치에 위치하도록 상기 변위 검출 수단의 출력에 기초하여 상기 전자력 발생 수단의 상기 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 공급 수단; 및
    상기 기준 위치에 상기 가동 부재를 위치시키기 위해 상기 전류에 의해 발생된 상기 코일의 전압 -이 전압은 상기 가가속도에 직접 대응함- 을 검출하기 위한 전압 검출 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 가가속도 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 위치는 고정 위치인 것을 특징으로 하는 가가속도 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위 검출 수단과 상기 코일에 서보 앰프(servo ampliher)가 전기적으로 접속되어, 상기 변위 검출 수단으로부터의 전류가 상기 서보 증폭기를 통하여 상기 코일에 전달되도록 한 것을 특징으로 하는 가가속도 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 부재는 진자(pendulum)인 것을 특징으로 하는 가가속도 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 부재는 회전 가능한 것을 특징으로 하는 가가속도 센서.
  6. 가가속도를 직접 검출하기 위한 가가속도 센서에 있어서,
    케이싱(casing);
    상기 케이싱의 일단에 부착된 진자;
    상기 진자에 상기 진자의 이동 방향으로 상반된 측에 각각 부착된 한 쌍의 가동 전극;
    상기 가동 전극들에 대향하도록 상기 케이싱 상에 제공된 한 쌍의 전극;
    조인트(joint)와 상기 가동 전극들 사이의 상기 진자에 부착된 코일;
    상기 진자 이동 방향으로 한 극성은 상기 코일의 일측에 대향하고, 다른 한 극성은 상기 코일의 반대측에 대향하도록 상기 케이싱에 제공된 자석 수단;
    상기 가동 전극들에 각각 대향하도록 상기 케이싱에 고정된 한 쌍의 고정 전극;
    상기 가동 및 고정 전극들에 전기적으로 접속되어 상기 진자의 변위를 검출하기 위한 변위 검출 수단,
    상기 변위 검출 수단의 출력에 기초하여 상기 진자가 기준 위치에 위치하도록 상기 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 공급 수단, 및
    상기 기준 위치에 상기 진자를 위치시키기 위해 상기 전류에 의해 발생한 상기 코일의 전압 -이 전압은 상기 가가속도에 직접 대응함- 을 검출하기 위한 전압 검출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가가속도 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 조인트는 단일 평면(single plane)에서만 상기 진자를 이동시키는 것을 특징으로 하는 가가속도 센서.
  8. 제 6 항에 있어서,
    저항(r)판독 저항이 저항(R)을 갖는 상기 코일과 직렬로 접속되어 상기 코일에 흐르는 전류가 상기 판독 저항을 통해 흐르게 되어 있고, 상기 전압 검출 수단은 상기 코일 양단간의 전압과 상기 판독 저항 양단간의 전압을 검출함으로써, 상기 가가속도를 다음식 :
    에 의해 검출하며,
    여기서, η= 가가속도,
    ψ= 전자기 쇄교 계수
    M= 진자의 질량
    e= L·dI(t)/dt (여기서 I(t)= 상기 코일을 통하여 흐르는 전류)
    L= 상기 코일의 인덕턴스
    er= r·I(t)인 것을 특징으로 하는 가가속도 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    연산 증폭기를 포함하는 신호 처리 블럭이 상기 코일의 단들에 전기적으로 접속되어 상기 가가속도에 대응하는 전압의 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 가가속도 센서.
  10. 제 6 항에 있어서,
    직접 가가속도 검출 수단이 제공되고, 상기 직접 가가속도 검출 수단은 상기 전압 검출 수단인 것을 특징으로 하는 가가속도 센서.
  11. 이동체의 힘의 가속도를 제어하기 위한 폐쇄형 중앙 루프(c1osed central loop)를 구비하는 콘트롤러에 있어서,
    상기 이동체의 가가속도를 나타내는 값을 직접 측정하기 위한 센서; 및
    상기 값에 따라서 제어 신호를 발생시키는 수단으로서, 가가속도의 측정치를 이득으로 곱해 구한 값을 상기 폐쇄형 중앙 루프에서 피드백 하기 위한 수단을 포함하여, 상기 제어 신호를 발생시킴으로써 상기 이동체를 제어하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘트롤러.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 이동체의 운동으로부터 상기 값을 직접 발생시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 콘트롤러.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 이동체의 운동에 대응하는 가속량과 상기 가가속도의 값 모두를 측정하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 콘트롤러.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 센서는 :
    코일과 자석을 구비하는 전자력 발생 수단;
    상기 전자력 발생 수단에 의해 구동되는 가동 부재;
    상기 가동 부재의 변위를 검출하기 위한 변위 검출 수단;
    상기 가동 부재가 기준 위치에 위치하도록 상기 변위 검출 수단의 출력에 기초하여 상기 전자력 발생 수단의 상기 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 공급 수단; 및
    상기 기준 위치에 상기 가동 부재를 위치시키기 위해 상기 전류에 의해 발생한 상기 코일의 전압 -이 전압은 상기 가가속도에 직접 대응함- 을 검출하기 위한 전압 검출 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘트롤러.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 변위 검출 수단은 제1 부재와 상기 제1 부재에 상관하여 이동가능한 상기 가동 부재에 각각 장착된 캐패시터 플레이트와, 상기 제1 부재에 상관한 상기 가동 부재의 운동에 따른 상기 캐패시터 플레이트의 정전 용량의 변동을 감지하기 위한 센싱 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘트롤러.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 가동 부재는 진자인 것을 특징으로 하는 콘트롤러.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 가동 부재는 상기 제1 부재에 상관하여 회전가능하도록 장착되며, 상기 전압은 회전 가가속도의 값에 대응하는 것을 특징으로 하는 콘트롤러.
  18. 이동체의 힘의 가속도를 제어하기 위한 폐쇄형 제어 루프를 구비하는 콘트롤러에 있어서,
    상기 이동체의 가속도를 나타내는 제1 값과 상기 이동체의 가가속도를 나타내는 제2 값을 직접 측정하기 위한 센서; 및
    상기 제1 값 및 상기 제2 값에 따라서 제어 신호를 발생시키는 수단으로서, 측정된 제1 가속도 값을 이득으로 곱하여 구한 값과 측정된 제2 가가속도 값을 이득으로 곱하여 구한 값을 상기 폐쇄형 제어 루프에서 피드백하기 위한 수단을 포함하여, 상기 제어 신호를 발생시켜서 상기 이동체를 제어하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘트롤러.
  19. 폐쇄형 제어 루프를 포함하는 피드백 제어 시스템을 사용하여 이동체의 힘의 가속도를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 이동체의 운동을 검출하는 단계;
    가가속도를 측정하기 위한 센서를 사용하여 상기 운동에 대응하는 가가속도를 나타내는 값을 직접 측정하는 단계; 및
    상기 값에 따라서 제어 신호를 발생시키되, 상기 가가속도의 측정 값을 이득으로 곱해 피드백 값을 구하고, 상기 폐쇄형 제어 루프에서 상기 피드백 값의 피드백을 통하여 상기 제어 신호를 발생시켜서 상기 이동체를 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 이동체;
    상기 이동체에 대해 소정 방향으로 힘을 발생시키기 위한 수단; 및
    가가속도 피드백 제어 루프를 구비하고, 상기 힘을 발생시키기 위한 상기 수단을 제어하기 위한 제어 신호를 발생시키기 위한 제어 시스템
    의 결합체에 있어서,
    상기 제어 시스템은 :
    상기 이동체의 가가속도를 나타내는 값을 직접 측정하기 위한 센서; 및
    상기 가가속도를 나타내는 값에 따라서 상기 제어 신호를 발생시키는 수단으로서, 상기 가가속도의 값을 이득으로 곱하여 구한 값을 상기 피드백 제어 루프에서 피드백하기 위한 수단을 포함하여, 상기 제어 신호를 발생시키는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 이동체는 자동차인 것을 특징으로 하는 결합체.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 힘을 발생하기 위한 상기 수단은 상기 자동차를 조종하기 위한 조정 장치이고 상기 소정 방향은 상기 자동차에 대해 횡방향인 것을 특징으로 하는 결합체다.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 힘을 발생하기 위한 상기 수단은 상기 자동차의 운동을 제동하기 위한 브레이킹 시스템(braking system)이고, 상기 소정 방향은 상기 자동차에 대해 종방향인 것을 특징으로 하는 결합체.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 힘을 발생하기 위한 상기 수단은 상기 자동차용의 모터이고, 상기 소정방향은 상기 자동차에 대해 종방향인 것을 특징으로 하는 결합체.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 힘을 발생하기 위한 상기 수단은 상기 자동차용 서스펜션이고, 상기 소정 방향은 수직인 것을 특징으로 하는 결합체.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 이동체는 자동차의 엔진이고, 상기 힘을 발생하기 위한 상기 수단은 상기 엔진용 서스펜션인 것을 특징으로 하는 결합체다.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 이동체는 엘리베이터 케이지(elevator cage)이고, 상기 힘을 발생하기 위한 상기 수단은 상기 엘리베이터 케이지용 구동 시스템인 것을 특징으로 하는 결합체.
  28. 제 20 항에 있어서,
    상기 이동체는 지진 시뮬레이터 테이블(earthquake simulator table)이고, 상기 힘을 발생하기 위한 상기 수단은 상기 지진 시뮬레이터 테이블용 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  29. 제 20 항에 있어서,
    상기 이동체는 XY 스테이지이고, 상기 힘을 발생하기 위한 상기 수단은 상기 XY 스테이지용 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  30. 제 20 항에 있어서,
    상기 이동체는 빌딩이고, 상기 힘을 발생하기 위한 상기 수단은 가동 댐퍼(movable damper)인 것을 특징으로 하는 결합체.
  31. 제 20 항에 있어서,
    상기 이동체는 철도 차량이고, 상기 힘을 발생하기 위한 상기 수단은 상기 철도 차량의 서스펜션의 엑츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  32. 제 20 항에 있어서,
    상기 이동체는 자기 부상 차량이고 상기 힘을 발생하기 위한 상기 수단은 상기 자기 부상 차량에 대해 작용하는 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  33. 제 20 항에 있어서,
    상기 이동체는 매니퓰레이터(manipulator)인 것을 특징으로 하는 결합체.
  34. 제 20 항에 있어서,
    상기 이동체는 비행기인 것을 특징으로 하는 결합체.
  35. 제 20 항에 있어서, 상기 센서는 :
    코일과 자석을 갖는 전자력 발생 수단;
    상기 전자력 발생 수단에 의해 구동되는 가동 부재;
    상기 가동 부재의 면위를 검출하기 위한 변위 검출 수단;
    상기 가동 부재가 기준 위치에 위치하도록 상기 변위 검출 수단의 출력에 기초하여 상기 전자력 발생 수단의 상기 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 공급 수단; 및
    상기 기준 위치에 상기 가동 부재를 위치시키기 위해 상기 전류에 의해 발생된 상기 코일의 전압 -이 전압은 상기 가가속도에 직접 대응함- 을 검출하기 위한 전압 검출 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 이동체에 고정되는 것을 특징으로 하는 결합체.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 신호를 발생하기 위한 수단은 상기 이동체에 고정되는 것을 특징으로 하는 결합체.
  38. 이동체의 가속을 제어하기 위한 제어 시스템에 있어서,
    상기 이동체의 운동으로부터 가가속도를 직접 검출하기 위한 수단;
    피드백 경로 및 상기 검출 수단으로부터의 가가속도 값을 이득으로 곱하여 구한 값을 상기 피드백 경로에 공급하기 위한 수단을 갖는 폐쇄형 제어 루프; 및
    상기 폐쇄형 제어 루프에 응답하여 상기 이동체의 가속을 제어하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 검출 수단은,
    코일과 자석을 갖는 전자력 발생 수단;
    상기 전자력 발생 수단에 의해 구동되는 가동 부재;
    상기 가동 부재의 변위를 검출하기 위한 변위 검출 수단;
    상기 가동 부재가 기준 위치에 위치하도록 상기 변위 검출 수단의 출력을 기초하여 상기 전자력 발생 수단의 상기 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 공급 수단; 및
    상기 기준 위치에 상기 가동 부재를 위치시키기 위해 상기 전류에 의해 발생된 상기 코일의 전압 -이 전압은 상기 가가속도에 직접 대응함- 을 검출하기 위한 전압 검출 수단
    을 포함하는 센서인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  40. 이동체에 대한 힘을 제어하기 위한 제어 시스템에 있어서,
    상기 이동체의 운동으로부터 가가속도를 직접 검출하기 위한 수단;
    피드백 경로 및 상기 검출 수단으로부터의 가가속도 값을 이득으로 곱하여 구한 값을 상기 피드백 경로에 공급하기 위한 수단을 갖는 폐쇄형 제어 루프; 및
    상기 폐쇄형 제어 루프에 응답하여 상기 이동체에 대한 힘을 제어하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 검출 수단은,
    코일과 자석을 갖는 전자력 발생 수단;
    상기 전자력 발생 수단에 의해 구동되는 가동 부재;
    상기 가동 부재의 변위를 검출하기 위한 변위 검출 수단;
    상기 가동 부재가 기준 위치에 위치하도록 상기 변위 검출 수단의 출력을 기초하여 상기 전자력 발생 수단의 상기 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 공급 수단; 및
    상기 기준 위치에 상기 가동 부재를 위치시키기 위해 상기 전류에 의해 발생한 상기 코일의 전압 -이 전압은 상기 가가속도에 직접 대응함- 을 검출하기 위한 전압 검출 수단
    을 포함하는 센서인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  42. 이동체를 제어하기 위한 제어 시스템에 있어서,
    상기 이동체의 가속도를 나타내는 제1 값과, 상기 이동체의 가가속도를 나타내는 제2 값을 직접 측정하기 위한 센서,
    상기 제1 값 및 상기 제2 값을 사용하여 운동 안락감 평가 계수(movement comfort evaluation factor)를 발생하기 위한 수단, 및
    상기 운동 안락감 평가 계수를 사용하여 상기 이동체의 운동을 제어하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 센서는 :
    코일과 자석을 갖는 전자력 발생 수단;
    상기 전자력 발생 수단에 의해 구동되는 가동 부재;
    상기 가동 부재의 변위를 검출하기 위한 변위 검출 수단;
    상기 가동 부재가 기준 위치에 위치하도록 상기 변위 검출 수단의 출력에 기초하여 상기 전자력 발생 수단의 상기 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 공급 수단; 및
    상기 가동 부재를 상기 기준 위치에 위치시키기 위해 상기 전류에 의해 발생한 상기 코일의 전압 -이 전압은 상기 가가속도에 직접 대응함- 을 검출하기 위한 전압 검출 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  44. 제 42 항에 있어서,
    상기 이동체는 자동차 엔진이고, 상기 운동 제어 수단은 상기 엔진용 서스펜션(suspension)을 제어하기 위한 수단인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  45. 제 42 항에 있어서,
    상기 이동체는 엘레베이터 케이지이고, 상기 운동 제어 수단은 상기 엘리베이터 케이지용 구동 시스템인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  46. 제 42 항에 있어서,
    상기 이동체는 진동 스테이지(vibration stage)이고, 상기 운동 제어 수단은 상기 진동 스테이지용 액츄에이터를 제어하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
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