KR100852816B1 - 신호 센서에서의 극 반전을 검출하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

신호 센서에서의 극 반전을 검출하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신호 센서에서의 극 반전을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이고, 여기서 적어도 하나의 특이점을 포함하는 신호 센서의 출력 신호가 방형파 신호로 변환된다. 특이점의 영역 내에서, 소정의 레벨 변화들 사이의 시간 거리가 결정되거나, 소정의 결과가 발생되어야 하는 타당성 슬롯이 설정된다. 시간 거리가 예측된 시간 거리에 대응하지 않거나 소정의 결과가 소정의 타임 슬롯 또는 타당성 슬롯 내에서 발생하지 않는 경우에, 극 반전이 검출된다. 극 반전을 검출하기 위한 방법은 예를 들어 복수의 통상의 각도 표시부와 하나의 기준 표시부를 갖는 신호 센서에 적용되지만, 그러한 센서에만 제한되지는 않는다.
신호 센서, 극 반전, 출력 신호, 각도 표시부, 기준 표시부

Description

신호 센서에서의 극 반전을 검출하기 위한 방법 및 장치 {Method and Device for Detecting a Polarity Reversal in a Sensor}
본 발명은 신호 센서, 특히 독립 청구항의 전제부에 따른 유도식 센서에서의 극 반전을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
특히 유도 원리에 따라 작동하는 신호 센서는 오늘날 다양한 용도에 적용된다. 예를 들어, 유도식 신호 센서가 회전하는 축에서의 회전수 또는 각위치를 파악하기 위하여 적용된다. 특히 차량 내에서 크랭크축 또는 다른 축의 각위치를 결정하기 위하여, 고정식 검출기가 회전하는 축 또는 회전하는 축과 연결되어 있는 센서 디스크를 스캐닝한다. 여기서, 센서 디스크는 그의 표면 상에 복수의 각도 표시부를 포함하고, 각도 표시부가 검출기 상을 지나면 검출기 내에서 전압 변화가 유도된다. 이러한 전압 변화는 다시 센서 디스크의 표면을 반영한다. 더 양호한 이후의 처리를 위하여, 전압은 주로 방형파(square-wave) 전압으로 변환된다. 이를 위해 전압은 평가 회로 내에서 소정의 임계값과 비교되고, 그러한 임계값의 도달 시마다 방형파 출력 신호의 레벨 변화가 이루어진다. 이들 신호의 평가를 위하여 예를 들어 엔진 제어 유닛 또는 마이크로 프로세서 내에서 각도 표시부의 상승 플랭크(flank) 또는 하강 플랭크에 의하여 높은 레벨이 야기되는 것이 중요하기 때문에, 센서가 극 반전이 되었는 지가 모니터링되어야 한다. 이는 유도식 센서가 주로 두 가지 연결 가능성을 갖기 때문에 요구되는 것이다.
신호 센서의 올바른 극 연결 또는 잘못된 극 연결을 검출하기 위한 방법 및 장치가 DE 197 23 866에서 공지되어 있다. 이러한 공지된 방법 또는 공지된 장치에서, 스캐닝될 센서 디스크가 복수의 동일한 각도 표시부를 포함하고, 각도 표시부는 검출기 내에서 생성된 신호가 방형파 신호로의 변환 후에 이동 방향에 따른 곡선을 포함하도록 구성된다. 검출기의 출력 신호의 방형파 신호로의 변환 시에, 두 개의 임계값이 고려되고, 임계값의 도달 시마다 레벨 전환이 일어난다.
청구범위 제1항의 특징을 갖는 신호 센서에서 극 반전을 검출하기 위한 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치는 매우 확실하게 작동하고 복수의 동일한 각도 표시부와 기준 표시부를 구비한 임의의 센서 디스크가 적용될 수 있는 장점을 가지며, 여기서 각도 표시부의 형태 또는 각도 표시부들 사이의 거리에 관련된 각도 표시부의 길이에 대하여 특별한 요구 조건이 없다. 특히 양호하게는, 본 발명에 따른 방법 또는 본 발명에 따른 장치는 센서 디스크와 연계하여 적용되고, 이는 오늘날 엔진에서 통상적인 것이다. 그러한 센서 디스크는 그의 표면 위에 60개의 각도 표시부가 균일하게 분포된 상태에서 2개가 제외된 각도 표시부를 포함하고, 기준 표시부는 두 개의 각도 표시부가 비어서 형성된다. 그러한 소위 증분 디스크는 엔진의 크랭크축의 각 위치를 결정하기 위하여 사용된다. 각도 결정의 평가는 엔진의 제어 유닛에서 개시된다. 이러한 평가 방법에 추가하여, 본 발명에 따르면 센서의 극 반전이 검출될 수 있다. 특히 양호한 방식으로, 이러한 극 반전 검출은 다른 신호 평가와 무관하게 수행된다. 그러한 조건 하에서, 극 반전 검출이 수행되어야 하며 양호한 방식으로 적용될 수 있다. 이러한 조건 중 하나는 예를 들어 주어진 회전수 영역일 수 있거나 또는 극 반전 검출은 엔진의 오버런(overrun) 또는 일정한 회전수에서만 또는 회전수 변동이 소정의 한도 내에서 유지될 때만 수행될 수 있다. 즉, 회전수가 소정의 조건을 만족시키고 특히 소정의 회전수보다 높을 때 극 반전 검출이 수행된다.
특히 양호한 다른 방식으로, 소정의 각도 표시부들 사이의 시간 측정이 극 반전 검출을 위하여 수행되고, 예를 들어 소정의 타임 슬롯(time slot)이 설정되고, 극 반전이 존재하지 않는 한 예측된 신호 플랭크가 타임 슬롯내에서 나타나야 한다.
본 발명의 다른 장점들은 종속항에서 주어지는 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 실시예가 도면에 도시되어 있고 이하의 설명에서 상세하게 설명된다.
도1은 본 발명의 이해를 돕기 위해 본 발명에 따른 장치 또는 본 발명에 따른 방법이 양호하게 적용될 수 있는 엔진 제어용 시스템의 주요 구성요소를 상세히 도시한다.
도2는 발신기 극이 반전되지 않거나 극이 반전되었을 때에 얻어지는 다양한 신호 곡선을 도시하고, 또한 센서 디스크의 관련 각도 표시부들이 도시되어 있다.
도3은 제2 평가 방법을 설명하는 다른 신호 곡선들을 도시한다.
도1에서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 본 발명이 양호하게 적용될 수 있는 엔진 제어용 시스템의 주요 구성요소가 도시되어 있다. 엔진의 크랭크축(11)과 고정식으로 연결되어 있으며 각각 서로 거리를 두고 있는 복수의 동일한 각도 표시부(12)들을 그의 둘레에 포함하는 센서 디스크가 도면 부호 10에 의하여 상세히 표시되어 있다. 이러한 동일한 각도 표시부(12) 외에도, 예를 들어 두 개의 각도 표시부가 빠져서 형성된 기준 표시부(13)가 주어지고, 이에 의해 양쪽의 인접한 동일한 각도 표시부들 사이에 더 큰 거리가 생성된다.
센서 디스크(10)는 각도 표시부가 지나갈 때 각도 표시부의 플랭크에 의하여 각각 생성되는 양과 음의 반파를 갖는 출력 신호를 송출하는 검출기(20)에 의하여 스캐닝된다. 소위 증분 디스크로 표시되는 센서 디스크(10)와 그에 배치된 검출기(20)는 함께 센서(20a)를 형성하고, 센서의 출력 신호(U20)가 평가되어야 한다. 출력 신호(U20)가 이후의 처리 이전에 방형파 신호로 변환되어야 하기 때문에, 디지털화된 신호를 결국 신호 평가를 수행하는 프로세서(23)로 공급하는 아날로그/디지털 컨버터(24)가 제공된다. 프로세서(23)는 예를 들어 차량의 제어 유닛의 구성요소이다. 센서(20a)의 아날로그/디지털 변환된 출력 신호(U20)는 또한 증분-신호(INK)로도 표시된다.
제2 센서 디스크(14)는 엔진의 캠축(15)과 연결되고, 그의 둘레에 엔진의 실린더 개수에 대응하는 복수의 각도 표시부, 소위 세그먼트를 포함한다. 이러한 각도 표시부들 중 하나는 이중 표시부로 형성되어 실린더(1)에 대한 크랭크축 각도를 할당하는 역할을 한다. 개별 표시부(19a, 19b)를 포함하는 이러한 각도 표시부는 도면 부호 19로 지시되어 있고, 나머지 각도 표시부들은 도면 부호 16, 17 및 18로 지시되어 있다. 각도 표시부들의 후방 플랭크들 사이의 거리는 동일하다. 센서 디스크(14)는 각도 표시부가 지나갈 때마다 생성되는 양과 음의 반파를 포함하는 출력 신호(U21)를 송출하는 검출기(21)에 의해 스캐닝된다. 아날로그/디지털 컨버터(24) 내에서의 아날로그/디지털 변환 후에, 세그먼트 신호(SEG)로도 표시되는 사각형(square) 신호가 생성된다. 이들은 프로세서(23)로 공급된다. 세그먼트 디스크(14)와 검출기(21)는 세그먼트 센서(21a)로도 표시된다.
마이크로 프로세서는 예를 들어 연료 분사를 위한 구동 펄스(25)를 생성하기 위하여 증분 및 세그먼트 신호를 처리한다. 이러한 펄스는 도면 부호 25로 지시되어 있다. 이를 위해, 다른 입구(E)를 통해 프로세서(23)로 공급되는 다른 정보(26)들이 사용된다. 예를 들어 적절한 센서에 의한 이러한 정보들의 획득에 대해서는 더이상 설명하지 않는다.
양 센서(20a, 21a)들이 극 반전된 연결이 수행되면, 그의 출력 신호(U20 또는 U21)는 도2에 도시된 방식으로 변화된다. 따라서, 올바른 극 연결 또는 극 반전이 확실하게 검출될 수 있고, 이하에서 상세히 설명되는 극 반전을 검출하기 위한 방법이 개시된다. 이러한 방법은 프로세서(23) 내에서 개시된다. 프로세서(23)가 엔진 제어 유닛의 구성요소이면, 본 발명에 따른 방법은 또한 예를 들어 분사를 위한 지금까지의 통상적인 제어 또는 조절 방법을 위하여 수행된다. 프로세서가 단지 센서의 출력 신호의 평가를 위해서만 사용되면, 프로세서는 단지 신호 평가 및 극 반전 검출에만 적용될 수 있다.
도2에서, 크랭크축 각도에 의한 신호 곡선이 다양한 조건에 대하여 도시되어 있다. 도2의 (a)는 각도 표시부(12) 및 두 개의 각도 표시부가 빠져서 형성된 기준 표시부(13)를 구비한 센서 디스크(10)의 표면을 상세히 도시한다. 도2의 (b)에서, 센서(20a)의 출력 신호(U20)는 센서가 극 반전이 되지 않고 연결되어 있으며 센서 디스크(10)가 일정한 회전수로 회전한다는 가정하에서 도시되어 있다. 이러한 경우에, 각도 표시부로부터 간극으로의 전환 시에 신호 최대값이 생기고 간극으로부터 각도 표시부로의 전환 시에 신호 최소값이 생긴다. 도2의 (b)에 따른 신호(U20)가 아날로그/디지털 컨버터 내에서 디지털 신호 또는 방형파 신호로 변환되면, 도2의 (c)에 도시된 신호는 제2 전환 임계점인 0 교차점에서 저에서 고 또는 0에서 1로의 전환(제2 레벨 변화)이 이루어지고 제1 전환 임계점(S1)에 도달하면 고에서 저 또는 1에서 0으로의 전환(제1 레벨 변화)이 이루어진다는 가정 하에서 생성된다. 도2의 (c)에 따른 신호 곡선의 분석은 방형파 신호의 저 위상은 일정한 회전수에서 항상 동일한 길이이고 기준 표시부의 영역 내의 고 위상은 주로 나머지 각도 표시부의 영역 내에서보다 더 길다는 것을 보여준다.
도2의 (d)에서, 극 반전된 연결이 수행된 경우에 대한 센서의 출력 신호(U20)가 도시되어 있다. 출력 신호(U20)는 각각 간극에서 각도 표시부로의 전환이 센서를 지날 때 최대이고 각도 표시부에서 간극으로의 전환이 발생할 때 낮다. 도2의 (a)에 따른 신호가 도2의 (a)에 따른 신호와 같은 방식으로 아날로그/디지털 변환되면, 도2의 (e)에 도시된 방형파 신호 곡선이 생성된다. 이러한 신호 곡선에 있어서, 저 위상들이 다양한 길이라는 것이 명백하고, 기준 표시부의 영역 내에서 통상의 각도 표시부의 영역 내에서보다 확실히 더 긴 저 위상이 발생한다. 다양한 길이의 신호 중단이 생성되고, 이는 간극의 영역 내의 전압 강하가 센서의 잔류 자기 거동에 의하여 매우 크기 때문이다. 신호 중단을 평가함으로써, 센서가 극 반전이 되지 않고 연결되거나 극 반전이 되어 연결되었는 지를 검출한다. 이를 위해, 통상 프로세서에 의하여 수행되는 소정의 각도 표시부들 사이의 시간 측정이 다양한 길이의 저 위상이 발생하였는 지에 대한 추가적인 질의가 주어졌는 지를 조사한다.
도3에 제2 평가 방법을 설명하는 다른 신호 곡선들이 도시되어 있다. 도3의 (a)는 센서가 극 반전되지 않았을 때의 신호 곡선을 도시한다. 두 번의 0 교차점 사이의 시간은 통상의 각도 표시부에 대해서는 t에 달하고 기준 표시부에 대해서는 3t에 달한다. 센서가 극이 바르게 연결되었는 지를 검출하기 위하여, 신호의 0-통과가 예측되는 소위 동적 타당성 슬롯이 형성된다. 센서는 극이 반전되면, 도2의 (b)에 도시된 바와 같은 출력 신호를 송출한다. 여기서, 센서가 극이 반전되었을 때의 신호 곡선은 도3의 (a)에 따른 도면에 대하여 각도 표시부 거리의 절반만큼 변위되어 통상의 각도 표시부에 있어서 각각 최대값 및 최소값은 중첩되어 놓인다는 것을 고려해야 한다. 도3의 (a) 또는 도3의 (b)에 따른 신호가 방형파 신호(도3의 (c))로 변환되면, 소위 게이트 어레이 내에서 타당성 슬롯(P)이 주어지고 0-교차가 타당성 창(P)의 내부에서 발생되었는 지가 모니터링될 수 있다. 그렇지 않다면, 도3의 (c)에 따른 신호 곡선이 생기며 0-교차는 타당성 슬롯(P) 외부에 놓이고, 타당성 슬롯의 내부에서는 0-교차가 검출되지 않는다. 이러한 대상의 거동을 체크함으로써, 극 반전이 검출된다.
방형파 신호로의 변환은 예를 들어 방형파 신호의 레벨 변화가 아날로그 신호의 0-교차(전환 임계점(S0)) 시마다 그리고 제1 전환 임계점(도2의 S1 또는 도3의 S2)의 도달 시마다 이루어진다. 기준 표시부의 영역 내에서 소정의 레벨 변화의 시간적 거리가 예측된 시간 거리에 대응하지 않으면 극 반전이 검출된다. 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 제1 전환 임계점은 소정의 양의 전압으로 구현될 수 있다.
신호 조사가 높은 회전수에서 수행되면, 신호 곡선들은 시스템에 따라 매우 정확하게 평가되어야 한다. 이에 의해 0-교차가 예측되는 매우 엄격한 타당성 슬롯이 설정된다. 극 반전 검출은 원칙적으로 회전수 센서의 신호 평가만이 수행되는 간단한 시스템 내에서 이루어질 수 있다. 본 발명은 신호 평가와 연계하여 차량 제어 유닛에 적용되고, 극 반전 검출은 통상의 신호 평가에 추가하여 수행될 수 있고 원래 존재하는 하드웨어 구성을 활용할 수 있다. 따라서, 예를 들어 게이트 어레이의 동적 타당성은 기준 표시부 간극의 영역 내에서 극 반전 검출을 위하여 고려될 수 있다. 저에서 고로의 방형파 신호의 레벨 변화의 시간적 거리가 두 개의 통상의 각도 표시부들 상의 저 레벨의 시간보다 짧은 경우에, 극 반전의 검출이 이루어질 수 있다.
또는, 위에서 증분 디스크에 대하여 설명된 극 반전 검출은 세그먼트 디스크에 대해서도 수행될 수 있고, 도1에 도시된 바와 같이 세그먼트 표시부는 예를 들어 이중 표시부에 의해 형성될 수 있다. 이러한 경우에도, 이중 표시부의 영역 내에서 극 반전 시에 센서 연결이 올바를 때의 신호 곡선에 비하여 현저하게 다양한 신호 곡선이 생성된다. 크랭크축 센서 및 캠축 센서가 평가되는 앞서 언급한 엔진의 평가 시스템에서, 극 반전 검출이 수행되고, 이에 의해 양 센서들은 극 반전에 대하여 조사될 수 있다. 여기서, 검사는 동시에 개시되기 보다는 소정의 방식으로 차례로 개시된다. 검출된 극 반전은 표시되거나 그리고/또는 전자식으로 보상될 수 있다.
본 발명에 대한 실시예로서, 특정 회전수 센서가 언급되었다. 원칙적으로는, 본 발명은 특이점 상에서 이동 방향에 따른 신호 곡선이 발생되거나 통상 회전 방향에 따른 신호 곡선이 검출될 수 있는 다른 신호 분석에서도 수행될 수 있다.

Claims (7)

  1. 유도식 센서를 포함하는 신호 센서에서의 극 반전을 검출하기 위한 방법이며, 서로로부터의 동일한 거리를 갖는 소정 개수의 동일한 각도 표시부를 구비한 센서 디스크를 스캐닝하는 단계와, 각도 표시부의 플랭크에 의하여 각각 생성되며 평가 수단 내에서 방형파 신호로 변환되는 양과 음의 반파를 갖는 출력 신호를 송출하는 단계와, 제1 전환 임계점의 도달 시마다 제1 레벨 변화가 이루어지고 소정의 제2 전환 임계점의 도달 시마다 제2 레벨 변화가 이루어지며 레벨 변화들 사이의 시간적 거리가 극 반전을 검출하기 위하여 평가되는 단계와, 센서 디스크에는 두 개의 인접한 각도 표시부들 사이에 더 큰 거리에 의하여 표시되는 기준 표시부를 제공하는 단계와, 기준 표시부의 영역 내에서 소정의 레벨 변화의 시간적 거리가 예측된 시간적 거리에 대응하지 않으면 극 반전이 검출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 극 반전을 검출하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 센서 디스크의 회전수가 소정의 조건을 만족시키고 소정의 회전수보다 높으면, 극 반전 검출이 수행되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극 반전을 검출하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 0-교차에 대응하는 제2 전환 임계점을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극 반전을 검출하기 위한 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 평가 수단 내에서 생성되어 경우에 따라서는 이전의 신호에 따라 조정되는 소정의 양의 전압인 제1 전환 임계점을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극 반전을 검출하기 위한 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 저에서 고로의 방형파 신호의 레벨 변화의 시간적 거리가 두 개의 통상의 각도 표시부들 상의 저 레벨의 시간보다 짧은 경우에, 극 반전의 검출이 이루어지는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극 반전을 검출하기 위한 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 미리 결정된 시간에 따라 형성된 타임 슬롯이 설정되고, 예측된 신호 플랭크가 타임 슬롯 내에서 발생하는 지가 검사되고, 그렇지 않은 경우에 극 반전이 검출되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극 반전을 검출하기 위한 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치에 있어서, 평가 수단은 요구되는 시간 측정을 수행하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 극 반전을 검출하기 위한 장치.
KR1020027008139A 1999-12-24 2000-12-15 신호 센서에서의 극 반전을 검출하기 위한 방법 및 장치 KR100852816B1 (ko)

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