KR100951070B1 - 소자의 운동을 검출하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

소자의 운동을 검출하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서 장치에 대한 소자의 운동을 검출하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 장치에서 신호(7 내지 15)들은 센서(3, 4, 5) 앞을 통과하는 펄스 트랜스미터(1)에 따라 평가된다. 운동 방향으로 서로 나란히 배치된 2 개의 센서 소자(4, 5)의 신호(7, 8, 10, 11, 13, 14)들이 검출되며, 개별 센서 소자(4, 5)의 신호(7, 8, 10, 11, 13, 14)의 위상 특성 및, 개별 센서 소자(4, 5)의 차이 신호(9, 12, 15)의 위상 특성은 운동 방향에 대해 직각인 진동을 검출하기 위해, 총 3 개의 신호들이 동위상인지의 여부에 대해 평가된다.
센서 소자, 차분 신호, 트랜스미터 휠, 진동 조절 회로, 센서 평가 회로

Description

소자의 운동을 검출하기 위한 방법 및 장치{Method and device for detection of the movement of an element}
본 발명은 독립항의 전제부에 따라, 센서 장치에 대한 소자의 운동을 검출하기 위한, 특히 회전하는 소자의 회전각을 센서에 의해 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
상기와 같은 센서 장치는 예컨대 자동차 내에서 다양한 실시예들로 이미 사용되고 있다. 예를 들어 소위 홀 소자는, 블로킹 방지 시스템(ABS)용 휠의 회전수 검출기로서, 엔진 제어부용 회전수 및 위상 센서로서, 변속기 제어부용 회전수 센서로서, 또는 소위 주행 다이내믹 조절 시스템 및 전기 스티어링 보조 수단용 스티어링 각 센서로서 사용되고 있다. 예컨대 DE 197 50 304 A1에 공지된 상기와 같은 센서 장치는 일반적으로 스위칭 에지(flank)와 같은 디지털 신호를, 센서 앞에서 회전하는 트랜스미터 휠에 따라 송출한다.
ABS 및 엔진과 변속기 분야에서 상기 회전수 센서들에게 주어지는 중요한 요구 조건은 가능한 큰 공기 갭과 진동에 대한 높은 내성이다. 종종 상기 센서 장치들에는 부분적으로 서로 상반되는 일련의 요구 조건들이 주어지며, 고감도 센서는 측정 결과를 방해하는 진동으로 인한 여기에 대해서도 역시 매우 민감하다. 한편으로 매우 큰 공기 갭, 즉 매우 민감한 센서에 있어서는 완벽한 기능이 요구되고, 다른 한편으로 작은 공기 갭에 있어서는, 센서 신호가 큰 경우, 진동으로 인한 에러를 가진 신호가 발생하지 않는 것이 요구된다.
상기와 같은 센서 장치의, 진동에 대한 감도를 최소화하기 위해, 종래의 회전수 센서의 경우 종종 가변 히스테리시스가 사용된다. 우선 신호 진폭이 측정되어야 하며 그 후 히테리시스가 유연하게 조정된다. 큰 입력 신호를 위해서는 큰 히테리시스가, 작은 입력 신호를 위해서는 상응하게 작은 히테리시스가 선택되는데, 즉 공기 갭이 작을 경우 스위칭에 필요한 진폭이 커진다.
상기 방법의 경우, 단시간에 신호 진폭을 현저히 줄일 수 있는, 작동시 공기 갭 충격에 대한 내성이 손실되는 것이 단점이다. 센서의 스위칭 시점에서 사전에 증가한 히스테리시스로 인해, 공기 갭 충격시 신호 손실이 일어날 수 있다.
또한 상기 방법은 센서의 보정(calibration)이 이루어진 후에만 사용될 수 있는데, 이는 보정 후에야 비로소 신호 진폭이 알려지기 때문이다. 센서가 스위치-온된 직후부터, 진동 감도는 계속 존재한다.
예컨대 US 5, 451, 891 A1에는 신호 진폭에 따른 적응성 히스테리시스의 사용이 공지되어 있다. 여기서 커플링 팩터는 측정된 센서 진폭과 주파수의 상으로서 결정되며, 상기 커플링 팩터를 기초로 해서 히스테리시스는 커플링 팩터와 주파수와의 적에 비례하게 조정된다. 공지된 상기 방법에 의해서는 낮은 여기 주파수에 대해서는 매우 작은 신호를 공급하고, 높은 주파수에 대해서는 매우 큰 진폭을 송출하는 패시브 센서의 특성만이 보상될 수 있다. 그러나 신호 주파수와 무관하게 일정한 내부 신호 진폭을 송출하는 상기 센서의 특성은 개선될 수 없다.
본 발명은 센서 앞을 통과하는 펄스 트랜스미터에 따라 신호를 평가하는 센서 장치에 대한 소자의 운동을 검출하기 위한, 전술한 방법의 개선에 관한 것이다. 운동 방향으로 서로 나란히 배치된 2 개의 센서 소자의 신호들은 본 발명에 따라 평가된다. 이로써 펄스 트랜스미터인 트랜스미터 휠의 회전을 검출할 시에 방사 방향 진동은 간단한 방식으로 검출된다. 상기와 같은 센서 장치는 예컨대 회전수 검출기로서 자동차 내에 사용될 수 있다.
개별 센서 소자의 신호의 위상 특성과 개별 센서 소자의 차분 신호의 위상 특성은 바람직하게는 운동 방향에 대해 직각인 진동을 검출하기 위해, 즉 트랜스미터 휠과 센서 소자 사이의 간격 내의 진동을 검출하기 위해, 측정된 총 3 개의 신호들의 동일한 방향의 위상 변화가 주어지는지의 여부에 대해 평가된다.
바람직하게 신호의 평가는, 경우에 따른 오프셋 보정후, 각각의 제로 통과 및 제로 통과시 기울기가 검출되도록 이루어지고, 3 개의 신호 모두가 동시 제로 통과 및 동일한 부호의 기울기를 갖는 경우, 펄스 트랜스미터의 진동이 검출된다. 방사 방향 진동이 검출되면, 센서 회로의 출력 신호는 간단한 방식으로 억제될 수 있다.
전술한 방법을 실시하기 위한 바람직한 센서 장치는 적어도 2 개의 무접촉 센서를 홀 소자 또는 자기 저항 소자로서 포함한다. 위상 검출 회로에는 센서 소자의 신호를 위한 각각 하나의 입력측, 및 적어도 2 개의 센서 신호로부터 나온 차분 신호를 위한 하나의 입력측이 제공될 수 있다.
바람직하게 센서 장치의 출력측 앞에 진동 조절 회로가 접속되며, 상기 진동 조절 회로는 위상 검출 회로의 출력을 위한 입력측, 및 차분 신호에 의해서 트리거링된 신호 처리 회로 및 비교기 회로를 위한 입력측을 포함한다. 이로써 센서 장치 내의 상기 진동은, 특히 경계 조건 하에서 센서 특성을 저하시키지 않고서도 억제될 수 있다.
일반적으로, 본 발명에 따라 작동하는 센서 장치에는 소위 차동형(differential) 홀센서가 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 센서 소자의 적정한 여기(stimulation)에 대해 센서 장치 내의 진동을 식별하기에 적합하며, 실질적으로 차동형 센서 원리를 사용하는 것, 즉 적어도 2 개의 센서 소자를 사용하는 것을 기초로 한다. AMR 또는 GMR 소자와 같은 홀 소자 또는 자기 저항 소자, 및 예컨대 광학 회전수 센서와 같은 다양한 센서 타입이 사용될 수 있다. 이로써 회전수 검출기에서는, 트랜스미터 휠과 센서 소자 사이의 방사 방향 진동이 간단하게 평가될 수 있다.
센서 장치에 대한 소자의 운동을 검출하기 위한 본 발명의 실시예는 도면에 의해 설명된다.
도 1은 회전수 검출기의 펄스 트랜스미터인 센서 휠의 부분 영역 및 무접촉으로 대향 배치된, 센서 장치의 센서 소자들이고,
도 2는 센서 소자들의 출력 신호들의 곡선들과 이로부터 얻어지는 차분 신호의 곡선을 나타낸 다이어그램이고,
도 3은 도 1에 따른 곡선의 변형으로서 센서 소자들 사이의 180°위상 이동을 나타내는 다이어그램이고,
도 4는 방사 방향 진동이 있을 때, 센서 소자들의 신호들의 곡선을 나타낸 다이어그램이고,
도 5는 센서 소자들의 신호들의 평가 회로의 블록 회로이다.
도 1에는 회전수 검출기의 트랜스미터 휠(1)의 영역이 도시되며, 상기 회전수 검출기는 트랜스미터 휠(1)의 회전 동안 또한 이로써 센서 회로(3)를 통과하는 운동 동안 센서 회로(3) 내의 스위칭 펄스를 일으키기 위한 톱니(2)를 포함한다. 센서 회로(3)는 트랜스미터 휠(1)에 대해 무접촉으로 대향 배치된, 예컨대 홀 소자인 2 개의 센서 소자들(4, 5)을 포함한다. 또한 화살표(6)로 방사 방향 진동이 도시되며, 이는 본 발명에 따른 센서 장치에 의해 검출되고 평가되어야 한다.
도 2에는 트랜스미터 휠(1)이 진동 없이 정확히 일 회전하는 동안, 센서 소자(4)의 신호의 곡선(7)과 센서 소자(5)의 신호의 곡선(8)이 시간(t)에 대해 도시된다. 신호 곡선들(7, 8)로부터의 차분 신호는 도면 부호 (9)로 도시된다. 도 3에는 신호 곡선들(10, 11, 12)의 비교 가능한 도면이 도시되며, 신호 곡선들(10, 11)은 더 큰 위상차, 여기서는 180°를 갖는다.
도 4에는 도 2, 3과 달리, 센서 소자들(4, 5)의 신호 곡선들(13, 14, 15)의 특성이 도시되며, 이는 도 1의 화살표(6)로 표시된 바와 같은 트랜스미터 휠(1)과 센서 소자들(4, 5) 사이의 간격에서 진동이 있는 경우 발생한다.
도 2 내지 4의 그래프들에는 센서 소자들(4, 5)의 신호 곡선들 사이의 위상 변이가 결정됨으로써 방사 방향 진동이 검출될 수 있는 것이 도시된다. 특히 도 2 및 도 3에는 트랜스미터 휠(1)의 정확한 일 회전시 해당 신호 곡선들(7, 8, 9 또는 10, 11, 12)들 중 적어도 2 개의 곡선들 사이에서 회전에 따른 위상 변이가 일어나는 것이 도시된다. 물론 도 4에서 곡선들(13, 14, 15)을 참조하여 알 수 있듯이, 각각의 신호 곡선들 사이의 위상 관계가 제로이므로 모든 신호들이 동위상으로 진행되면, 방사 방향 진동이 검출되며 센서 장치의 출력측은 위상 변이가 다시 측정될 수 있을 때까지 차단될 수 있다. 신호(15)는 도 2 및 도 3의 곡선들(9, 12)과 유사하게 신호 곡선들(13, 14)로부터 얻어지는 차분 신호를 나타낸다.
전술한 방법을 실시하기 위한 센서 장치의 구성은 센서 소자(4, 5)의 신호 곡선을 평가하기 위한 평가 회로(16)의 블록 회로도로서 도 5에 도시된다. 여기서 상기 평가는, 우선 상기 2 개의 센서 소자들(4, 5)에 대해, 그리고 차분 신호에 대해, 경우에 따라 위상 검출 회로(17)에서의 오프셋 보정 후 제로 통과가 결정되도록 이루어진다.
제로 통과시, 3 개의 신호 모두에 대해, 각각의 기울기가 검출된다. 첫째, 총 3 개의 신호들(도 4의 신호 곡선들(13, 14, 15)) 모두가 동시에 제로를 통과하고 둘째, 기울기들이 동일한 부호를 가지면, 3 개의 신호들은 동위상이며 방해 진동이 발생한 것이다. 평가 회로(16)의 출력측(18)에서의 신호는 진동 조절 회로(19)에 의해 억제되며, 상기 진동 조절 회로(19)에는 위상 검출 회로(17)의 출력 신호, 및 차분 신호를 위한 신호 처리 및 비교 회로(20)의 출력 신호가 제공된다.

Claims (8)

  1. 센서(3, 4, 5) 앞을 통과하는 펄스 트랜스미터(1)에 의존해서 신호(7 내지 15)를 평가하는, 센서 장치에 대한 소자의 운동을 검출하기 위한 방법에 있어서,
    운동 방향으로 서로 나란히 배치된 2 개의 센서 소자들(4, 5)의 신호들(7, 8; 10, 11; 13, 14)들이 평가되고, 운동 방향에 대해서 직각인 진동을 검출하기 위해, 개별 센서 소자(4, 5)의 신호들(7, 8; 10, 11; 13, 14)의 위상 특성 및 상기 개별 센서 소자(4, 5)의 차분 신호(9; 12; 15)의 위상 특성은, 측정된 3 개의 신호들(7 내지 15) 모두가 동일한 방향의 위상 변화를 나타내는지의 여부로 평가되는 것을 특징으로 하는 소자의 운동을 검출하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호들(7 내지 15)의 평가는 각각의 제로 통과 및 제로 통과시의 기울기가 검출되도록 이루어지고, 상기 3 개의 신호들(7 내지 15) 모두가 동시 제로 통과 및 동일한 부호의 기울기를 가지면, 상기 펄스 트랜스미터(1)의 진동이 검출되는 것을 특징으로 하는 소자의 운동을 검출하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 제로 통과의 검출시 오프셋 보정이 실행되는 것을 특징으로 하는 소자의 운동을 검출하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 방사 방향 진동(6)이 검출되는 경우, 센서 평가 회로(16)의 출력 신호가 억제되는 것을 특징으로 하는 소자의 운동을 검출하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 가능한 소자의 펄스 트랜스미터인 상기 트랜스미터 휠(1)의 회전의 검출시, 각각의 신호 곡선들 사이의 위상 관계가 제로일 때 방사 방향 진동(6)이 검출되는 것을 특징으로 하는 소자의 운동을 검출하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 센서 장치에 있어서,
    상기 센서 장치(3)는, 홀 소자 또는 자기 저항 소자를 가지는 2 개의 무접촉 센서들(4, 5)을 포함하며,
    상기 센서 소자들(4, 5)의 신호들(7, 8; 10, 11; 13, 14)들을 위한 입력측과, 2 개의 센서 신호(7, 8; 10, 11; 13, 14)로부터의 차분 신호(9, 12, 15)를 위한 입력측을 가진 위상 검출 회로(17)가 제공되는 것을 특징으로 하는 소자의 운동을 검출하기 위한 센서 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 진동 조절 회로(19)는 센서 평가 회로(16)의 출력측(18) 앞에 접속되며, 상기 진동 조절 회로는 상기 위상 검출 회로(17)의 출력을 위한 입력측, 및 차분 신호에 의해 트리거링된 신호 처리 및 비교 회로(20)를 위한 입력측을 포함하는 것을 특징으로 하는 소자의 운동을 검출하기 위한 센서 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 센서 장치는 회전수 검출기로서 자동차 내에 사용되는 것을 특징으로 하는 소자의 운동을 검출하기 위한 센서 장치.
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