KR101126373B1 - 조향각 검출 장치 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 회전체 상에 설치된 제1 마그넷과 제2 회전체 상에 설치된 제2 마그넷의 자력 변화를 제1 자기센서 및 제2 자기센서가 각각 감지하여 일정 파형의 신호를 각각 출력하는 감지 출력 단계; 출력 신호를 제1 증폭기 및 제2 증폭기에서 각각 증폭하여 제어 유닛으로 전송하는 증폭 전송 단계; 상기 제어 유닛에서 조향 장치의 회전 조향에 대한 제1 절대 조향각 및 제2 절대 조향각을 산출하는 산출 단계; 상기 제1 절대 조향각을 포함한 제1 데이터로부터 오류를 점검하고, 상기 제2 절대 조향각을 포함한 제2 데이터로부터 오류를 점검하는 점검 단계; 및 상기 제어 유닛에서 상기 제1 절대 조향각과 상기 제2 절대 조향각을 비교 출력하는 크로스체크 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 검출 장치 제어 방법을 제공한다.

Description

조향각 검출 장치 제어 방법{METHOD FOR COTNROLLING A STEERING ANGLE DECTECTING DEVICE}
본 발명은 조향각 검출 장치와 그 구동방법 및 조향각 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2개의 제어 유닛에서 조향각을 검출하여 그 중 정확한 조향각을 선택하여 출력하는 스티어링 휠의 조향각 검출 장치와 그 구동방법 및 조향각 검출방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 조향장치가 마련되고, 이러한 조향장치는 자동차의 경로 및 진행방향을 사용자의 요구에 따라 방향을 전환하는 장치로서, 사용자가 조작하는 스티어링 휠과, 스티어링 휠과 동일하게 회동하는 스티어링 컬럼과, 스티어링 컬럼에 설치되어 스티어링 휠에서 자동차의 다양한 기능을 제어할 수 있게 케이블이 풀림과 감김이 반복될 수 있게 권취된 스티어링 롤 커넥터 및 스티어링 컬럼에 설치하여 스티어링 휠의 회전각을 감지하는 각속도 센서로 구성된다.
종래의 각속도 센서는 스티어링 휠의 회전에 의한 스티어링 컬럼과 함께 회전하고 표면에 다수개의 홀을 형성한 디스크와 이를 판독하는 감지센서로 구성되어 스티어링 휠의 각도 및 방향전환, 그리고 각속도 등을 연산 처리하여 사용하였으 나, 구조적인 한계로 인해 정밀한 각도 및 각속도 값을 얻을 수가 없었다.
최근에는 마그넷을 회전비가 다른 두 개의 회전체에 각각 구비하고, 마그넷의 자력변화를 감지하는 자기센서를 설치하여 두 개의 회전체의 회전에 따라 출력되는 자력 감지신호를 연산하여 스티어링 휠의 조향각을 산출하는 방식을 사용하고 있다.
그러나, 이와 같은 종래 기술에 따른 조향각 검출 장치에서는 센서 신호 변환 후, 실수 연산 및 절대 조향각 연산에서 과부화 및 연산 에러가 발생 할 수 있으며, 외부 환경변수의 영향으로 인하여 조향각 검출 장치의 멈춤 현상 및 오 동작 등이 발생하였다. 또한, 절대 조향각 검출에 있어, 노이즈 등에 의해서 왜곡된 절대 조향각이더라도, 허용 오차 범위 내의 출력이라면 모두 정상적인 각도로 인지하여 출력하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 절대 조향각을 산출하는 제어 유닛을 2개로 구성하여, 어느 하나의 제어 유닛에 에러가 발생하더라도, 다른 제어 유닛으로 절대 조향각 산출이 가능하여 실시간으로 절대 조향각 검출이 가능한 조향각 검출 장치와 그 구동방법 및 조향각 검출방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 센서에 노이즈가 발생하거나, 또는 외부 환경변수의 영향으로 산출된 절대 조향각이 왜곡된 경우, 정확한 절대 조향각을 검출하여 출력함으로써, 안정성 및 신뢰성을 향상시킨 조향각 검출 장치와 그 구동방법 및 조향각 검출방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일면에 따르면, 제1 회전체 상에 설치된 제1 마그넷과 제2 회전체 상에 설치된 제2 마그넷의 자력 변화를 제1 자기센서 및 제2 자기센서가 각각 감지하여 일정 파형의 신호를 각각 출력하는 감지 출력 단계; 출력 신호를 제1 증폭기 및 제2 증폭기에서 각각 증폭하여 제어 유닛으로 전송하는 증폭 전송 단계; 상기 제어 유닛에서 조향 장치의 회전 조향에 대한 제1 절대 조향각 및 제2 절대 조향각을 산출하는 산출 단계; 상기 제1 절대 조향각을 포함한 제1 데이터로부터 오류를 점검하고, 상기 제2 절대 조향각을 포함한 제2 데이터로부터 오류를 점검하는 점검 단계; 및 상기 제어 유닛에서 상기 제1 절대 조향각과 상기 제2 절대 조향각을 비교 출력하는 크로스체크 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 검출 장치 제어 방법을 제공한다.
상기 조향각 검출 장치 제어 방법에 있어서, 상기 점검 단계는: 상기 제1 절대 조향각을 포함한 제1 데이터로부터 상기 제1 마그넷, 상기 제1 자기센서, 상기 제1 증폭기 및 상기 제어 유닛의 A/D 변환기 중 어느 하나의 오류를 점검하는 제 1 점검 단계와, 상기 제2 절대 조향각을 포함한 데이터로부터 상기 제2 마그넷, 상기 제2 자기센서, 상기 제2 증폭기 및 상기 제어 유닛의 A/D 변환기 중 어느 하나의 오류를 점검하는 제 2 점검 단계를 포함할 수도 있다.
상기 조향각 검출 장치 제어 방법에 있어서, 상기 제 1 점검 단계는 각각: 오류 여부를 판단하기 위한 중앙점 신호를 설정하는 초기화 모드 단계와, 상기 제1 데이터로부터 상기 제1 자기센서의 출력 신호에 대한 교차점을 산출하는 교차점 산출 단계와, 상기 교차점을 상기 중앙점 신호와 비교하는 교차점 비교 단계를 구비할 수도 있다.
상기 조향각 검출 장치 제어 방법에 있어서, 상기 초기화 모드 단계는: 상기 제1 자기센서의 초기화 여부를 판단하는 센서 초기화 판단 단계와, 상기 센서 초기화 판단 단계에서 상기 제1 자기센서가 초기화되지 않은 것으로 판단되는 경우, 상기 제1 데이터로부터로부터 상기 제1 자기센서의 출력 신호의 최대값 및 최소값을 검출하는 최대 최소 검출 단계와, 상기 중앙점 신호를 상기 최대값 및 최소값의 중간값을 기준으로 사전 설정된 값의 상하위 범위로 설정하는 중앙점 신호 설정 단계를 구비할 수도 있다.
상기 조향각 검출 장치 제어 방법에 있어서, 상기 제 2 점검 단계는 각각: 오류 여부를 판단하기 위한 중앙점 신호를 설정하는 센서 초기화 모드 단계와, 상기 제2 데이터로부터 상기 제2 자기센서의 출력 신호에 대한 교차점을 산출하는 교차점 산출 단계와, 상기 교차점을 상기 중앙점 신호와 비교하는 교차점 비교 단계를 구비할 수도 있다.
상기 조향각 검출 장치 제어 방법에 있어서, 상기 초기화 모드 단계는: 상기 제2 자기 센서의 초기화 여부를 판단하는 센서 초기화 판단 단계와, 상기 센서 초기화 판단 단계에서 상기 제2 자기센서가 초기화되지 않은 것으로 판단되는 경우, 상기 제2 데이터로부터로부터 상기 제2 자기센서의 출력 신호의 최대값 및 최소값 을 검출하는 최대 최소 검출 단계와, 상기 중앙점 신호를 상기 최대값 및 최소값의 중간값을 기준으로 사전 설정된 값의 상하위 범위로 설정하는 중앙점 신호 설정 단계를 구비할 수도 있다.
본 발명에서와 같이, 자기 센서로부터 출력된 신호를 인가 받아 절대 조향각을 산출하는 제어 유닛으로부터의 출력 신호를 사용하여 중앙점 신호 및 교차점을 산출하고 이를 비교하여 하드웨어의 손상을 파악하여 신속한 오류 발생 범위 판단이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조향각 검출 장치의 기능 블록도이며, 도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조향각 검출 장치의 센서 유닛의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조향각 검출 장치의 상세 기능 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 검출 장치의 센서 유닛의 센서부의 개략적인 구성도이고, 도 5는 센서부로부터의 출력 신호 파형을 나타내는 개략적인 선도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 검출 장치의 제어 방법의 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 검출 장치의 제어 방법의 점검 단계에 대한 흐름도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 검출 장치의 제어 방법의 점검 단계 중 초기화 모드에 대한 세부적인 흐름도이고, 도 9 내지 12는 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 검출 장치의 물리적 오류시 출력 신호 파형도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조향각 검출 장치는 센서 유닛(100), 증폭 유닛(200) 및 제어 유닛(300)을 포함한다.
센서 유닛(100)은 회전체의 자력변화를 감지하여 일정 파형 즉, Sin, Cos 파형의 신호를 출력한다. 증폭 유닛(200)은 센서 유닛(100)에서 출력된 아날로그 신호의 크기를 증폭시킨 후, 증폭된 신호를 제어 유닛(300)으로 인가한다. 제어 유닛(300)은 증폭 유닛(200)에서 출력되는 신호를 인가 받아, 조향 장치 즉, 스티어링 휠의 제1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각을 산출한다. 제어 유닛(300)에서 산출된 제1 절대 조향각과 제2 절대 조향각은 상호 비교되고, 양자 중 노이즈나 외부 환경변화 요인에 의해서 왜곡되지 않은 절대 조향각이 선택되어 출력된다.
각 구성요소의 구조 및 기능을 보다 상세히 살펴보면, 센서 유닛(100)은 하우징(10), 회전부(20), 자력부(30) 및 센서부(40)를 포함하고, 증폭 유닛(200)은 제1 증폭기(210)와 제2 증폭기(220)로 구성된다.
센서 유닛(100)의 하우징(10)의 내부에 휠과 연동되는 스티어링 컬럼이 중앙에 설치될 수 있도록 관통되며 일 측에는 소정크기의 수용부(11)가 형성된다. 수용부(11)를 덮을 수 있도록 커버(12)가 마련되며, 커버(12) 또한 휠(2)과 연동되는 스티어링 컬럼이 설치될 수 있도록 관통 형성된다. 수용부(11)에는 회전부(20)가 설치되며, 회전부(20)에는 자력부(30)가 구비된다. 회전부(20)는 제1 회전체(21)와 제2 회전체(22)로 구성되며, 제1 및 제2 회전체(21,22)에는 극성을 갖는 제1 마그 넷(31)과 제2 마그넷(32)이 각각 설치된다. 이때, 제1 및 제2 회전체(21,22)는 주기가 다른 기어로 형성될 수 있으며, 제1 및 제2 마그넷(31,32)은 제1 및 제2 회전체(21,22)에 고정 설치되어, 제1 및 제2 회전체(21,22)가 회전함에 따라 제1 및 제2 마그넷(31,32) 역시 함께 회전한다.
제1 및 제2 마그넷(31,32)의 자력변화를 감지할 수 있도록 제1 및 제2 자기센서(41,42)로 이루어진 센서부(40)가 설치된다. 여기서 제1 및 제2 자기센서(41,42)는 제1 및 제2 마그넷(31,32)의 직하부에 설치되거나 인접하여 설치될 수 있도록 인쇄회로기판(43) 상에 설치된다. 제1 및 제2 회전체(21,22)가 회전하면, 제1 및 제2 마그넷(31,32)이 회전하며, 제1 및 제2 마그넷(31, 32)의 극성이 변화하게 된다. 제1 및 제2 자기 센서(41, 42)는 제1 및 제2 마그넷(31, 32)의 극성 변화에 따라 발생된 자력변화를 감지하여, Sin 파형의 감지신호와, Sin파형의 감지신호에서 90도 이동된 Cos 파형의 감지신호를 출력한다.
도 4에는 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 및 제 2 마그넷(31,32) 및 제1 및 제2 자기 센서(41,42)의 구성도가 도시된다. 제1 및 제2 자기 센서(41,42)는 인접한 두 개의 휘트스톤 브릿지 센서 회로(41a/41b,42a/42b)을 구비하는데, 각각의 휘트스톤 브릿지 센서 회로(41a/41b,42a/42b)는 복수 개의 홀소자(45)를 구비하는 동일한 회로 구성을 취하되, 두 개의 휘트스톤 브릿지 센서 회로(41a/41b,42a/42b)의 배향은 서로에 대하여 45°의 배향각 차이를 가지도록 배치된다. 여기서, Vcc1 및 Vcc2는 각각의 휘트스톤 브릿지 센서 회로에 인가되는 공급 전압을 나타내고, GND1 및 GND2는 각각의 회로에 대한 접지 전압을 나타내며, +/- Vo1 및 Vo2는 각각의 휘 트스톤 브릿지 센서 회로에 대한 양/음의 출력 전압을 나타낸다.
각각의 휘트스톤 브릿지 센서 회로(41a/41b,42a/42b)는 동일한 구조를 구비하되, 일 휘트스톤 브릿지 센서 회로(41a,42a)와 타 휘트스톤 브릿지 센서 회로(41b,42b)는 회로의 서로 인접하지 않고 마주하는 두 개의 노드를 잇는 대각선들간의 교차각이 45°를 이룬다. 따라서, 휘트스폰 브릿지 센서 회로(41a/41b,42a/42b)와 마주하며 배치되는 제1 및 제2 마그넷(31,32)이 회전 운동을 하는 경우, 도 5의 양/음의 출력 전압에 의한 두 개의 센서부 측정 신호(X,Y)가 검출되는데, 두 개의 센서부 측정 신호(X,Y)는 일정한 위상 차를 구비하되 거의 동일한 파형을 가지게 된다. 제1 및 제2 마그넷(31,32)의 회전 각도에 따른 각각의 측정 신호는 모두 다음과 같은 관계를 갖는다.
Figure 112009080819144-pat00001
Figure 112009080819144-pat00002
여기서, 온도(T)에 따른 영향이 각도(θ)에 의한 영향에 비하여 상당히 미미한 경우, 상기 관계는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009080819144-pat00003
Figure 112009080819144-pat00004
상기 관계들로부터 제1 및 제2 마그넷(31,32)의 회전 각도(θ)를 산출하면 각각 다음과 같은 관계로 나타낼 수 있다.
Figure 112009080819144-pat00005
따라서, 측정된 두 개의 신호를 통하여 제1 및 제2 마그넷(31,32)의 회전 각도(θ)가 산출될 수 있다.
제1 및 제2 자기 센서(41, 42)로부터 출력되는 신호는 증폭 유닛(200)으로 입력된다. 증폭 유닛(200)은 제1 증폭기(210)와 제2 증폭기(220)로 구성된다. 제1 증폭기(210)는 제1 자기 센서(41)에서 출력되는 신호를 입력 받아, 증폭시켜 출력시키며, 제2 증폭기(220)는 제2 자기 센서(42)에서 출력되는 신호를 입력 받아, 증폭시켜 출력시킨다. 본 실시예의 경우, 제1 증폭기(210)와 제2 증폭기(220)로 OP AMP를 사용하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 증폭기가 사용될 수 있다. 증폭 유닛(200)에서 증폭되어 출력된 제1 및 제2 자기 센서 출력신호는 제어 유닛(300)으로 각각 동시에 인가된다.
제어 유닛(300)은 A/D 변환부(310), 연산부(320), 데이터 통신부(330), 비교부(340) 및 점검부(350)를 포함한다. 별도 저장부(미도시)를 구비할 수도 있으나, 본 실시예에 따른 점검부(350)는 소정의 제어 기능 및/또는 저장 기능을 구비하여 사전 설정 데이터, 예를 들어 하기되는 초기화를 위한 자기 센서의 중앙점 신호를 산출하는 과정 상에서 중앙값을 기준으로 설정되는 상하위 범위 등과 같은 값을 사전 설정 데이터로서 사전 저장 구비할 수도 있다.
제어 유닛(300)의 A/D 변환부(310)는 자기 센서에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호를 변환시켜 출력한다. 연산부(320)는 A/D 변환부(310)에서 출력되 는 디지털 신호를 인가 받아, 절대 조향각을 산출한다. 데이터 통신부(330)는 이를 TCU와 같은 제어 장치로 전달할 수 있다. 비교부(340)는 연산부(320)에서 산출된 각각의 제1 절대 조향각과 제2 절대 조향각을 비교하고, 최적의 절대 조향각을 선택하여 출력한다. 점검부(350)는 제어 유닛(300)의 상태를 점검하는 기능을 수행한다.
보다 구체적으로 제1 및 제2 자기 센서로부터 제 1 증폭기(210) 및 제 2 증폭기(220)를 거쳐 증폭되어 출력되는 제 1 및 제2 자기 센서 출력 신호는 A/D 변환부(310)에서 디지털 신호로 전환된다. 디지털 신호로 전환된 제 1 및 제 2 자기 센서 출력 신호는 연산부(320)로 입력되는데, 연산부(320)는 입력된 제 1 및 제 2 자기 센서 출력 신호 각각에 기초하여 조향각을 연산하고 제 1 및 제 2 절대 조향각을 산출한다.
또한, 제어 유닛(300)의 연산부(320) 및 비교부(340) 및 점검부(350)는 증폭 유닛(200)을 통하여 입력되어 A/D 변환부(310)를 거쳐 디지털 변환된 제1 및 제2 자기 센서 출력 신호로부터 각각의 제 1 및 제2 자기 센서 출력 신호에 대한 교차점 신호와 중앙점 신호를 산출 비교하여 조향각 검출 장치의 에러 여부를 판단한다.
제어 유닛(300)의 점검부(350)는 조향각 검출 장치(10)의 초기화 여부를 판단 점검한다. 초기화 여부는 증폭 유닛(200)을 통하여 입력되어 A/D 변환부(310)를 거쳐 디지털 변환된 제1 및 제2 자기 센서 출력 신호로부터 각각의 제 1 및 제2 자기 센서 출력 신호에 대한 중앙점 신호의 적정 설정 여부로부터 판단한다. 상기 한 바와 같이 각각의 제 1 및 제 2 자기 센서에는 각각 두 개의 휘트스톤 브릿지 회로가 배치되고 이로부터 각각의 사인파 및 코사인파 신호가 출력되는데, 출력되는 사인파 및 코사인파의 최대 최소값의 중앙값을 기준으로 상하위 소정의 설정 영역 범위를 중앙점 신호(CP; sin CP, cos CP)로 설정한다. 즉, 각각의 휘트스톤 브릿지 회로로부터의 사인파 및 코사인파 형태의 신호가 출력되는데, 이로부터 각각의 사인파 신호와 코사인파 신호의 최대 및 최소값을 사용하여 각각의 중앙점 신호(CP; sin CP, cos CP)를 산출한다.
예를 들어, 0 내지 1023의 출력값 검출 가능한 10bit의 A/D 변환부(310)에 있어, 제 1 자기 센서의 두 개의 휘트스톤 브릿지 회로로부터의 출력 신호 중 사인파의 출력 신호가 A/D 변환부를 거친 경우 최대 최소 출력값이 각각 900 및 100일 경우 중앙값은 500이고 상하위 50% 범위를 사인파에 대한 사인파 중앙점 신호(sin CP)로 설정한다. 중앙값을 기준으로 상하위 범위 설정은 본 실시예에서 50%로 설정하였으나 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다.
또한, 제 1 자기 센서의 나머지 휘트스톤 브릿지 회로로부터의 출력 신호인 코사인파의 출력 신호도 동일한 과정을 거쳐 코사인파 중앙점 신호(cos CP)가 설정될 수 있고, 제 2 자기 센서의 각각의 사인파 및 코사인파 출력 신호에 대하여도 동일하게 사인파/코사인파 중앙점 신호(sin CP/cos CP)가 설정될 수 있다.
또한, 연산부(320) 및/또는 점검부(350) 및/또는 비교부(340)는 제 1 자기 센서 및 제 2 자기 센서의 사인파 및 코사인파 출력 신호의 교차점(P)을 산출한다. 점검부(350)는 비교부(340)로 하여금 교차점(P)과 사인파/코사인파 중앙점 신 호(sin CP/cos CP)를 비교하도록 하고, 비교부(340)에서 행해진 비교 결과에 따라 하드웨어의 오류 여부를 판단 점검하고 이에 대응하는 신호를 출력한다.
도 6는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조향각 검출 방법의 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 조향각 검출 방법의 점검 단계에 대한 세부적인 흐름도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 우선, 센서 유닛의 제1 회전체 상에 설치된 제1 마그넷과 제2 회전체 상에 설치된 제2 마그넷의 자력 변화를 감지하여 일정 파형의 신호를 각각 출력하는 감지 단계를 실행한다(S410). 그런 후, 증폭 유닛(200)으로 하여금 센서 유닛(100)에서 출력된 제1 및 제2 자기 센서 출력신호를 증폭하여 제1 제어 유닛과 제2 제어 유닛으로 전송하는 과정을 수행하는 증폭 전송 단계가 실행된다(S420). 즉, 제 1 자기 센서의 출력 신호는 제 1 증폭기(210)로 그리고 제 2 자기 센서의 출력 신호는 제 2 증폭기(220)로 입력되고 각각 증폭 과정을 거친후 제어 유닛(300)으로 입력된다.
그런 후, 제어 유닛(300)으로 입력된 제 1 및 제 2 자기 센서로부터의 신호는 A/D 변환기(310)에서 디지털 신호로 변환되어 연산부(420)에서 연산되어 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각을 산출하는 산출 단계가 수행된다(S430).
그런 후, 제어 유닛(300)의 점검부(350)는 점검 단계(S430-1)을 실행하는데, 점검 단계(S430-1)는 제 1 점검 단계(S440)와 제 2 점검 단계(S450)를 포함한다. 점검 단계(S430-1)는 제 1 및 제 2 자기 센서 출력신호와 제 1 및 제 2 절대 조향각을 포함하는 각각의 제 1 데이터 및 제 2 데이터로부터 하드웨어로서의 구성요소의 오류 여부가 판단 점검되는데, 제 1 점검 단계(S440)는 제 1 자기 센서 출력신 호와 제 1 절대 조향각을 포함하는 제 1 데이터로부터 제 1 자기 센서 출력 신호와 관련된 제 1마그넷, 제 1자기 센서, 제 1증폭기 및 A/D 변환기 등의 하드웨어의 오류 여부를 점검 판단하고, 제 2 점검 단계(S450)는 제 2 자기 센서 출력신호와 제 2 절대 조향각을 포함하는 제 2 데이터로부터 제 2 마그넷, 제 2 자기 센서, 제 2 증폭기 및 A/D 변환기 등의 하드웨어의 오류 여부를 점검 판단한다. 도 7에는 점검 단계(S430-1)에 대한 구체적인 흐름도가 도시되고, 제 1 점검 단계(S440)와 제 2 점검 단계(S450)는 동일한 구조를 취하는바 도 7에 각각의 단계에 대한 도면 부호를 병기하여 설명하는데, 각각의 단계에 대한 도면 부호 "44"로 시작되는 단계는 제 1 점검 단계의 세부 단계를, 그리고 도면 부호 "45"로 시작되는 단계는 제 2 점검 단계의 세부 단계를 의미한다.
먼저, 점검부(350)는 조향각 검출 장치(10)의 초기화 모드를 실행하는데(S441/S451), 초기화 모드(S441/S451)에서 센서의 초기화 여부가 판단된다. 센서의 초기화 여부는 제 1 자기 센서 및 제 2 자기 센서의 사인파 및 코사인파 출력 신호에 대한 중앙점 신호(CP;sin CP,cos CP)가 설정되었는지 여부로 판단된다. 보다 구체적으로 초기화 모드(S441/S451)에서 센서 초기화 판단 단계(S4411/S4511)가 먼저 실행되는데, 제1 자기 센서 및 제2 자기 센서의 사인파 및 코사인파 출력 신호에 대한 중앙점 신호가 존재하는 경우 초기화 모드(S441/S451)는 종료된다.
반면, 제1 자기 센서 및 제2 자기 센서의 사인파 및 코사인파 출력 신호에 대한 중앙점 신호가 존재하지 않는 경우, 제어 흐름은 단계 S4413/S4513으로 전달된다. 단계 S4414/S4513은 센서 최대 최소 검출 단계로서, 제 1 자기 센서 및 제 2 자기 센서의 출력 신호를 사용하여 각각의 자기 센서로부터의 사인파 및 코사인파 출력 신호에 대한 최대값 및 최소값을 검출한다. 그런 후, 연산부(320)는 각각 검출된 자기 센서의 사인파 및 코사인파 출력 신호에 대한 최대값 및 최소값을 사용하여 각각의 자기 센서의 출력 신호에 대한 sin CP와 cos CP를 연산 산출하는 중앙점 신호 설정 단계를 실행하고(S4415/S4515,S4417/S4517), 초기화 모드에 대한 제어 흐름은 종료된다.
그런 후, 제어 흐름은 단계 S443/453로 전환되는데(도 8 참조), 연산부(320), 비교부(340) 및 점검부(350)를 포함하는 제어 유닛(300)는 제 1 자기 센서 및 제 2 자기 센서의 각각의 사인파 및 코사인파 출력 신호가 교차되는 교차점을 산출한다. 즉, 교차점은 제 1 자기 센서 및 제 2 자기 센서의 각각의 사인파 및 코사인파 출력 신호가 교차되는 지점에서의 출력값으로 정의한다.
그런 후, 제어 흐름은 비교 단계로 전환되는데, 비교부(340)는 교차점과 sin CP 및 cos CP를 비교하는 교차점 비교 단계(S445/S455,S447/S457)을 포함한다. 먼저, 제어흐름은 단계 S445/S455로 전달되어 교차점 사인 비교 단계(S445/S455)가 실행된다. 즉, 교차점이 -|sin CP|와 |sin CP|의 사이 범위에 존재하는지 여부를 판단하는데, 여기서 -|sin CP|와 |sin CP|는 중앙값이 영인 경우를 기준으로 한 값으로 중앙값이 영이 아닌 경우 쉬프팅 조정될 수 있다. 단계 S445/455에서 교차점이 -|sin CP|와 |sin CP|의 사이 범위에 배치되지 않는 것으로 판단하는 경우 제어 흐름은 단계 S447/S457로 전달되어 교차점 코사인 비교 단계(S447/S457)가 실행되고, 교차점 코사인 비교 단계(S447/S457)에서 교차점이 -|cos CP|와 |cos CP|의 사 이 범위에 존재하는지 여부를 판단하고, 교차점이 -|cos CP|와 |cos CP|의 사이 범위에 존재하지 않는 것으로 판단되는 경우 최종 출력 신호를 정상 상태로 출력하는 정상 상태 출력 단계(S449/S459)가 실행된다.
반면, 단계 S445/S455 및 단계 S447/S457에서 교차점이 -|sin CP|와 |sin CP|이 사이 범위에 존재하거나 또는 -|cos CP|와 |cos CP|의 사이 범위에 존재하는 경우 제1/ 제 2 마그넷, 제 1/ 제 2 자기센서, 제 1/제2 증폭기 또는 AD 변환기의 오작동으로 판단하고(S448/S458), 이를 운전자에게 알리기 위하여 음향 출력부, 광 출력부 등을 통하여 소정의 경고 신호를 출력하도록 할 수도 있다.
이와 같은 점검 단계(S430-1)이 완료된 후 제어 흐름은 단계 S460으로 전달되어 크로스체크 단계(S460)가 실행된다. 크로스체크 단계(S460)에서 비교부(340)는 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각을 비교하여 적절한 절대 조향각 신호를 출력한다. 점검 단계(S430-1)에서 정상 상태 출력 단계가 실행되는 경우, 크로스체크 단계(S460)에서 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각이 동일한지 내지는 양자의 차이가 소정의 범위 내에 존재하는 실질적으로 동일한 범위 내에 있는지를 판단하여 동일 내지 실질적으로 동일하다고 판단되는 경우 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 중 하나를 택일하여 절대 조향각 신호를 ECU, TCU와 같은 전기 장치로 전달하고 동일하지 않은 경우 에러 신호를 출력할 수 있다.
또한, 크로스체크 단계(S460)는 경우에 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 중 에러 범위, 즉 전단계에서의 절대 조향각과의 차이 중 사전 설정된 범위 내에 존재한 값을 새로운 절대 조향각 신호로 비교 출력할 수도 있다. 예를 들어 1ms마다 감지되는 자기 센서로부터의 조향 각도가 과도하게 급격하게 증가하는 경우 에러 발생으로 판단하고 해당 범위 내에 존재하는 값을 정상적으로 감지된 조향각으로 판단하여 이를 출력함과 동시에 운전자에게 조향각 검출 장치의 자기 센서 중의 하나의 에러를 알려주기 위한 소정의 신호를 출력할 수도 있다.
도 9 내지 도 12에는 본 발명의 조향각 검출 방법을 통하여 얻어진 하드웨어 에러 경우의 교차점 및 중앙점 신호에 대한 선도가 도시되는데, 여기서 CP는 자기 센서의 휘트스톤 브릿지 회로의 출력 신호로부터 얻어진 중앙점 신호 중 사인파 중앙점 신호(sin CP)가 도시되는데, 이는 설명을 위한 일예이다. 이들 모든 경우는 교차점(P)이 중앙점 신호(CP)의 내에 존재한다. 도 9에 도시된 바와 같이 교차점(P)은 사인파 중앙점 신호의 범위 내에 존재하고 이 경우 코사인파 출력 신호의 감쇠와 같은 감쇠 현상은 증폭 유닛의 에러의 경우 발생된다 도 10에 도시된 바와 같이 교차점(P)은 사인파 중앙점 신호의 범위 내에 존재하고 이 경우 코사인파 출력 신호는 거의 출력값이 존재하지 않는 것으로 도시되는데 이와 같은 출력은 자기 센서 내지는 자기 센서 내의 휘트스톤 브릿지 회로 중 하나가 고장인 경우, 증폭 유닛이 고장인 경우 또는 A/D 변환기가 고장인 경우 발생 가능하다. 도 11에 도시된 바와 같이 사인파와 코사인파가 출력되어야 할 자기 센서의 출력신호가 동일한 파형 신호가 출력되는 경우 이는 마그넷이 손상되거나 또는 자기 센서 자체의 결함이 일어날 때 출력된다. 도 12에 도시된 바와 같이 사인파 출력 신호는 정상 상태를 나타내나 코사인파 출력 신호의 주기가 짧아질 때는 자기 센서의 오류 내지 마그넷의 변형이 일어날 때 출력될 수 있다.
이와 같이 하드웨어 손상이 발생한 경우 자기센서 출력 신호의 사인파 및 코사인파의 출력의 교차점이 중앙점 신호 범위 내에 존재하게 됨으로써, 이러한 출력 신호로부터 조향각 검출 장치의 물리적 손상 여부를 판단 가능하게 하여 조향각 출력 값의 오류시 조정되어야 할 범위를 명확하게 특정 가능하여 작업 교정 속도를 신속하게 이룰 수 있고, 이와 같은 자기 진단 기능을 통하여 작동 신뢰성을 증진시킬 수도 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 조향각 검출 장치와 그 구동방법 및 조향각 검출방법의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조향각 검출 장치의 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조향각 검출 장치의 센서 유닛의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조향각 검출 장치의 상세 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조향각 검출 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 검출 방법을 구현하는 조향각 검출 장치의 자기 센서 및 마그넷에 대한 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 검출 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 검출 방법의 점검 단계에 대한 세부적인 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 검출 장치의 제어 방법의 점검 단계 중 초기화 모드에 대한 세부적인 흐름도이다.
도 9 내지 12는 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 검출 장치의 물리적 오류시 출력 신호 파형도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 센서 유닛
200 : 증폭 유닛
300 : 제어 유닛

Claims (6)

  1. 제1 회전체 상에 설치된 제1 마그넷과 제2 회전체 상에 설치된 제2 마그넷의 자력 변화를 제1 자기센서 및 제2 자기센서가 각각 감지하여 일정 파형의 신호를 각각 출력하는 감지 출력 단계;
    출력 신호를 제1 증폭기 및 제2 증폭기에서 각각 증폭하여 제어 유닛으로 전송하는 증폭 전송 단계;
    상기 제어 유닛에서 조향 장치의 회전 조향에 대한 제1 절대 조향각 및 제2 절대 조향각을 산출하는 산출 단계;
    상기 제1 절대 조향각을 포함한 제1 데이터로부터 오류를 점검하고, 상기 제2 절대 조향각을 포함한 제2 데이터로부터 오류를 점검하는 점검 단계; 및
    상기 제어 유닛에서 상기 제1 절대 조향각과 상기 제2 절대 조향각을 비교 출력하는 크로스체크 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 검출 장치 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 점검 단계는:
    상기 제1 절대 조향각을 포함한 제1 데이터로부터 상기 제1 마그넷, 상기 제1 자기센서, 상기 제1 증폭기 및 상기 제어 유닛의 A/D 변환기 중 어느 하나의 오류를 점검하는 제 1 점검 단계와,
    상기 제2 절대 조향각을 포함한 데이터로부터 상기 제2 마그넷, 상기 제2 자기센서, 상기 제2 증폭기 및 상기 제어 유닛의 A/D 변환기 중 어느 하나의 오류를 점검하는 제 2 점검 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 검출 장치 제어 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 점검 단계는 각각:
    오류 여부를 판단하기 위한 중앙점 신호를 설정하는 초기화 모드 단계와,
    상기 제1 데이터로부터 상기 제1 자기센서의 출력 신호에 대한 교차점을 산출하는 교차점 산출 단계와,
    상기 교차점을 상기 중앙점 신호와 비교하는 교차점 비교 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 조향각 검출 장치 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 초기화 모드 단계는:
    상기 제1 자기센서의 초기화 여부를 판단하는 센서 초기화 판단 단계와,
    상기 센서 초기화 판단 단계에서 상기 제1 자기센서가 초기화되지 않은 것으로 판단되는 경우, 상기 제1 데이터로부터로부터 상기 제1 자기센서의 출력 신호의 최대값 및 최소값을 검출하는 최대 최소 검출 단계와,
    상기 중앙점 신호를 상기 최대값 및 최소값의 중간값을 기준으로 사전 설정 된 값의 상하위 범위로 설정하는 중앙점 신호 설정 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 조향각 검출 장치 제어 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 점검 단계는 각각:
    오류 여부를 판단하기 위한 중앙점 신호를 설정하는 센서 초기화 모드 단계와,
    상기 제2 데이터로부터 상기 제2 자기센서의 출력 신호에 대한 교차점을 산출하는 교차점 산출 단계와,
    상기 교차점을 상기 중앙점 신호와 비교하는 교차점 비교 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 조향각 검출 장치 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 초기화 모드 단계는:
    상기 제2 자기 센서의 초기화 여부를 판단하는 센서 초기화 판단 단계와,
    상기 센서 초기화 판단 단계에서 상기 제2 자기센서가 초기화되지 않은 것으로 판단되는 경우, 상기 제2 데이터로부터로부터 상기 제2 자기센서의 출력 신호의 최대값 및 최소값을 검출하는 최대 최소 검출 단계와,
    상기 중앙점 신호를 상기 최대값 및 최소값의 중간값을 기준으로 사전 설정된 값의 상하위 범위로 설정하는 중앙점 신호 설정 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 조향각 검출 장치 제어 방법.
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