KR101379007B1 - 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법 - Google Patents

인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법 Download PDF

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Abstract

광각을 구현하는 것이 가능하도록, 기어비를 가지고 맞물려 회전하는 큰 기어 및 작은 기어와, 큰 기어 및 작은 기어에 각각 배치되어 설치되는 큰 커플러 및 작은 커플러와, 큰 커플러에 대응하여 설치되고 큰 커플러의 회전에 따라 인덕턴스값이 변화하며 위상차를 갖는 한쌍의 큰 수신코일과, 작은 커플러에 대응하여 설치되고 작은 커플러의 회전에 따라 인덕턴스값이 변화하며 위상차를 갖는 한쌍의 작은 수신코일을 포함하는 인덕턴스방식 앵글센서에 있어서, 한쌍의 작은 수신코일로부터 입력되는 신호를 이용하여 360도를 검출하도록 신호를 처리하고, 한쌍의 큰 수신코일로부터 입력되는 신호를 이용하여 360도 이상의 광각을 검출하도록 신호를 처리하는 과정을 포함하는 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법을 제공한다.

Description

인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법 {Signal Processing Method for Wide Angle Realization of Inductive Angle Sensor}
본 발명은 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 큰 수신코일과 작은 수신코일의 신호를 사용하여 광각(와이드앵글)의 구현이 가능한 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법에 관한 것이다.
자동차에는 진행방향을 바꾸기 위해 바퀴의 회전축 방향을 바꾸는 장치인 조향장치가 설치되고, 자동차 조향장치의 조향축에는 회전각을 감지하기 위한 앵글센서가 설치된다.
상기 앵글센서는 조향축(핸들)이 회전되는 회전각을 측정하기 위한 기능을 수행한다.
상기 앵글센서는 각각 조향축과 함께 회전하는 부재에 커플러를 설치하고, 인접된 위치에 커플러가 회전하면서 차폐하는 면적에 따라 인던턱스의 변화를 나타내는 수신코일과 여자코일 등으로 구성되는 감지회로 기판을 설치하여 이루어진다.
즉 상기 앵글센서는 상기 수신코일로부터 측정되는 커플러의 차폐면적에 따른 인덕턴스 값의 변화를 이용하여 조향축의 회전각을 측정하도록 이루어진다.
예를 들면, 대한민국 등록특허 제10-0981312호 및 제10-0988573호 등에는 조향축에 사용되는 앵글센서에 대한 기술이 공개되어 있다.
본 발명은 종래 인덕턴스방식 앵글센서로 광각(wide angle)을 구현하기 위한 것으로서, 기어비를 가지고 동작하는 큰 수신코일과 작은 수신코일의 신호를 새로운 방식으로 신호처리하여 조향축에서 필요로 하는 광각(와이드앵글)을 구현하는 것이 가능한 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법은 기어비를 가지고 맞물려 회전하는 큰 기어 및 작은 기어와, 상기 큰 기어 및 작은 기어에 각각 배치되어 설치되는 큰 커플러 및 작은 커플러와, 상기 큰 커플러에 대응하여 설치되고 상기 큰 커플러의 회전에 따라 인덕턴스값이 변화하며 위상차를 갖는 한쌍의 큰 수신코일과, 상기 작은 커플러에 대응하여 설치되고 상기 작은 커플러의 회전에 따라 인덕턴스값이 변화하며 위상차를 갖는 한쌍의 작은 수신코일을 포함하는 인덕턴스방식 앵글센서에 있어서, 상기 한쌍의 작은 수신코일로부터 입력되는 신호를 이용하여 360도를 검출하도록 신호를 처리하고, 상기 한쌍의 큰 수신코일로부터 입력되는 신호를 이용하여 360도 이상의 광각을 검출하도록 신호를 처리하는 과정을 포함하여 이루어진다.
상기에서 큰 수신코일과 작은 수신코일의 신호를 이용하여 서로의 직진성 왜곡을 보정하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법에 의하면, 종래 인덕턴스방식 앵글센서를 이용하여 광각(와이드앵글)을 구현하는 것이 가능하고, 직진성이 우수한 출력을 얻는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법이 적용되는 인덕턴스방식 앵글센서의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법이 적용되는 인덕턴스방식 앵글센서의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법에 있어서, 큰 수신코일로부터 입력되는 신호를 나타내는 사인곡선 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법에 있어서, 작은 수신코일로부터 입력되는 신호를 나타내는 사인곡선 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법에 있어서, 큰 수신코일로부터 입력되는 신호와 작은 수신코일로부터 입력되는 신호를 매칭시킨 사인곡선 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법에 있어서, 큰 수신코일 또는 작은 수신코일로부터 입력되는 신호의 사인곡선을 마름모파형으로 변환한 상태를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법에 있어서, 큰 수신코일과 작은 수신코일의 마름모 파형을 매핑시킨 상태를 나타내는 그래프이다.
다음으로 본 발명의 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명은 여러가지 다양한 형태로 구현하는 것이 가능하며, 이하에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
이하에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명과 밀접한 관계가 없는 부분은 상세한 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 반복적인 설명을 생략한다.
먼저 본 발명의 일실시예에 따른 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법을 적용하기 위한 인덕턴스방식 앵글센서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 큰 기어(10) 및 작은 기어(12)와, 큰 커플러(20) 및 작은 커플러(22)와, 한쌍의 큰 수신코일(30), (31)과, 한쌍의 작은 수신코일(32), (33)과, 큰 여자코일(40) 및 작은 여자코일(42)을 포함하여 이루어진다.
상기 작은 기어(12)는 조향축(도면에 나타내지 않음) 등과 함께 회전하도록 설치하는 것이 가능하다.
상기 큰 기어(10)와 작은 기어(12)는 서로 기어비를 가지고 맞물려 회전하도록 설치한다.
상기에서 큰 기어(10)와 작은 기어(12)의 기어비는 구현하고자 하는 광각의 범위에 대응하여 설정하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 조향축에 설치하는 경우에는 3바퀴 정도에 대응하는 총 2160도의 광각을 검출하여야 하므로, 기어비를 3.619:1로 설정하여 큰 기어(10)와 작은 기어(12)를 설치한다.
상기 큰 기어(10)와 작은 기어(12)에는 각각 큰 커플러(20)와 작은 커플러(22)가 배치되어 설치된다.
상기 큰 커플러(20)와 작은 커플러(22)는 상기 큰 기어(10)와 작은 기어(12)와 함께 회전하도록 설치된다.
상기 한쌍의 큰 수신코일(30), (31)은 상기 큰 커플러(20)에 대응하여 설치된다.
상기 한쌍의 큰 수신코일(30), (31)은 상기 큰 커플러(20)의 회전에 따라 인덕턴스값이 변화하도록 설치된다.
상기 한쌍의 큰 수신코일(30), (31)은 서로 90도의 위상차를 갖도록 설치된다.
상기 한쌍의 작은 수신코일(32), (33)은 상기 작은 커플러(22)에 대응하여 설치된다.
상기 한상의 작은 수신코일(32), (33)은 상기 작은 커플러(22)의 회전에 따라 인덕턴스값이 변화하도록 설치된다.
상기 한쌍의 작은 수신코일(32), (33)은 서로 90도의 위상차를 갖도록 설치된다.
상기 한쌍의 큰 수신코일(30), (31)의 아래에는 큰 여자코일(40)이 설치되고, 상기 한쌍의 작은 수신코일(32), (33)의 아래에는 작은 여자코일(42)이 설치된다.
상기에서 큰 여자코일(40)과 한쌍의 큰 수신코일(30), (31)은 약간의 간격을 두고 하나의 기판(도면에 나타내지 않음)에 적층 설치하는 것이 가능하다.
상기 작은 여자코일(42)과 한쌍의 작은 수신코일(32), (33)도 약간의 간격을 두고 하나의 기판에 적층 설치하는 것이 가능하다.
상기에서 여자코일(40), (42) 및 한쌍의 수신코일(30), (31), (32), (33)의 형상은 도 1의 형상에 한정되지 않으며, 다양한 구성으로 형성하여 적용하는 것이 가능하다.
예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 큰 기어(10)를 내접기어로 구성하고, 작은 기어(12)를 유성기어(11)를 통하여 내접기어인 큰 기어(10)와 맞물리도록 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같이 구성하는 경우에도, 큰 기어(10)와 작은 기어(12)에 각각 큰 커플러(20)와 작은 커플러(22)를 대응 배치한다.
그리고, 상기 한쌍의 큰 수신코일(30), (31)은 상기 큰 커플러(20)에 대응 설치하고, 한쌍의 작은 수신코일(32), (33)은 상기 작은 커플러(22)에 대응 설치한다.
도 2에 있어서, 아래쪽에 배치되는 한쌍의 작은 수신코일(35), (36)과 대응하는 작은 커플러(26)는 토크를 측정하기 위한 것으로서, 본 발명의 구현과 직접적인 관계가 없으므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 구성된 인덕턴스방식 앵글센서에 있어서, 상기 큰 여자코일(40)에 전원이 인가된 상태에서 큰 커플러(20)가 회전하게 되면, 상기 한쌍의 큰 수신코일(30), (31)에는 인덕턴스 전류가 발생하게 되고, 이를 측정하면 도 2에 나타낸 바와 같은 90° 위상차를 갖는 2개의 사인곡선이 얻어진다.
예를 들면, 도 3에 있어서, 하나의 큰 수신코일(30)로부터 얻어지는 사인곡선과 다른 하나의 큰 수신코일(31)로부터 얻어지는 사인곡선은 서로 90° 위상차를 갖는다.
도 3에 있어서, x축에는 큰 커플러(20)의 회전각을 나타내고, y축에는 전압(신호의 크기값)을 나타낸다.
마찬가지로 상기 작은 여자코일(42)에 전원이 인가된 상태에서 작은 커플러(22)가 회전하게 되면, 상기 한쌍의 작은 수신코일(32), (33)에는 인덕턴스 전류가 발생하게 되고, 이를 측정하면 도 4에 나타낸 바와 같은 90° 위상차를 갖는 2개의 사인곡선이 얻어진다.
도 4에 있어서도, 하나의 작은 수신코일(32)로부터 얻어지는 사인곡선과 다른 하나의 작은 수신코일(33)로부터 얻어지는 사인곡선은 서로 90° 위상차를 갖는다.
도 4에 있어서도, x축에는 작은 커플러(22)의 회전각을 나타내고, y축에는 전압(신호의 크기값)을 나타낸다.
도 3 및 도 4를 비교하여 보면, 작은 수신코일(32), (33)로부터 얻어지는 사인곡선은 1사이클을 이루는 각도가 작고, 큰 수신코일(30), (31)로부터 얻어지는 사인곡선은 1사이클을 이루는 각도가 크다.
상기에서 하나의 큰 수신코일(30)로부터 얻어지는 신호와 하나의 작은 수신코일(32)로부터 얻어지는 신호를 하나의 좌표에 매칭시켜 나타내면, 도 5와 같은 그래프가 얻어진다.
도 5로부터 확인되는 바와 같이, 상기 큰 기어(10)와 작은 기어(12)의 기어비를 3.619:1로 한 경우에, 큰 수신코일(30)의 신호 1사이클에 대하여 작은 수신코일(32)의 신호 3.5사이클이 대응됨을 알 수 있다.
예를 들면, 조향축이 회전할 때에 작은 수신코일(32)의 신호는 조향축의 회전수와 동일한 사이클로 얻어지는 반면, 큰 수신코일(30)의 신호는 조향축의 3.5바퀴 회전에 1사이클이 얻어진다.
상기와 같은 원리를 바탕으로 본 발명의 일실시예에 따른 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법은 상기 한쌍의 작은 수신코일(32), (33)로부터 입력되는 신호를 이용하여 360도(조향축 1회전)를 검출하도록 신호를 처리하고, 상기 한쌍의 큰 수신코일(30), (31)로부터 입력되는 신호를 이용하여 360도 이상의 광각(조향축 1회전 이상)을 검출하도록 신호를 처리하는 과정을 포함하여 이루어진다.
상기에서 작은 수신코일(32), (33)의 출력은 조향축의 회전과 맞물려 얻어지고, 360도 이상으로 조향축이 회전하게 되면, 작은 수신코일(32), (33)의 출력은 0~360도의 출력을 계속적으로 반복하여 출력하게 된다. 따라서, 작은 수신코일(32), (33)의 출력만을 가지고는 360도 이상 몇바퀴를 회전하였는지를 검출하는 것이 불가능하다.
상기 큰 수신코일(30), (31)의 출력은 작은 수신코일(32), (33)이 복수회 회전하는 경우에 1회전하므로, 큰 수신코일(30), (31)의 출력을 가지고 작은 수신코일(32), (33)의 출력값이 몇회전한 경우에 나온 값인지 연산하여 광각을 검출하는 것이 가능하다.
일반적으로 사인곡선은 꼭지점 부근에서 직진성이 보장되지 않으므로, 해당 각도에서 신호의 왜곡이 발생하는 경우가 많다.
그런데 상기 큰 수신코일(30), (31)과 작은 수신코일(32), (33)의 신호는 도 5로부터 확인되는 바와 같이, 꼭지점이 동일한 위치에 위치하지 않으므로, 큰 수신코일(30), (31)에서 신호의 왜곡이 발생하는 것은 작은 수신코일(32), (33)의 신호를 이용하여 보정하는 것이 가능하고, 작은 수신코일(32), (33)의 신호의 왜곡이 발생하는 것은 큰 수신코일(30), (31)의 신호를 이용하여 보정하는 것이 가능하므로, 전체적으로 출력값의 직진성을 보장하는 것이 가능하고, 항상 정확한 출력값을 얻는 것이 가능하다.
도 6에는 도 3 및 도 4와 같은 사인곡선으로 얻어지는 90도 위상차를 갖는 한쌍의 큰 수신코일(30), (31)의 신호와 한쌍의 작은 수신코일(32), (33)의 신호를 이용하여 출력 하나를 X축에 다른 출력 하나를 Y축으로 하여 마름모 파형으로 구현한 예를 나타낸다.
도 6의 마름모 파형을 이용하여 각도 정보를 구하는 것이 가능하다.
상기에서 마름모 파형으로 나타내어지는 신호값은 X+Y=C(일정)과 같은 식을 만족한다. 따라서, θs=Xs-Ys와 같이 X-Y 값을 각도 정보로 사용할 수 있게 되며, 큰 수신코일(30), (31)과 작은 수신코일(32), (33)에 의해서 만들어지는 마름모 파형은 도 7에 나타낸 바와 같이 매핑시키는 것이 가능하다.
상기에서 θs는 각도 정보를 가진 코일을 나타낸다.
도 7에 있어서, 작은 톱니파 하나는 작은 수신코일(32), (33)의 360도 출력을 나타내고, 큰 톱니파 하나는 감속되어 얻어진 큰 수신코일(30), (31)의 출력을 나타낸다. 상기에서 작은 수신코일(32), (33)에어 구해진 출력값을 가지고 360도 내에서의 각도를 구하고, 큰 수신코일(30), (31)의 출력값을 가기고 몇번째 톱니파의 출력인지를 구하여 광각을 연산한다.
여기에서 광각의 연산은 θ=θ360+{(톱니의 갯수-1)*360}의 연산식을 이용한다. 상기 연산식에서 θ는 현재의 각도를 나타내고, θ360은 작은 수신코일(32), (33)에 의해 구해지는 0~360도의 각도 정보를 나타내고, (톱니의 갯수-1)는 큰 수신코일(30), (31)의 출력에 의해 구해진 작은 수신코일(32), (33)의 톱니파형의 갯수를 나타낸다. 또한, 상기 연산식에서 (톱니의 갯수-1)에 360을 곱하는 것은 작은 톱니파 하나의 각도 정보가 360도이므로, 작은 수신코일(32), (33)에서 구해진 각도에 회전한 바퀴의 각도 정보를 더하여 현재 회전한 각도를 검출하기 위한 것이다.
그런데, 360도 조향각 센서에서 광각(와이드앵글)을 구현하는 경우에는 동일한 출력레벨을 가지는 각도 포인트를 구하는 것이 문제가 될 수 있다. 이러한 점은 도 7에서 점선으로 나타낸 판별선을 이용하여 정확한 각도 정보를 얻도록 구성하는 것이 가능하다.
상기에서는 본 발명에 따른 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
10 - 큰 기어, 12 - 작은 기어, 20 - 큰 커플러, 22 - 작은 커플러
30,31 - 큰 수신코일, 32,33 - 작은 수신코일, 40 - 큰 여자코일
42 - 작은 여자코일

Claims (2)

  1. 삭제
  2. 기어비를 가지고 맞물려 회전하는 큰 기어 및 작은 기어와, 상기 큰 기어 및 작은 기어에 각각 배치되어 설치되는 큰 커플러 및 작은 커플러와, 상기 큰 커플러에 대응하여 설치되고 상기 큰 커플러의 회전에 따라 인덕턴스값이 변화하며 위상차를 갖는 한쌍의 큰 수신코일과, 상기 작은 커플러에 대응하여 설치되고 상기 작은 커플러의 회전에 따라 인덕턴스값이 변화하며 위상차를 갖는 한쌍의 작은 수신코일을 포함하는 인덕턴스방식 앵글센서에 있어서,
    조향축의 회전과 맞물린 상기 한쌍의 작은 수신코일로부터 360도 이상으로 회전하는 상기 조향축에 따른 입력 신호를 이용하여 0~360도를 검출하도록 신호를 처리하고, 상기 작은 수신코일의 복수회 회전시 1회전 하는 상기 한쌍의 큰 수신코일로부터 입력되는 신호를 상기 작은 수신코일의 출력값이 몇회전한 값인지를 연산하여 360도 이상의 광각을 검출하도록 신호를 처리하는 과정을 포함하고,
    상기 큰 수신코일과 작은 수신코일 간의 신호를 이용하되, 상기 큰 수신코일에서의 꼭지점 신호 왜곡은 꼭지점이 동일한 위치에 위치하지 않는 상기 작은 수신코일의 신호를 이용하여 보정하고, 상기 작은 수신코일의 꼭지점 신호 왜곡은 상기 큰 수신코일의 신호로 보정하여 상호 출력값의 직진성 왜곡을 보정하도록 하는 것을 특징으로 하는 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법.
KR1020120075770A 2011-12-30 2012-07-11 인덕턴스방식 앵글센서의 광각 구현을 위한 신호처리방법 KR101379007B1 (ko)

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