KR102246522B1 - 차량용 센서 유닛 - Google Patents

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지크베르트 슈타인레흐너
얀 쇼잉
크리스토프 슈뢰더
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 회전 속도 검출 장치(20, 22, 24, 26, 28)를 포함하는 차량(1)용 센서 유닛에 관한 것이며, 상기 회전 속도 검출 장치는 연속해서 적어도 하나의 상태 변수를 검출하여 상기 상태 변수를 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10)으로 출력하고, 상기 평가 및 제어 유닛(10)은 적어도 하나의 회전 속도 검출 장치(20, 22, 24, 26, 28)에 의해 출력된 신호들을 수신하여 평가하며, 상기 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10)은 검출된 적어도 하나의 상태 변수로 제 1 평가 과정(12)을 실시하고, 적어도 하나의 차륜(30)의 회전 속도를 결정하며, 상기 차륜(30)의 림은 차륜 고정 수단에 의해 상응하는 차륜 허브에 고정된다. 본 발명에 따라, 상기 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10)은 제 2 평가 과정(14)을 실시하고, 풀린 차륜 고정 수단을 검출하기 위해, 연속해서 검출된 적어도 하나의 상태 변수를 기초로 적어도 하나의 차륜(30) 및 상응하는 차륜 허브 사이의 기계적 유격을 검출하고 모니터링한다.

Description

차량용 센서 유닛{SENSOR UNIT FOR A VEHICLE}
본 발명은 독립 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 차량용 센서 유닛에 관한 것이다.
통상 차륜 나사는 예컨대 공장에서 타이어 교체 시에 조여지고 일정한 주행 구간(전형적으로 80 km가 추천됨) 후에 운전자에 의해 다시 조여져야 한다. 그러나 운전자에 의한 이러한 검사는 종종 생략된다. 주행 중에 차륜 나사가 풀리면, 큰 인명 및 재산 손상을 가진 심각한 사고가 일어날 수 있다. 이하에서, "차륜 나사"라는 표현은 림의 고정 부재로서 사용되므로, 본 발명의 실시예들은 고정 기능이 차륜 볼트와 해당 차륜 너트에 의해 주어지는 경우에도 적용될 수 있다.
선행 기술에는 차륜들의 영역에 차륜 회전 속도를 검출하기 위한 및/또는 타이어 압력을 검출하기 위한 센서들이 공지되어 있다. 차량의 정상 주행 작동 동안 풀린 차륜 나사를 검출하는 시스템들은 공지되어 있지 않다.
JP 2008157663 A에는 전자기 회전 속도 센서를 통해 차륜 회전 속도를 검출하는 장치가 공지되어 있다. 또한, 진동을 검출하기 위한 진동 센서 및 온도를 검출하기 위한 온도 센서가 상응하는 차륜 베어링 내에 사용된다. 추가의 장치를 통해 회전 속도 센서 또는 센서 케이블 또는 차륜 베어링 내의 이상이 검출된다.
본 발명의 과제는 회전 속도 센서의 측정 데이터를 기초로 차량의 정상 주행 작동 동안 차륜 나사의 풀림을 검출할 수 있는 센서 유닛을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 차량용 센서 유닛에 의해 해결된다.
독립 청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 차량용 본 발명에 따른 센서 유닛은, 회전 속도 센서의 측정 데이터를 기초로 차량의 정상 주행 작동 동안 차륜 나사의 풀림이 검출될 수 있다는 장점을 갖는다. 즉, 차륜의 회전 속도를 검출하기 위한 장치가 이미 사용되는 경우, 추가의 센서 없이 작동 중에 연속해서 차륜 상의 차륜 고정 수단의 풀림이 검출될 수 있다. 차량용 본 발명에 따른 센서 유닛의 실시예들은 바람직하게는 차륜 회전 속도의 검출을 위해 그리고 차륜 고정의 모니터링을 위해 사용되므로, 하나의 차륜 또는 다수의 차륜 상의 차륜 고정 수단의 풀림이 바람직하게 검출되고 상응하는 에러 상태가 상응하는 디스플레이 유닛 상에 표시되어 출력될 수 있다. 회전 속도 검출 장치는 예컨대 자기 또는 광학 회전 속도 검출 장치로서 구현될 수 있다.
본 발명의 중요한 장점은 차륜 고정 수단의 모니터링이 추가의 외부 센서 없이 주행 동안 연속해서 가능하다는 것이다. 이미 차량 내에 사용되며 널리 보급되어 있고 회전 속도 검출 장치로서 구현된 ABS-센서들(ABS: 미끄럼방지 장치)이 사용된다. 주어진 측정 결과의 후속 신호 처리 및 평가에 의해, 차륜 나사의 풀림이 조기에 검출될 수 있고 상응하는 경고 메시지가 적시에 출력될 수 있다.
자동차에서 ABS-기능의 사용을 위해 필요하며 통상 각각의 차륜에 장착된 회전 속도 검출 장치는 예컨대 미리 정해진 수의 극 영역을 포함하는 자기 다극판 및 자계 센서에 의해 각각의 차륜의 개별 회전 속도를 측정한다. 자기 다극판은 바람직하게는 차륜 측에서 차륜 베어링 상에 장착되고 차륜에 고정 연결된다. 대안으로서, 톱니 또는 홀 디스크도 장착될 수 있다. 회전 축의 다른 측면 상에서 차량 측에, 예컨대 홀 센서 또는 GMR 센서로 구현될 수 있는 자계 센서가 고정 장착된다. 자계 센서를 통해, 다극판이 미리 정해진 각 위치만큼 더 회전하기 위해 필요한 지속 시간이 측정된다. 다극판의 운동의 측정은 바람직하게는 자계 변동의 측정을 통해 실시된다.
본 발명의 실시예들은 적어도 하나의 회전 속도 검출 장치를 포함하는 차량용 센서 유닛을 제공하며, 상기 회전 속도 검출 장치는 연속해서 적어도 하나의 상태 변수를 검출하여 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛으로 출력하고, 상기 평가 및 제어 유닛은 적어도 하나의 회전 속도 검출 장치에 의해 출력된 신호를 수신하여 평가한다. 상기 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛은 검출된 적어도 하나의 상태 변수로 제 1 평가 과정을 실시하고, 적어도 하나의 차륜의 회전 속도를 결정하며, 상기 차륜의 림은 차륜 고정 수단에 의해 상응하는 차륜 허브에 고정된다. 본 발명에 따라, 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛은 제 2 평가 과정을 실시하고, 풀린 차륜 고정 수단을 검출하기 위해, 연속해서 검출된 적어도 하나의 상태 변수를 기초로 적어도 하나의 차륜과 상응하는 차륜 허브 사이의 기계적 유격을 검출하고 모니터링한다.
이 경우, 각각의 차륜에 대해 평가 및 제어 유닛이 제공될 수 있고, 상기 평가 및 제어 유닛은 상응하는 센서와 함께 하나의 유닛을 형성한다. 대안으로서, 공통의 평가 및 제어 유닛은 각각의 차륜에 대해 상응하는 센서에 의해 검출된 상태 변수를 수신하여 평가할 수 있다. 이는 풀린 차륜 고정 수단의 중앙 평가 및 검출을 가능하게 한다.
종속 청구항들에 제시된 조치들 및 개선들에 의해 독립 청구항 제 1 항에 제시된, 차량용 센서 유닛의 바람직한 개선이 가능하다.
특히 바람직하게는 각각의 회전 속도 검출 장치는 미리 정해진 수의 코드 영역을 가진 코딩 디스크 및 해당 센서를 포함한다. 이 경우, 각각의 코드 영역은 해당 센서에서 미리 정해진 개별 펄스 지속 시간을 가진 검출된 상태 변수의 측정 펄스를 발생시키고, 상기 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛은 제 2 평가 과정에서 각각의 코드 영역에 대한 개별 펄스 지속 시간을 결정한다. 이 경우, 코딩 디스크 또는 센서는 차륜에 연결된다. 바람직하게는 각각 하나의 코딩 디스크가 차륜에 고정 연결되고 상응하는 센서가 차체에 고정되어 배치된다.
본 발명에 따른 센서 유닛의 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛은 제 2 평가 과정에서, 코딩 디스크의 기존 코드 영역들의 검출된 개별 펄스 지속 시간들의 합을 기존 코드 영역의 수로 나눈 값으로서, 차륜 일 회전에 대한 평균 펄스 지속 시간을 계산할 수 있다.
통상 코딩 디스크는 완벽하게 제조될 수 없다. 코드 영역들의 분할 에러와 같은 공차에 의해, 측정된 펄스 지속 시간들은 이상적인, 즉 고정적으로 끼워진, 불균형 없는 차륜에서도 속도에 따른 평균 펄스 지속 시간과 관련해서 동일하지 않지만 각각의 코드 영역에 대해 고정적으로 미리 정해진다. 풀린 차륜 나사에 의해 차륜과 차륜 허브 사이에 유격이 생긴다. 이로부터, 전형적으로 차륜 서스펜션에서 작은 진동이 생기고, 부하 변동 상황에서 차륜과 차륜 허브 사이의 슬립이 생긴다. 2가지 효과가 센서의 측정 데이터에 나타난다.
진동 효과는 개별 펄스 지속 시간의 추가의 주기적 변동을 일으킨다. 상기 변동의 주파수는 전형적으로 차륜 나사의 수와 곱해진 차륜 회전 속도 또는 차륜 주파수의 정수 배에 상응한다. 부하 변동 상황에서, 즉 가속 단계로부터 제동 또는 엔진 제동 단계로 또는 그 역으로 전환 시에, 차륜 나사가 풀린 경우 전형적으로 차륜 또는 림과 차륜 허브 사이의 슬립이 나타난다. 상기 슬립은 차륜 고정 수단과 림 내의 그 통과 개구 사이의 기계적 유격에 의존한다. 주어진 홀 원 반경에서, 이론적으로 가능한 슬립 각(라디안 치수로)은 몫으로서 계산될 수 있다. 슬립 각에 대한 전형적인 값들은 1 내지 1.5 ㎜의 범위 내에 놓인다. 홀 원 반경은 차량에 따라 약 50 ㎜의 값을 갖는다. 따라서, 약 1°크기의 슬립 각이 고려된다.
본 발명에 따른 센서 유닛의 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛은 제 2 평가 과정에서 차륜 회전 속도에 대한 개별 펄스 지속 시간의 주기적 변동을 결정할 수 있다. 바람직하게는 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛은 제 2 평가 과정에서 필터링 및/또는 푸리에 변환에 의해 주기적 변동을 주파수 범위로 변환한다. 주파수 범위로의 전환은 바람직하게는 개별 펄스 지속 시간의, 주파수에 따른 변동의 간단하고 신속한 평가를 가능하게 한다.
본 발명에 따른 센서 유닛의 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛은 주파수 분석 동안 개별 펄스 지속 시간들의 주기적 변동의 주파수 스펙트럼의 스펙트럼 선의 진폭을 결정할 수 있고, 상기 변동의 주파수는 차륜 고정 수단의 수와 곱해진 차륜 회전 속도의 정수 배에 상응한다. 바람직하게는 평가 및 제어 유닛은 스펙트럼 선의 검출된 진폭을 미리 정해진 한계치와 비교하고, 스펙트럼 선의 검출된 진폭이 미리 정해진 한계치에 도달하고 및/또는 한계치를 초과하면, 상응하는 차륜 상의 풀린 차륜 고정 수단을 검출한다.
본 발명에 따른 센서 유닛의 다른 바람직한 실시예에서, 평가 및 제어 유닛은 부하 변동 상황에서 나타나는, 적어도 하나의 차륜과 상응하는 차륜 허브 사이의 슬립의 슬립 각을, 개별 펄스 지속 시간으로부터 계산될 수 있는 순시 차륜 회전 속도와 평균 펄스 지속 시간으로부터 계산될 수 있는 평균 차륜 회전 속도의 차의 단시간 합으로서 및/또는 상기 변동에 대한 단시간 합으로부터 결정하고, 적어도 하나의 차륜과 상응하는 차륜 허브 사이의 기계적 유격을 검출하기 위해 평가한다. 바람직하게는 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛은 계산된 슬립 각의 값이 예컨대 1°의 미리 정해진 한계치에 도달하고 및/또는 상기 한계치 주위의 예컨대 ±0.2°의 미리 정해진 공차 범위 내에 있으면 상응하는 차륜 상의 풀린 차륜 고정 수단을 검출한다.
본 발명에 따른 센서 유닛의 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛은 풀린 차륜 고정 수단을 광학 및/또는 음향 경고 메시지에 의해 표시할 수 있다.
본 발명의 실시예가 도면에 도시되며 하기에 상세히 설명된다. 도면에서는 동일한 또는 유사한 기능을 하는 부품들 또는 부재들은 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 1은 차량용 본 발명에 따른 센서 유닛의 실시예의 개략적인 블록 다이어그램.
도 2는 도 1의 차량용 본 발명에 따른 센서 유닛의 회전 속도 검출 장치의 개략적인 사시도.
도 3은 다극판의 이동과 자계 변동의 측정 간의 관계를 나타낸 개략도.
도 4는 기계적 슬립을 나타내기 위해 림과 차륜 허브 사이의 5개의 나사 결합부를 구비한 연결 영역의 개략적인 평면도.
도 5는 도 8의 연결 영역에 배치된, 림과 차륜 허브 사이의 나사 결합부의 개략적인 단면도.
도 6은 5개의 고정된 차륜 고정 수단을 구비한 차륜에서 도 1의 본 발명에 따른 센서 유닛에 의해 검출된, 제 1 극 영역 스펙트럼의 개략도.
도 7은 5개의 풀린 차륜 고정 수단을 구비한 차륜에서 도 1의 본 발명에 따른 센서 유닛에 의해 검출된, 제 2 극 영역 스펙트럼의 개략도.
도 8은 3개의 고정된 차륜 고정 수단을 구비한 차륜에서 도 1의 본 발명에 따른 센서 유닛에 의해 검출된, 제 3 극 영역 스펙트럼의 개략도.
도 9는 3개의 풀린 차륜 고정 수단을 구비한 차륜에서 도 1의 본 발명에 따른 센서 유닛에 의해 검출된, 제 4 극 영역 스펙트럼의 개략도.
도 10은 차륜에서 도 1의 본 발명에 따른 센서 유닛에 의해 검출된, 순시 차륜 회전 속도와 평균 차륜 회전 속도를 나타내기 위한 개략적인 특성 곡선 다이어그램.
도 1 내지 도 5에 나타나는 바와 같이, 차량(1)용 본 발명에 따른 센서 유닛의 도시된 실시예는 다수의 회전 속도 검출 장치(20, 22, 24, 26, 28)를 포함하고, 상기 회전 속도 검출 장치들은 도시된 실시예에서 자기 회전 속도 검출 장치(20, 22, 24, 26, 28)로서 구현되며 연속해서 자계(M)의 적어도 하나의 상태 변수(S)를 검출하여 차량(1) 내에 중앙에 배치된 평가 및 제어 유닛(10)으로 출력한다. 도 2 및 도 3에 나타나는 바와 같이, 대안으로서 각각의 회전 속도 검출 장치(20)에는 평가 및 제어 유닛(100)이 할당될 수 있다. 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 적어도 하나의 회전 속도 검출 장치(20, 22, 24, 26, 28)의 신호를 받아서 이 신호를 평가한다. 제 1 평가 과정(12)에서 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 적어도 하나의 차륜(30)의 회전 속도(ω)를 결정하고, 상기 차륜(30)의 림(32)은 차륜 고정 수단(34)을 통해 상응하는 차륜 허브(52)에 고정된다. 본 발명에 따라 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 제 2 평가 과정(14)을 실시하고, 풀린 차륜 고정 수단(34)을 검출하기 위해, 연속해서 검출된 적어도 하나의 상태 변수(S)를 기초로 적어도 하나의 차륜(30)과 상응하는 차륜 허브(52) 사이의 기계적 유격을 검출하고 모니터링한다. 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 광학 및/또는 음향 경고 메시지에 의해, 풀린 차륜 고정 수단(34)을 지시하고, 상기 경고 메시지는 예컨대 경고 램프, 라우드 스피커 등과 같은 도시되지 않은 출력 수단을 통해 출력된다.
도 2 및 도 3에 나타나는 바와 같이, 각각의 회전 속도 검출 장치(20, 22, 24, 26, 28)는 바람직하게는 미리 정해진 수(N)의 극 영역(21.1)을 구비한 자기 엔코더 디스크 또는 다극판(21)으로서 구현된 코딩 디스크, 및 자계 센서(23)로서 구현된 해당 센서를 포함한다. 각각의 극 영역(21.1)은 해당 자계 센서(23)에서 미리 정해진 개별 펄스 지속 시간(Δti)을 가진 검출된 상태 변수(S)의 측정 펄스를 발생시킨다. 이 경우, 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 제 2 평가 과정(14)에서 각각의 극 영역(21.1)에 대한 개별적인 펄스 지속 시간(Δti)을 결정한다. 다극판(21) 또는 자계 센서(23)는 회전 가능하게 지지된 차륜(30)에 연결된다. 도시된 실시예에서 각각 하나의 다극판(21)은 차륜(30)에 고정 연결되고, 상응하는 자계 센서(23)는 차체 고정되어 배치된다. 각각의 차륜(30)에 대해 각각 하나의 평가 및 제어 유닛(100)의 사용시, 평가 및 제어 유닛(10)은 각각 상응하는 자계 센서(23)와 함께 바람직하게는 공통 하우징(27) 내에 배치된 센서 유닛(25)을 형성한다.
자동차 내에서 ABS-기능을 이용하기 위해 각각의 차륜(30)에 배치된 회전 속도 검출 장치(20, 22, 24, 26, 28)는 각각의 차륜(30)의 개별 회전 속도를 측정한다. 이를 위해, 차량 측에 장착된 자계 센서(23), 즉 예컨대 홀 센서 또는 GMR- 센서(Giant-Magneto-Resistance)로서 구현된 자계 센서(23)는 차륜 측에 배치된 다극판이 미리 정해진 각 위치만큼 더 회전하기 위해 필요한 지속 시간을 측정한다. 다극판(21)의 이동의 측정은 자계(M)의 변동의 측정에 의해 이루어지며, 상기 자계의 자력선은 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 자계 센서(23)에 대한 다극판(21)의 위치에 따라, 자계(M)의 검출된 상태 변수(S)에 대해 도 3에 도시된 신호 파형이 주어진다. 상태 변수(S)로서 바람직하게는 자계 세기(B)가 측정된다. 미리 정해진 각 위치는 개별 극 영역(21.1)의 치수에 상응하고, 상기 지속 시간은 상기 개별 펄스 지속 시간(Δti)에 상응한다.
통상, 다극판(21)은 완벽하게 제조될 수 없다. 공차에 의해 극 영역 분할 에러가 생기고, 측정된 개별 펄스 지속 시간들(Δti), 톱니 지속 시간들은 이상적인, 즉 고정적으로 끼워진, 불균형 없는 차륜(30)에서도 속도에 따른 평균 펄스 지속 시간(ΔtMittel)과 관련해서 동일하지 않다. 그러나 각각의 극 영역(21.1)에 대한 개별 펄스 지속 시간(Δti)은 고정적으로 미리 정해진다. 풀린 차륜 고정 수단(34)에 의해 림(32) 또는 차륜(30)과 차륜 허브(52) 사이에 기계적 유격이 생긴다. 이로부터 전형적으로 차륜 서스펜션에서 작은 진동이 생기고, 부하 변동 상황에서 림(32) 또는 차륜(30)과 차륜 허브(52) 사이에 슬립(ds)이 생긴다. 2가지 효과는 자계 센서(23)의 측정 데이터에 나타난다.
진동 효과는 개별 펄스 지속 시간(Δti)의 추가의 주기적 변동(εi)을 발생시킨다. 상기 변동(εi)의 주파수는 전형적으로 차륜 고정 수단(34)의 수(N)와 곱해진, 상응하는 차륜(30)의 회전 속도(ω)의 정수 배에 상응한다. 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 예컨대 상태 변수(S)의 제로 통과의 시점에 대한 개별 펄스 지속 시간(Δti)을 결정한다.
도 6 내지 도 9는 상기 변동(εi)의 상이한 주파수 스펙트럼을 도시한다. 차륜의 완전한 일 회전에 대한 상기 변동(εi)의 이산 푸리에 변환 후에 주파수 선들이 도시되어 있다. 이를 위해, 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 제 2 평가 과정(14)에서 각각의 극 영역(21.1)에 대해 개별 주기적 변동(εi)을, 식(1)에 따라 측정된 개별 펄스 지속 시간(Δti)과 평균 펄스 지속 시간(ΔtMittel)의, 차륜 속도와 무관한 비율로부터 값 1의 상수를 뺀 값으로서 형성한다.
Figure 112015124320620-pct00001
(1)
적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 제 2 평가 과정(14)에서, 식(2)에 따라 다극판(21)의 극 영역(21.1)의 검출된 개별 펄스 지속 시간들(Δti)의 합을 극 영역(21.1)의 수(N)로 나눈 값으로서, 차륜 일 회전에 대한 평균 펄스 지속 시간(ΔtMittel)을 계산한다.
Figure 112015124320620-pct00002
(2)
푸리에 변환에 대한 대안으로서, 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 주기적 변동(εi)을 제 2 평가 과정(14)에서 필터링에 의해 주파수 범위로 변환한다.
도 6은 5개의 고정된 차륜 고정 수단(34)을 구비한 차륜(30)에서 본 발명에 따른 센서 유닛에 의해 검출된 제 1 극 영역 스펙트럼을 예시적으로 도시한다. 도 7은 차륜 고정 수단(34)이 풀릴 때 동일한 차륜(30)에서 측정된 제 2 극 영역 스펙트럼을 도시한다. 도 6과 도 7의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 차륜 고정수단(34)의 수(N)와 곱해진 차륜 주파수(fRad)의 정수 배에 상응하는 주파수에서 도 7에 따른 제 2 극 영역 스펙트럼의 스펙트럼 선은 도 6에 따른 제 1 극 영역 스펙트럼의 상응하는 스펙트럼 선보다 훨씬 더 높은 진폭을 갖는다. 이는 특히 5 배의 차륜 주파수 또는 10 배의 차륜 주파수 등에 적용된다.
도 8은 3개의 고정된 차륜 고정 수단(34)을 구비한 차륜(30)에서 본 발명에 따른 센서 유닛에 의해 검출된 제 3 극 영역 스펙트럼을 예시적으로 도시한다. 도 9는 차륜 고정 수단(34)이 풀릴 때 동일한 차륜(30)에서 측정된 제 4 극 영역 스펙트럼을 도시한다. 도 8과 도 9의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 차륜 고정수단(34)의 수(N)와 곱해진 차륜 주파수(fRad)의 정수 배에 상응하는 주파수에서 도 9에 따른 제 4 극 영역 스펙트럼의 스펙트럼 선은 도 8에 따른 제 3 극 영역 스펙트럼의 상응하는 스펙트럼 선보다 훨씬 더 높은 진폭을 갖는다. 이는 특히 3 배의 차륜 주파수 또는 6 배의 차륜 주파수 또는 9 배의 차륜 주파수 등에 적용된다.
적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 차륜 고정 수단(34)의 수(N)와 곱해진 차륜 회전 속도(ω) 또는 차륜 주파수(fRad)의 정수 배에 상응하는 주파수를 갖는 개별 펄스 지속 시간(Δti)의 주기적 변동(εi)의 주파수 스펙트럼의 스펙트럼 선의 진폭을 결정한다. 주파수 분석 동안 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 스펙트럼 선의 결정된 진폭을 미리 정해진 한계치와 비교하고, 스펙트럼 선의 결정된 진폭이 미리 정해진 한계치에 도달하고 및/또는 한계치를 초과하면 상응하는 차륜(30)에서 풀린 차륜 고정 수단(34)을 검출한다. 대안으로서, 극 영역 분할의 증가된 변동(εi)만이 검출될 수 있다.
추가로 또는 대안으로서, 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 슬립 효과를 이용하고, 풀린 차륜 고정 수단(34)의 검출을 위해 차륜 회전 속도 신호들로부터 결정된 슬립을 평가한다.
도 4 및 도 5에 나타나는 바와 같이, 부하 변동 상황에서, 즉 가속 단계로부터 제동 또는 엔진 제동 단계로 또는 그 역으로 전환 시에, 차륜 고정 수단(34)이 풀린 경우 전형적으로 림(32)과 차륜 허브(52) 사이에 슬립이 나타난다. 상기 슬립은 상응하는 차륜 고정 수단(34)과 림(32) 내의 그 통과 개구 사이의 기계적 유격(ds)에 의존한다. 주어진 홀 원 반경(rLK)에서 이론적으로 가능한 슬립 각(φS ; 라디안 치수)은 식(3)에 따라 몫으로서 계산될 수 있다.
Figure 112015124320620-pct00003
(3)
도 4에 나타나는 바와 같이, 차륜 나사들(34)은 홀 측에서 맞물린다. 부하 변동 시에, 다른 파선으로 도시된 홀 측으로의 전환이 이루어진다. 기계적 유격(dS)에 대한 전형적인 값들은 1 내지 1.5 ㎜의 범위 내에 놓인다. 홀 원 반경(rLK)은 차량에 의존하고, 약 50 ㎜이다. 따라서, 약 1°크기의 슬립 각(φS)이 고려된다.
도 10에 나타나는 바와 같이, 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)이 식(4)에 따라 개별 펄스 지속 시간(Δti)으로부터 계산된 순시 차륜 회전 속도(ωi)와, 평균 펄스 지속 시간(ΔtMittel)으로부터 계산된 평균 차륜 회전 속도(ωMitel)의 차의 단시간 적분(φS_Mess)을 계산하는 방식으로, 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 도시된 실시예에서 측정된 차륜 회전 속도 신호(ω)로부터 슬립 각(φS)을 결정한다.
Figure 112015124320620-pct00004
(4)
이는 식(5)에 따른 단시간 합(φS_Mess)에 대략 상응한다.
Figure 112015124320620-pct00005
(5)
또는 변환 후에 식(6)에 따른 변동(εi)에 대한 가중된 단시간 합(φS_Mess,i)에 상응한다.
Figure 112015124320620-pct00006
(6)
계산된 슬립 각(φS)은 부호를 갖고, 상기 부호는 순시 차륜 회전 속도(ωi)가 평균 차륜 회전 속도(ωMitel)보다 낮은지 또는 높은지의 여부를 지시한다. 이 경우, 가속 단계로부터 제동 단계로의 전환시 더 낮은 순시 차륜 회전 속도(ωi)가 기대되고, 반대의 부하 변동시 더 높은 순시 차륜 회전 속도(ωi)가 기대된다.
슬립 효과를 검출하기 위해 바람직하게는 연속해서 식(6)에 지시된 가중된 단시간 합(φS_Mess,i)이 변동(εi)에 대해, 예컨대 5개의 인접한 극 영역들(21.1)에 대해 형성된다. 이는 예컨대 길이 5를 가진 FIR-필터(FIR: Finite Impulse Response)로서 실시될 수 있고, 이 경우 모든 필터 계수는 값 1을 갖는다. 5의 합계 길이는 에지 변동이 전형적으로 다극판(21)의 5개의 극 영역들(21.1) 또는 차륜 일 회전의 약 1/10에 상응하는 범위 내에서 끝난다는 기대로부터 나타난다. 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 부하 변동 상황에서 적어도 하나의 차륜(30) 또는 림(32) 및 상응하는 차륜 허브(52) 사이의 기계적 유격(dS)을 검출하기 위해, 발생한 슬립의 계산된 슬립 각(φS)을 평가한다. 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)은, 계산된 슬립 각(φS)의 값이 미리 정해진 한계치에 도달하고 및/또는 상기 한계치 주위의 미리 정해진 공차 범위 내에 있으면, 상응하는 차륜(30)에서 풀린 차륜 고정 수단(34)을 검출한다. 부하 변동 상황 동안 이론적 값(φS)과의 작은 편차를 갖는 측정된 슬립 각(φS_Mess,i)이 여러 번 나타나면, 풀린 차륜 고정 수단(34)이 검출될 수 있다.
차량(1)용 본 발명에 따른 센서 유닛의 실시예들은 바람직하게는 하드웨어 측 추가 비용 없이 각각의 차량의 ESP 또는 ABS 제어 장치 내에 실시될 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 따른 센서 유닛의 실시예들은 모니터링될 차륜 상의 차륜 회전 속도 센서를 포함하는 예컨대 승용차, 화물 자동차, 오토바이와 같은 모든 차량에 사용될 수 있다.
본 발명은 실시예에서 코딩 디스크로서 다극판 및 자계의 적어도 하나의 상태 변수를 검출하기 위한 자계 센서를 포함하는 자기 회전 속도 검출 장치에 의해 설명되었다. 물론, 다른 물리적 변수들, 예컨대 광학 변수들을 회전 속도 검출을 위해 평가하는 회전 속도 검출 장치를 포함하는 본 발명의 실시예들도 사용될 수 있다.
10, 100 평가 및 제어 유닛
12 제 1 평가 과정
14 제 2 평가 과정
20, 22, 24, 26, 28 회전 속도 검출 장치
23 센서
30 차륜
32 림
34 차륜 고정 수단
52 차륜 허브

Claims (11)

  1. 적어도 하나의 회전 속도 검출 장치(20, 22, 24, 26, 28)에 의해 출력되는 신호들을 수신 및 평가하는 평가 및 제어 유닛(10, 100)으로서,
    상기 회전 속도 검출 장치(20, 22, 24, 26, 28)는 연속해서 적어도 하나의 상태 변수(S)를 검출하여 적어도 하나의 평가 및 제어 유닛(10, 100)으로 출력하는 차량용 센서 유닛의 부분이며,
    상기 회전 속도 검출 장치(20, 22, 24, 26, 28)는 미리 정해진 수(N)의 코드 영역들(21.1)을 구비한 코딩 디스크(21) 및 해당 센서(23)를 포함하고, 각각의 코드 영역(21.1)은 상기 해당 센서(23) 내에 개별 펄스 지속 시간(Δti)을 가진 검출된 상태 변수(S)의 측정 펄스를 발생시키고,
    상기 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 검출된 적어도 하나의 상태 변수(S)로 제 1 평가 과정(12)을 실시하고, 적어도 하나의 차륜(30)의 차륜 회전 속도(ω)를 결정하며, 상기 차륜(30)의 림은 차륜 고정 수단(34)에 의해 상응하는 차륜 허브(52)에 고정되고,
    상기 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 제 2 평가 과정(14)을 실시하고, 연속해서 검출된 적어도 하나의 상태 변수(S)를 기초로 적어도 하나의 차륜(30)과 상응하는 차륜 허브(52) 사이의 기계적 유격을 검출 및 모니터링하여, 풀린 차륜 고정 수단(34)을 검출하도록 하며,
    상기 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 상기 제 2 평가 과정(14)에서 각각의 코드 영역(21.1)에 대한 상기 개별 펄스 지속 시간(Δti)을 결정하는 것을 특징으로 하는 평가 및 제어 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 상기 제 2 평가 과정(14)에서 상기 코딩 디스크(21)의 코드 영역(21.1)의 검출된 개별 펄스 지속 시간들(Δti)의 합을 상기 코드 영역(21.1)의 수(N)로 나눈 값으로서, 차륜 일 회전에 대한 평균 펄스 지속 시간(ΔtMittel)을 계산하는 것을 특징으로 하는 평가 및 제어 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 상기 제 2 평가 과정(14)에서 상기 차륜 회전 속도(ω)에 대한 상기 개별 펄스 지속 시간들(Δti)의 주기적 변동(εi)을 결정하는 것을 특징으로 하는 평가 및 제어 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 상기 제 2 평가 과정(14)에서 필터링에 의해, 또는 푸리에 변환에 의해, 또는 필터링 및 푸리에 변환 둘 모두에 의해, 상기 주기적 변동(εi)을 주파수 범위로 변환하는 것을 특징으로 하는 평가 및 제어 유닛.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 상기 개별 펄스 지속 시간(Δti)의 주기적 변동(εi)의 주파수 스펙트럼의 스펙트럼 선의 진폭을 결정하고, 상기 스펙트럼 선의 주파수는 상기 차륜 고정 수단(34)의 수와 곱해진 차륜 회전 속도(ω)의 정수 배에 상응하는 것을 특징으로 하는 평가 및 제어 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 주파수 분석 동안 결정된 진폭을 미리 정해진 한계치와 비교하고, 결정된 진폭이 상기 미리 정해진 한계치에 도달하거나 또는 상기 한계치를 초과하면 풀린 차륜 고정 수단(34)을 검출하는 것을 특징으로 하는 평가 및 제어 유닛.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 부하 변동 상황에서 나타나는, 상기 적어도 하나의 차륜(30)과 상응하는 차륜 허브(52) 사이의 슬립(dS)의 슬립 각(φS)을, 상기 개별 펄스 지속 시간(Δti)으로부터 계산되는 순시 차륜 회전 속도(ωi)와 평균 펄스 지속 시간(ΔtMittel)으로부터 계산되는 평균 차륜 회전 속도(ωMittel)의 차의 단시간 합으로서 또는 상기 변동(εi)에 대한 단시간 합으로부터 결정하고, 상기 적어도 하나의 차륜(30)과 상응하는 차륜 허브(52) 사이의 기계적 유격을 검출하기 위해 상기 슬립 각을 평가하는 것을 특징으로 하는 평가 및 제어 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 계산된 슬립 각(φS)의 값이 미리 정해진 한계치에 도달하고 또는 상기 한계치 주위의 미리 정해진 공차 범위 내에 놓이면 상응하는 차륜(30) 상의 풀린 차륜 고정 수단(34)을 검출하는 것을 특징으로 하는 평가 및 제어 유닛.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 속도 검출 장치(20, 22, 24, 26, 28)는 자기 또는 광학 회전 속도 검출 장치로서 구현되는 것을 특징으로 하는 평가 및 제어 유닛.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 광학 경고 메시지, 또는 음향 경고 메시지, 또는 광학 경고 메시지 및 음향 경고 메시지 둘 모두에 의해 풀린 차륜 고정 수단(34)을 표시하는 것을 특징으로 하는 평가 및 제어 유닛.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 평가 및 제어 유닛(10, 100)은 광학 경고 메시지, 또는 음향 경고 메시지, 또는 광학 경고 메시지 및 음향 경고 메시지 둘 모두에 의해 풀린 차륜 고정 수단(34)을 표시하는 것을 특징으로 하는 평가 및 제어 유닛.
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