KR102378620B1 - 온도에 따른 영향을 제거한 자동차용 동력전달장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치 - Google Patents

온도에 따른 영향을 제거한 자동차용 동력전달장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도영향을 제거한 자동차용 동력전달장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 온도영향을 제거한 자동차용 동력전달장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치는, 감지코일이 포함된 공진회로를 이용하여, 상기 검출대상물체와 상기 감지코일의 간격 변화에 대응하여 변화되는 상기 공진회로에서의 공진주파수 변화와 상기 공진회로의 출력전압의 변화를 이용하여, 상기 검출대상물체의 움직임 간격을 측정하며, 별도로 다이오드 전압을 검출하는 다이오드 전압 검출부를 구비하여 공진회로의 출력값에 포함된 다이오드 전압을 제거함에 의해 온도변화의 영향을 받지 않도록 구성된다.

Description

온도에 따른 영향을 제거한 자동차용 동력전달장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치{Movement detecting apparatus of automobile power transfer unit for removing temoerature effects}
본 발명은 액추에이터에 의해 제어되는 자동차용 동력 전달장치의 동작 상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 차량 동력 전달 장치 내 액추에이터 작동에 따라 움직이는 검출대상물체와 감지코일 사이의 간격 변화에 대응하는 감지코일의 인덕턴스 변화를, 공진회로의 동조특성을 이용하여 측정하여 동력전달 장치의 동작 상태를 확인하며, 온도에 따른 영향이 제거된 움직임 간격 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 액추에이터는 내부작동자를 움직이게 하는 구동원에 의해서 일정 위치로 이동하고 구동원이 없어지게 되면 원래의 위치로 돌아가는 작동원리를 가지고 있다,
또한, 이러한 액추에이터의 구동원은 솔레노이드 코일의 전자기력일 수 있고, 모터 코일의 전자기력일 수 있으며, 유압에 의한 압력일 수 있음으로 내부 작동자를 움직이게 할 수 있는 구동원이라면 그 어느 것에 한정되지 않는다.
예를 들면 솔레노이드 액추에이터의 경우, 솔레노이드 코일에 전류가 인가되면 전자력이 발생하여 작동철심을 이동시켜 상대물(클러치 등)에 작동력을 가하게 되고, 솔레노이드 전원이 꺼지면 작동철심이 원위치 하는 동작원리를 가지고 있다.
자동차용 동력 전달 장치 제어용 액추에이터(예를 들면, 솔레노이드 엑추에이터 등)는 자동차 동력의 단속을 위한 액추에이터로 주로 사용되며, 적용 예로 자동차용 차동장치 잠금장치(EDL), 전기드라이브 단속장치(EDD) 등에 사용된다.
이러한 액추에이터에 의하여 제어되는 자동차용 동력 전달 장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 맞물림 구조가 포함된 구동축(40)과, 이 구동축에 맞물려 동력을 전달하는 이동 가능한 추진축(50)과, 상기 추진축과 연결되어 함께 움직이는 금속재질의 검출대상물체(20)와, 추진축에 작동력을 전달하는 내부작동자(10)와, 액추에이터 구동원(30)을 포함하는 자동차용 동력 전달 장치 제어용 액추에이터(60)를 구비하는 구성을 가진다.
이러한 일반적인 자동차용 동력 전달 장치의 실제 작동여부를 알 수 있는 수단으로는 스프링 탄성을 이용한 기계식 스위치가 사용될 수 있으나 기계식 스위치의 경우 스위치를 작동시키기 위한 추가 동력이 필요하게 되어 액추에이터 작동력의 손실을 가져오고 잦은 작동으로 인하여 스위치 접점부의 마멸이 발생하거나 내부 부품의 파손 또는 고착 등으로 문제가 발생할 경우 이를 시스템적으로 확인할 방법이 없다.
또 다른 수단으로는 자석을 이용한 홀센서를 이용할 수 있으나, 자석성분이 동력 전달 장치 내 철분(Iron particle)을 흡착시켜 장치의 오작동을 일으킬 수 있다. 또한 홀센서는 솔레노이드 또는 모터코일의 전자기장의 영향을 받기 때문에 이를 회피하기 위한 별도의 공간 확보 및 검출대상물체와의 간극 유지를 위한 상당히 높은 수준의 가공 및 조립공차가 요구되어 장치의 크기가 불필요하게 커지거나 높은 비용이 들게 되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0203888호(1999.03.25.)
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있도록 자동차용 동력 전달 장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 액추에이터의 작동 시 내부작동자와 함께 움직이는 검출대상물체의 움직임 간격을 측정함으로써 자동차용 동력 전달 장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 온도에 따른 영향을 최소화하거나 온도에 따른 영향이 제거된 자동차용 동력 전달 장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치를 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른, 맞물림 구조가 포함된 구동축과 이 구동축에 맞물려 동력을 전달하는 이동 가능한 추진축과 상기 추진축과 연결되어 함께 움직이는 금속재질의 검출대상물체및 상기 추진축에 작동력을 전달하는 내부작동자와 액추에이터 구동원을 포함하는 자동차용 동력전달 장치 제어용 액추에이터를 구비하는 자동차용 동력 전달 장치에서, 상기 검출대상물체의 동작시 자동차용 동력 전달 장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치는, 특정주파수의 구형파를 발생시키는 구형파 발생기와; 상기 구형파 발생기에서 발생된 구형파를 정현파로 바꾸거나 상기 구형파의 기준주파수 성분을 제외한 잡음성분을 제거하기 위한 저역통과필터와; 상기 저역통과필터를 통과한 신호를 증폭하고, 감지코일이 포함된 공진회로를 포함하여 구성되어, 상기 검출대상물체와 상기 감지코일의 간격 변화에 대응하여 변화되는 상기 공진회로의 출력전압을 포함하는 출력신호를 제공하는 동조증폭기와; 상기 동조증폭기의 출력신호에서 바이어스전압을 제거하여 교류성분의 신호만을 출력하는 직류복원기(dc restorer)와; 상기 직류복원기의 출력신호에서 최고 전압값을 검출하기 위한 최고값검출부와; 상기 최고값 검출부에서 출력되는 최고 전압값에 포함된 제1다이오드 전압값을 제거하기 위해 상기 직류복원기와 상기 최고값 검출부에서 사용된 다이오드 개수만큼의 제2다이오드 전압값을 검출하기 위한 다이오드 전압검출부와; 상기 최고값 검출부의 최고 전압값과 상기 다이오드 전압검출부의 제2다이오드 전압값을 디지털신호로 변환하여 출력하는 AD컨버터와; 디지털 변환된 상기 제2다이오드 전압값을 이용하여 디지털 변환된 상기 최고 전압값에 포함된 제1다이오드 전압값을 제거하여 온도 변화에 따른 다이오드 전압의 영향을 제거하고, 상기 제1다이오드 전압값이 제거된 상기 최고 전압값을 미리 저장된 비교데이터와 비교함에 의해 상기 검출대상물체의 움직임 간격 값을 출력하는 제어부를 구비한다.
상기 직류복원기는 서로 직렬연결된 커패시터와 다이오드로 구성되고 상기 제2다이오드 전압값을 출력으로 하는 클램핑회로로 구성될 수 있다.
상기 다이오드 전압 검출부는 전원전압(VCC)과 접지사이에 순차적으로 직렬연결된 저항과 적어도 하나의 다이오드를 이용하여 구성되며, 상기 제2다이오드 전압값을 출력값으로 하는 회로로 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 AD컨버터를 통해 디지털 변환된 상기 최고 전압값에서 상기 제2다이오드 전압값을 더하여 온도 변화에 따른 다이오드 전압의 영향을 제거할 수 있다.
상기 공진회로에 특정 주파수를 가지는 입력신호원이 입력될 때, 상기 감지코일과 상기 검출대상물체가 가장 가까이 있을 때를 기준으로 상기 감지코일과 상기 검출대상물체사이의 간격이 멀어질수록 상기 동조증폭기의 출력전압이 감소하는 원리를 이용하거나, 상기 감지코일과 상기 검출대상물체가 가장 멀리 있을 때를 기준으로 상기 감지코일과 상기 검출대상물체의 간격이 가까워질수록 상기 동조증폭기의 출력전압이 감소하는 원리를 이용하여 상기 검출대상물체의 움직임 간격을 측정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 자동차용 동력 전달 장치의 추진축과 연결되어 함께 움직이는 금속재질의 검출대상물체의 움직임을, 감지코일과 검출대상물체 사이의 간격 변화에 대응하는 감지코일(L1)의 인덕턴스 변화를 이용하여 측정함에 따라, 검출대상물체의 동작에 의해 자동차용 동력전달 장치의 제어되는 동작상태를 알 수 있는 장점이 있다. 또한 온도변화에 영향을 받지 않는 움직임 간격 측정장치의 구현이 가능하게 된다.
도 1은 일반적인 자동차용 동력 전달 장치의 개략 구조도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치가 구비된 자동차용 동력 전달 장치의 개략 구조도이고,
도 3은 도 2의 움직임 간격 측정장치의 원리를 설명하기 위한 회로도이고,
도 4 및 도 5는 도 2의 움직임 간격 측정장치의 원리를 설명하기 위한 그래프들이고,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 움직임 간격 측정장치의 구체 블록도이고,
도 7은 도 6의 움직임 간격 측정장치의 구현예인 회로도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 도 2의 움직임 간격 확인하는 측정장치의 구체 블록도이고,
도 9는 도 8의 움직임 간격을 확인하는 측정장치의 구현예인 회로도를 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑추에이터에 의해 제어되는 자동차용 동력전달장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치의 개략 구조도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터(60)의 제어에 의한 자동차용 동력 전달 장치(1)의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치(100)는 상기 액추에이터(60)에 구비된다. 상기 자동차용 동력 전달 장치(1)는, 맞물림 구조가 포함된 구동축(40)과 이 구동축에 맞물려 동력을 전달하는 이동 가능한 추진축(50)과 이 추진축과 함께 움직이는 금속재질의 검출대상물체(20) 및 상기 추진축에 작동력을 전달하는 내부작동자(10)와 액추에이터 구동원(30)을 포함하는 자동차용 동력 전달 장치 제어용 액추에이터(60)를 구비하는 구성을 가진다. 상기 검출대상물체(20)는 알루미늄, 스틸, 스테인레스스틸 등 다양한 금속재질로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 동력 전달 장치의 작동상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치(100)는 감지코일이 포함된 공진회로를 이용하여, 상기 검출대상물체(20)와 상기 감지코일의 간격 변화에 따른 상기 공진회로에서의 공진주파수 변화와 상기 공진회로의 출력전압의 변화를 이용하여 상기 검출대상물체(20)의 움직임 간격(T)을 측정하게 된다. 즉 자동차용 동력 전달 장치용 액추에이터의 작동 시 내부작동자(10)에 연결된 검출대상물체(20)의 움직임에 따른 검출대상물체(20)와 감지코일과의 간격을 측정함으로써 EDL 또는 EDD 등의 전체 시스템의 작동상태를 감지하게 되는 것이다.
이에 따라 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 동력 전달 장치의 작동상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치(100)는 공진회로를 구성하는 감지코일이 검출대상물체(20)의 움직임에 의해 영향을 받을 정도의 위치에 구비되어, 자동차용 동력 전달 장치용 액추에이터와 인접 배치되어야 할 것이다.
도 3 내지 도 5를 이용하여 검출대상물체 움직임 간격 측정의 원리를 간단히 설명하면, 다음과 같다. 도 3은 상기 움직임 간격 측정장치(100)의 측정원리를 설명하기 위한 공진회로이고, 도 4 및 도 5는 상기 움직임 간격 측정장치(100)의 축정원리를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 공진회로는 입력신호원(
Figure 112020091617493-pat00001
)이 구비되고, 저항(R), 감지코일(L) 및 커패시터(C)가 병렬로 연결된 구조를 가진다.
입력신호원(
Figure 112020091617493-pat00002
)의 입력신호의 주파수(fo)가 공진주파수(fr)과 일치할 때에 최대전압이 상기 공진회로 양단에 나타난다. 여기서 공진주파수(fr)와 Q(Quality Factor)는 다음과 같이 나타난다.
Figure 112020091617493-pat00003
도 4는 도 3의 공진회로에서 감지코일(L)과 상기 검출대상물체(20)가 가장 가까이 있을 때를 기준으로 공진특성의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 도 3과 같은 공진특성을 가지는 공진회로에서 입력신호원(
Figure 112020091617493-pat00004
)의 주파수를 "fo=fa"가 되도록 인가하면 공진특성 그래프가 가장 오른쪽의 그래프(A)와 같이 나타나고, 공진회로의 출력전압의 크기는 "Va"가 된다. 이 상태에서 감지코일(L)과 검출대상물체(20) 사이의 간격이 늘어나면 상기 감지코일(L)의 인덕턴스가 증가하여 공진특성은 중간의 공진회로 특성그래프(B)로 변화하게 되고 이때 공진회로의 전압 크기는 "Vb"가 된다.
상기 감지코일(L)과 검출대상물체(20) 사이의 간격이 더 늘어나면 상기 감지코일(L)의 인덕턴스가 더 증가하여 공진특성은 왼쪽의 공진회로 특성그래프(C)와 같이 변화하게 되고 이때 공진회로의 출력전압 크기는 "Vc"가 된다. 즉 감지코일(L)과 검출대상물체(20)의 간격이 멀어질수록 공진회로의 공진주파수는 감소하고 공진회로의 출력전압이 감소한다. 이러한 원리를 이용하여 감지코일(L)과 검출대상물체(20) 간의 간격을 측정할 수 있다.
도 5는 도 3의 공진회로에서 감지코일(L)과 검출대상물체(20)가 가장 멀리 있을 때를 기준으로 공진특성의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 도 3과 같은 공진특성을 가지는 공진회로에서 입력신호원(
Figure 112020091617493-pat00005
)의 주파수 fo=fa가 되도록 인가하면 공진특성 그래프가 가장 왼쪽의 그래프(D)와 같이 나타나고, 공진회로의 전압의 크기는 "Va"가 된다. 감지코일(L)과 검출대상물체(20) 사이의 간격이 줄어들면 감지코일(L)의 인덕턴스가 감소하여 공진특성은 중간의 공진회로 특성그래프(E)로 변화하게 되고 이때 공진회로의 출력전압은 "Vb"가 된다. 이후 감지코일(L)과 검출대상물체(20) 사이의 간격이 더 줄어들면 감지코일(L)의 인덕턴스가 더 감소하여 공진특성은 오른쪽의 공진회로 특성그래프(F)와 같이 변화하게 되고 이때 공진회로의 출력전압은 "Vc"가 된다.
즉 감지코일(L)과 검출대상물체(20)의 간격이 가까워질수록 공진회로의 주파수는 증가하고 공진회로의 출력전압이 감소한다. 이를 이용하여 감지코일(L)과 검출대상물체(20) 간의 간격을 측정할 수 있다.
이에 따라, 도 4와 같이, 감지코일(L)과 검출대상물체(20)가 가장 가까운 간격을 기준으로 하는 경우에는 공진회로의 특성그래프의 왼쪽 특성을 이용하고, 감지코일(L)과 검출대상물체가 가장 먼 간격을 기준으로 하는 경우에는 공진회로의 특성그래프의 오른쪽 특성을 이용하여 감지코일(L)과 검출대상물체(20)의 간격을 측정할 수 있다.
위의 회로는 동조증폭기를 이용하여 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 도 2의 움직임 간격 확인하는 측정장치의 구체 블록도이고, 도 7은 도 6의 움직임 간격을 확인하는 측정장치(100)의 구현예인 회로도를 나타낸 것이다. 도 7에 도시된 구현예는 하나의 예시일 뿐 다른 회로로 구현가능 함은 당연하다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 움직임 간격을 확인하는 측정장치(100)는 구형파 발생기(110), 저역통과필터(120), 동조증폭기(130), 검출부(140), AD컨버터(150) 및 제어부(160)를 구비한다. 이외에 온도보정을 위한 온도센싱부(170)를 더 구비할 수 있고, 상기 검출부(140)와 상기 온도센싱부(170)에서 제공되는 신호선택을 위한 스위칭부(180)를 더 구비할 수 있다. 도 7에서는 제어부(160)를 구성하는 마이크로 컨트롤러(μC)가 스위칭부(180), AD컨버터(150), 구형파 발생기(110) 및 메모리(EEPROM)(162) 등의 기능을 내장하는 것으로 구현되어 있다.
상기 구형파 발생기(110)는 특정주파수의 구형파를 발생시키기 위한 것으로, 상기 제어부(160)를 구성하는 마이크로 컨트롤러(μC)에 내장된 타이머를 이용하거나, 통상의 기술자에게 잘 알려진 구형파 발생기를 이용하여 구현가능하다.
상기 저역통과필터(120)는 상기 구형파 발생기(110)에서 발생된 구형파를 정현파로 바꾸거나 상기 구형파의 기준주파수 성분을 제외한 잡음성분(예를 들면, 2차 이상의 하모닉스 성분 등)을 제거하기 위한 것이다. 상기 저역통과 필터(120)는 도 7에 도시된 바와 같이, 저항(R6,R8)과 커패시터(C5)를 이용하여 통상의 기술자에게 잘 알려진 저역통과필터로 구현가능하다. 도 7의 저역통과필터(120)에서 두개의 저항(R6,R8)은 상기 구형파 발생기(110)에서 출력되는 구형파의 크기를 조정하고, 커패시터(C5)와 함께 저역통과여파기를 구성하게 되며, 이때 저역통과필터의 차단주파수 "
Figure 112020091617493-pat00006
"로 주어진다.
상기 동조증폭기(130)는 상기 저역통과필터(120)를 통과한 신호를 증폭하고, 감지코일(L1)이 포함된 공진회로(132)를 포함하여 구성되어, 상기 검출대상물체(20)와 상기 감지코일(L1)의 간격 변화에 대응하여 변화되는 공진주파수 및 변화하는 공진회로(132)의 출력전압을 포함하는 출력신호를 제공하게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 동조증폭기(130)는 두 개의 트랜지스터(Q1A, Q2A)와 그의 주변회로로 구성된다. 상기 공진회로(132)는 저항(R3), 커패시터(C1) 및 감지코일(L1)의 병렬구조로 도 3과 같은 공진회로 또는 이의 응용회로로 구현가능하고, 도 7에 도시된 바와 같은 회로구조의 공진회로 이외에 다양한 공진회로로 구현가능하다. 인덕터(L1)는 감지코일을 나타내고 커패시터(C2)는 공진주파수를 결정한다. 저항(R3)은 코일의 내부저항과 함께 공진회로의 선택도 Q를 결정한다. 트랜지스터(Q1A)는 증폭기능을 수행하고, 트랜지스터(Q1B)는 트랜지스터(Q1A)의 증폭기가 검출부(140)의 회로의 영향을 받지 않게 하기 위하여 완충회로(Buffer)로 사용된다.
상기 검출부(140)는 상기 동조증폭기(130)의 출력신호에서 최고값 및 최저값을 검출하기 위한 것으로, 최고값 검출부(142) 및 최저값 검출부(144)를 구비할 수 있다.
상기 최고값 검출부(142)는 상기 동조증폭기(130)의 출력신호에서 최고값을 검출하고, 상기 최저값 검출부(144)는 상기 동조증폭기(130)의 출력신호에서 최저값을 검출하여 상기 스위칭부(180)를 통해 상기 AD컨버터(150)로 제공하게 된다.
상기 최고값 검출회로(MAX)(142)는 다이오드(DN2), 저항(R9,R10) 및 커패시터(C6) 구성되어 도 7에 도시된 회로와 같이 구현될 수 있다. 이외에 통상의 기술자에게 잘 알려진 다른 회로로 구현하는 것도 가능하다. 도 7의 최고값 검출회로(142)에서는 "dCHG" 신호가 로우(Low) 레벨로 출력될 때에 커패시터(C6)가 방전되면서 상기 최고값 검출회로(142)가 초기화되고, dCHG 신호가 하이(High(Vcc))레벨이 되면 상기 동조증폭기(130)를 구성하는 트랜지스터(Q1B)의 에미터에 나타나는 최대 신호가 커패시터(C6)에 충전되는 구성을 가지게 된다.
상기 최저값 검출회로(MIN)(144)는 다이오드(DN1), 저항(R2,R5) 및 커패시터(C3)로 구성되어 도 7에 도시된 회로와 같은 최저값 검출회로(142)로 구현될 수 있다. 이외에 통상의 기술자에게 잘 알려진 다른 회로로 구현하는 것도 가능하다. 도 7의 최저값 검출회로(144)에서는 "dCHL"신호가 하이(High(VCC)) 레벨로 출력될 때에 커패시터(C3)가 "VCC-VD"크기("VD"는 다이오드(DN1)의 전압)로 충전되면서 최저값 검출회로(144)가 초기화되고, dCHL 신호가 로우(Low)레벨이 되면 상기 동조증폭기(130)를 구성하는 트랜지스터(Q1B)의 에미터에 나타나는 최저신호까지 커패시터(C3)가 방전되어 커패시터(C3)에 최저값이 나타나게 된다.
상기 AD컨버터(150)는 상기 검출부(140)의 최고값(MAX)출력신호, 최저값(MIN) 출력신호를 디지털신호로 변환하여 출력하게 된다. 상기 AD 컨버터(150)는 상기 마이크로 컨트롤러(uc)에 내장되기도 하지만 별도로 구현하는 것도 가능하다.
상기 스위칭부(180)는 상기 검출부(140)의 최고값(MAX)출력신호, 최저값(MIN) 출력신호, 상기 온도센싱부(170)의 온도 검출신호를 선택하여 상기 AD 컨버터(150)에 제공하는 기능을 수행한다. 상기 스위칭부(180)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 컨트롤러(μC)에 내장된 아날로그 스위치로 구현하는 것도 가능하지만, 별도로 구현하는 것도 가능하다.
상기 온도센싱부(170)는 현재 온도를 검출하여 온도검출신호를 상기 AD컨버터에 제공한다. 상기 온도센싱부(170)는 저항(R13)과 써미스터(RT1)를 구비하여 도 7에 도시된 바와 같은 회로구조로 구현가능하며, 이외에 통상의 기술자에게 잘 알려딘 온도센싱회로로도 구현가능하다. 도 7에서 써미스터(RT1)은 온도에 따라 저항 값이 변화하는 소자이며, 상기 온도센싱부(170)에서의 출력전압(VTMP)는 "
Figure 112020091617493-pat00007
" 로 주어지게 된다. 상기 온도센싱부(170)는 필요에 따라 생략가능하다.
상기 제어부(160)는 상기 구형파 발생기(110), 상기 스위칭부(180), 상기 AD컨버터(150) 및 상기 검출부(140) 등의 동작을 제어하고, 상기 마이크로 컨트롤러(μC)와 메모리(EEPROM), 및 출력회로(162)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 마이크로 컨트롤러(μC)는 상기 구형파 발생기(110), 상기 스위칭부(180), 상기 AD컨버터(150)의 기능을 포함할 수 있으며, 상기 메모리(EEPROM)를 내장하고 있다. 이에 따라, 상기 마이크로 컨트롤러(μC)는 내장된 타이머를 이용하여 상기 구형파를 발생하고, 내장된 아날로그 스위치와 AD컨버터를 이용하여 상기 동조증폭기(130)의 최저값과 최고값을 읽어드리고, 상기 온도센싱부(170)의 온도값을 읽어드리게 된다. 그리고, 이들 값과 내장된 메모리(162)에 저장된 자료를 이용하여 상기 감지코일(L1)과 검출대상물체(20) 사이의 간격을 측정하게 된다.
상기 메모리(162)는 상기 최고값 및 상기 최저값, 상기 최고값과 상기 최적값의 차이값에 대응되는 검출대상물체(20)와 감지코일(L1)의 간격에 대한 정보와, 온도 보정을 위한 데이터가 저장되어 있다.
상기 출력회로(OUTPUT)(162)는 하프 듀플렉스(Half-duplex) 통신과 PWM 신호 출력이 가능하도록 저항(R12,R14,R15,R16), 다이오드(D1), 트랜지스터(Q2)를 구비하여 도 7에 도시된 바와 같은 회로구조로 구현가능하다.
상기 출력회로(162)는 상기 마이크로 컨트롤러(μC)가 온도 보정 등의 보정을 수행하는 보정 모드인 경우에는 상기 마이크로 컨트롤러(μC)에 내장된 "UART(Universal asynchronous receiver/transmitter)"를 이용하여 UART를 이용하여 하프 듀플렉스(Half-duplex) 통신을 하고, 상기 마이크로 컨트롤러(μC)가 보정 모드가 아닌 경우에는 "UART"는 비활성화(disable)되며, 상기 마이크로 컨트롤러(μC)의 RX단자로 하이(High) 신호가 출력되고, 상기 마이크로 컨트롤러(μC)의 TX단자로 PWM신호가 출력되면, 상기 출력회로(162)는 트랜지스터(Q2)와 저항(R15)을 통하여 PWM 신호를 출력하게 된다.
상기 제어부(160)는 상기 AD컨버터(150)를 통해 출력되는 최고값과 최저값의 차이를 계산하고, 이를 상기 메모리(162)에 미리 저장된 비교데이터와 비교함에 의해 상기 플레이트(20)의 움직임 간격 값을 출력하게 된다.
상기 제어부(160)는 상기 동조증폭기(130)의 출력신호의 최고값과 최저값을 검출하기 위하여 주기적으로 상기 검출부(140)의 최고값 검출회로(142)와 상기 최저값 검출회로(144)에 초기화 신호를 인가한다. 또한 상기 제어부(160)는 상기 AD 컨버터(150)의 최고값과 최저값의 차이를 계산하여 출력신호의 첨두치를 구하여 제공하며, 온도보정이 필요한 경우에는 온도 보정을 한다. 즉 상기 제어부(160)는 상기 AD컨버터(150)를 통해 출력되는 최고값과 최저값의 차이값에 대하여 상기 온도검출신호를 이용하여 온도보정을 수행한 이후에, 온도 보정된 값을 상기 메모리(EEPROM)에 저장된 데이터를 이용하여 감지코일(L1)과 플레이트(20) 간의 간격 변화와 동조증폭기(130)의 출력신호 사이의 비선형 특성을 보정하여 그 결과를 출력(OUTPUT)으로 내보낸다. 이에 따라 상기 검출대상물체(20)의 움직임 간격 값을 출력하게 된다.
상술한 본 발명의 제1실시예의 경우에는 온도변화에 영향을 많이 받는다는 문제점이 있다. 통상적으로 도 7의 회로의 경우 회로 주변의 온도가 -40 ~ 150℃ 범위내에서 동작하게 되는데, 이 경우 온도에 따라 특성의 차이가 많이 나타나게 된다.
특히, 바이폴라 트랜지스터(Q1A)를 사용하는 동조증폭기(130)와 다이오드(DN1,DN2)를 사용하는 최고값 검출회로(MAX)(142)와 최저값 검출회로(MIN)(144)는 온도에 많은 영향을 받는다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 제2실시예가 구현되었다.
본 발명의 제2실시예는 도 8 및 도 9를 통해 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 도 2의 움직임 간격 확인하는 측정장치의 구체 블록도이고, 도 9는 도 8의 움직임 간격을 확인하는 측정장치(100)의 구현예인 회로도를 나타낸 것이다. 도 9에 도시된 구현예는 하나의 예시일 뿐 다른 회로로 구현가능 함은 당연하다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 움직임 간격을 확인하는 측정장치(100)는 구형파 발생기(110), 저역통과필터(120), 동조증폭기(130), 직류복원기(135), 최고값검출부(140), 다이오드 전압검출부(190), AD컨버터(150) 및 제어부(160)를 구비한다. 본 발명의 제1실시예와 달리 본 발명의 제2실시예는 회로의 온도보정을 수행하지는 않으며, 최저값검출부를 구비하지 않는다. 그러나 와전류(Eddy current)에 의한 감지코일의 온도특성을 보정하기 위한 온도센싱부는 필요할 수 있다.
그리고, 도 9의 경우에 AD컨버터(150)와 제어부(160)의 구성은 별도로 도시하지 아니하였다. 이는 본 발명의 제1실시예를 적용하거나 응용하여 통상의 기술자 수준에서 구현 가능하기 때문이다. 본 발명의 제2실시예의 경우에, 제어부(160)를 구성하는 마이크로 컨트롤러(μC)가 AD컨버터(150), 구형파 발생기(110) 및 메모리(EEPROM)(162) 등의 기능을 내장하는 것으로 구현될 수 있다.
상기 구형파 발생기(110)는 특정주파수의 구형파를 발생시키기 위한 것으로, 상기 제어부(160)를 구성하는 마이크로 컨트롤러(μC)에 내장된 타이머를 이용하거나, 통상의 기술자에게 잘 알려진 구형파 발생기를 이용하여 구현가능하다.
상기 저역통과필터(120)는 상기 구형파 발생기(110)에서 발생된 구형파를 정현파로 바꾸거나 상기 구형파의 기준주파수 성분을 제외한 잡음성분(예를 들면, 2차 이상의 하모닉스 성분 등)을 제거하기 위한 것이다. 상기 저역통과 필터(120)는 도 9에 도시된 바와 같이, 저항(R6,R8)과 커패시터(C5)를 이용하여 통상의 기술자에게 잘 알려진 저역통과필터로 구현가능하다. 도 9의 저역통과필터(120)에서 두개의 저항(R6,R8)은 상기 구형파 발생기(110)에서 출력되는 구형파의 크기를 조정하고, 커패시터(C5)와 함께 저역통과여파기를 구성하게 되며, 이때 저역통과필터의 차단주파수 "
Figure 112020091617493-pat00008
"로 주어진다.
상기 동조증폭기(130)는 상기 저역통과필터(120)를 통과한 신호를 증폭하고, 감지코일(L1)이 포함된 공진회로(132)를 포함하여 구성되어, 상기 검출대상물체(20)와 상기 감지코일(L1)의 간격 변화에 대응하여 변화되는 공진주파수 및 변화하는 공진회로(132)의 출력전압을 포함하는 출력신호를 제공하게 된다.
본 발명의 제1실시예인 도 7에 도시된 동조증폭기의 경우에는 온도에 따른 영향을 받는 문제점이 있다는 점은 상술한 바 있다. 이를 구체적으로 알아보면, 도 7의 동조증폭기(130)의 전압이득(Av)는, "
Figure 112020091617493-pat00009
" 과 같이 주어진다. 여기서
Figure 112020091617493-pat00010
, Ic=트랜지스터(Q1A)의 콜렉터전류, VT = 열전압, RL=트랜지스터(Q1A)의 콜렉터에서 바라본 부하저항을 의미한다.
위의 전압이득(Av) 수식에서 열전압(VT)은 온도에 비례하여 변화하므로, 동조증폭기(130)의 전압이득이 온도에 따라 변화하게 된다, 이를 개선하기 위해서는 트랜지스터(Q1A)의 에미터에 저항을 연결하여 열전압(VT)의 영향을 감소시킬 필요가 있다.
이를 위해 본 발명의 제2실시예의 동조증폭기(130)는 도 9에 도시된 바와 같이, 두 개의 트랜지스터(Q1, Q2)와 그의 주변회로로 구성된다. 상기 공진회로(132)는 저항(R3), 커패시터(C2,C3) 및 감지코일(L1)의 병렬구조로 도 3과 같은 공진회로 또는 이의 응용회로로 구현가능하고, 도 9에 도시된 바와 같은 회로구조의 공진회로 이외에 다양한 공진회로로 구현가능하다. 인덕터(L1)는 감지코일을 나타내고 커패시터(C2,C3)는 공진주파수를 결정한다. 저항(R3)은 코일의 내부저항과 함께 공진회로의 선택도 Q를 결정한다. 트랜지스터(Q1)는 증폭기능을 수행하고, 트랜지스터(Q2)는 트랜지스터(Q1)의 증폭기가 상기 최고값검출부(140)의 회로의 영향을 받지 않게 하기 위하여 완충회로(Buffer)로 사용된다.
도 9의 경우 도 7과 달리 증폭기능을 수행하는 트랜지스터(Q1)의 에미터에 저항(R20)이 추가된다. 이는 트랜지스터(Q1)의 열전압(VT)의 영향을 감소시키기 위함이다. 여기서 상기 저항(R20)은
Figure 112020091617493-pat00011
이 되도록 설정되어 열전압(VT)에 따른 영향, 즉 온도변화에 따른 영향이 최소화 되도록 하게 된다.
구체적으로, 도 9의 동조증폭기의 전압이득(Av)은, "
Figure 112020091617493-pat00012
" 이 된다. 여기서
Figure 112020091617493-pat00013
, Ic=트랜지스터(Q1)의 콜렉터전류, VT = 열전압, RL=트랜지스터(Q1)의 콜렉터에서 바라본 부하저항을 의미한다.
도 9의 동조증폭기의 전압이득(Av) 수식에서 저항(R20)의 크기가
Figure 112020091617493-pat00014
이므로, 도 9의 동조증폭기의 전압이득(Av)은, "
Figure 112020091617493-pat00015
"이 되게 된다. 이에 따라 열전압에 따른 영향이 감소되어 동조증폭기(130)의 전압이득이 온도에 따른 영향을 적게 받게 된다.
상기 직류복원기(dc restorer)(135)는, 상기 동조증폭기(130)의 출력신호에서 바이어스전압을 제거하여 교류성분의 신호만을 출력하게 된다.
상기 직류복원기(135)는 서로 직렬연결된 커패시터(C5)와 다이오드(D4)로 구성되고 다이오드(D4) 전압을 출력으로 하는 클램핑회로로 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 동조증폭기(130)의 출력신호가 상기 직류복원기(135)에 입력되면, 바이어스 전압은 사라지고, 상기 동조증폭기(130)의 출력신호의 최저값이 상기 다이오드(D4)에 클램핑되어 출력되게 된다.
상기 최고값 검출부(140)는 상기 직류복원기(135)의 출력신호에서 최고 전압값(VMAX)을 검출하기 위한 것이다.
상기 최고값 검출부(140)는 다이오드(D3), 저항(R22) 및 커패시터(C7)로 구성되어 도 9에 도시된 회로와 같이 구현될 수 있다. 즉 상기 직류복원기(135)의 출력노드와 상기 최고값 검출부(140)의 출력노드 사이에 연결된 다이오드(D3)와, 상기 최고값 검출부(140)의 출력노드와 초기화 신호(dCHG) 입력단 사이에 연결된 저항(R22) 과 상기 최고값 검출부(140)의 출력노드와 접지사이에 연결된 커패시터(C7)으로 구현가능하다. 이외에 통상의 기술자에게 잘 알려진 다른 회로로 구현하는 것도 가능하다.
도 9의 최고값 검출부(140)에서는 초기화신호인 "dCHG" 신호가 로우(Low) 레벨로 출력될 때에 커패시터(C7)가 방전되면서 상기 최고값 검출부(140)가 초기화되고, dCHG 신호가 하이(High(Vcc))레벨이 되면 상기 동조증폭기(130)를 구성하는 트랜지스터(Q2)의 에미터에 나타나는 최대 전압값이 커패시터(C7)에 충전되는 구성을 가지게 된다.
상기 동조증폭기(130)의 출력신호를 "Vo(t)" 라 가정하면, 상기 직류복원기(135)의 출력신호는 "Vo(t)-VD" 가 되고, 상기 최고값 검출부(140)에서 출력되는 최고 전압값(VMAX)은,
"
Figure 112020091617493-pat00016
" 으로 주어진다.
상기 최고값 검출부(140)에서 출력되는 최고 전압값(VMAX)은 상기 AD컨버터(150)로 제공하게 된다.
상기 최고값 검출부(140)에서 출력되는 최고 전압값(VMAX)에는, 상기 직류복원기(135)에서 사용된 다이오드(D4)와 상기 최고값 검출부(140)에서 사용된 다이오드(D3)에 의해 제1다이오드 전압값(2VD)이 포함되게 된다. 상기 제1다이오드 전압값(2VD)은 온도변화에 민감하게 작용하므로, 즉 온도영향을 크게 받으므로 제거할 필요가 있다. 이를 위해 상기 다이오드 전압 검출부(190)가 필요하게 된다.
상기 다이오드 전압 검출부(190)는 상기 직류복원기(135)와 상기 최고값 검출부(140)에서 사용된 다이오드 개수만큼의 다이오드 전압값을 검출하여 상기 AD컨버터(150)로 제공하게 된다. 상기 다이오드 전압 검출부(190)에서 출력되는 다이오드 전압값을 제2다이오드 전압값으로 지칭하기로 한다.
상기 다이오드 전압 검출부(190)는 전원전압(VCC)과 접지사이에 순차적으로 직렬연결된 저항(R21)과 적어도 하나의 다이오드(D1,D2)를 이용하여 구성되며, 상기 제2다이오드 전압값을 출력값으로 하는 회로로 도 9에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 이외에 다른 회로로 구현되는 것도 가능하다.
상기 다이오드 전압 검출부(190)는 상기 최고값 검출부(140)에서 출력되는 최고 전압값(VMAX)에서 온도에 따른 영향이 큰 상기 제1다이오드 전압값(2VD)을 제거하기 위해 이와 동일한 값을 가질 것으로 예상되는 제2다이오드 전압값(VBIAS)을 생성하여 상기 AD컨버터(150)로 제공하게 된다.
상기 다이오드 전압 검출부(190)의 출력인 제2다이오드 전압값(VBIAS)는, "VBIAS = 2VD " 가 된다.
상기 AD컨버터(150)는 상기 최고값검출부(140)의 최고 전압값(VMAX)과 상기 다이오드 전압 검출부(190)의 출력인 제2다이오드 전압값(VBIAS)을 디지털신호로 변환하여 출력하게 된다. 상기 AD 컨버터(150)는 상기 마이크로 컨트롤러(uc)에 내장되기도 하지만 별도로 구현하는 것도 가능하다.
상기 제어부(160)는 상기 구형파 발생기(110), 상기 AD컨버터(150) 및 상기 최고값 검출부(140) 등의 동작을 제어하고, 상기 마이크로 컨트롤러(μC)와 메모리(EEPROM), 및 출력회로(162)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 마이크로 컨트롤러(μC)는 상기 구형파 발생기(110), 상기 AD컨버터(150)의 기능을 포함할 수 있으며, 상기 메모리(EEPROM)를 내장하고 있다. 이에 따라, 상기 마이크로 컨트롤러(μC)는 내장된 타이머를 이용하여 상기 구형파를 발생하고, 내장된 아날로그 스위치와 AD컨버터를 이용하여 상기 동조증폭기(130)의 최고 전압값을 읽어들이게 된다. 그리고, 이들 값과 내장된 메모리(162)에 저장된 자료를 이용하여 상기 감지코일(L1)과 검출대상물체(20) 사이의 간격을 측정하게 된다.
상기 메모리(162)는 상기 최고 전값 및 상기 최저값, 상기 최고값과 상기 최적값의 차이값에 대응되는 검출대상물체(20)와 감지코일(L1)의 간격에 대한 정보가 저장되어 있다.
상기 출력회로(OUTPUT)(162)는 본 발명의 제1실시예를 통해 설명한 바와 같다.
상기 제어부(160)는 디지털 변환된 상기 제2다이오드 전압값(VBIAS)을 이용하여 디지털 변환된 상기 최고 전압값(VMAX)에 포함된 제1다이오드 전압값(2VD)을 제거하여 온도 변화에 따른 다이오드 전압의 영향을 제거하고, 상기 제1다이오드 전압값이 제거된 상기 최고 전압값(Vopp)을 미리 저장된 비교데이터와 비교함에 의해 상기 검출대상물체의 움직임 간격 값을 출력하게 된다.
구체적으로, 아래 식과 같이, 상기 제1다이오드 전압값을 제거하기 위해, 디지털 변환된 상기 최고 전압값(VMAX)과 상기 제2다이오드 전압값(VBIAS)를 더하게 되면, 제1다이오드 전압값이 제거되어 온도변화에 의한 다이오드 전압의 영향은 사라지게 된다.
Figure 112020091617493-pat00017
이에 따라, 온도변화에 영향을 받지 않는 움직임 간격 측정장치의 구현이 가능하게 된다.
상기 제어부(160)는 상기 동조증폭기(130)의 출력신호의 최고 전압값을 검출하기 위하여 주기적으로 상기 최고값 검출부(140)에 초기화 신호를 인가한다. 또한 상기 메모리(EEPROM)에 저장된 데이터를 이용하여 감지코일(L1)과 플레이트(20) 간의 간격 변화와 동조증폭기(130)의 출력신호 사이의 비선형 특성을 보정하여 그 결과를 출력(OUTPUT)으로 내보낸다. 이에 따라 상기 검출대상물체(20)의 움직임 간격 값을 출력하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 검출대상물체(20)와 감지코일(L1) 사이의 간격 변화에 대응하는 감지코일(L1)의 인덕턴스 변화를, 공진회로의 동조특성을 이용하여 측정함에 따라, 검출대상물체(20)의 동작에 의해 제어되는 제어장치의 동작상태를 알 수 있는 장점이 있다. 또한 온도변화에 영향을 받지 않는 움직임 간격 측정장치의 구현이 가능하게 된다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
20 ; 검출대상물체 110 : 구형파 발생기
120 : 저역통과필터 130 : 동조증폭기
135 : 직류복원기 140 : 최고값검출부
150 : AD 컨버터 160 : 제어부
190 : 다이오드전압검출부

Claims (5)

  1. 맞물림 구조가 포함된 구동축과 이 구동축에 맞물려 동력을 전달하는 이동 가능한 추진축과 상기 추진축과 연결되어 함께 움직이는 금속재질의 검출대상물체및 상기 추진축에 작동력을 전달하는 내부작동자와 액추에이터 구동원을 포함하는 자동차용 동력전달 장치 제어용 액추에이터를 구비하는 자동차용 동력 전달 장치에서, 상기 검출대상물체의 동작시 자동차용 동력 전달 장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치에 있어서:
    특정주파수의 구형파를 발생시키는 구형파 발생기와;
    상기 구형파 발생기에서 발생된 구형파를 정현파로 바꾸거나 상기 구형파의 기준주파수 성분을 제외한 잡음성분을 제거하기 위한 저역통과필터와;
    상기 저역통과필터를 통과한 신호를 증폭하고, 감지코일이 포함된 공진회로를 포함하여 구성되어, 상기 검출대상물체와 상기 감지코일의 간격 변화에 대응하여 변화되는 상기 공진회로의 출력전압을 포함하는 출력신호를 제공하는 동조증폭기와;
    상기 동조증폭기의 출력신호에서 바이어스전압을 제거하여 교류성분의 신호만을 출력하는 직류복원기(dc restorer)와;
    상기 직류복원기의 출력신호에서 최고 전압값을 검출하기 위한 최고값검출부와;
    상기 최고값 검출부에서 출력되는 최고 전압값에 포함된 제1다이오드 전압값을 제거하기 위해 상기 직류복원기와 상기 최고값 검출부에서 사용된 다이오드 개수만큼의 제2다이오드 전압값을 검출하기 위한 다이오드 전압검출부와;
    상기 최고값 검출부의 최고 전압값과 상기 다이오드 전압검출부의 제2다이오드 전압값을 디지털신호로 변환하여 출력하는 AD컨버터와;
    디지털 변환된 상기 제2다이오드 전압값을 이용하여 디지털 변환된 상기 최고 전압값에 포함된 제1다이오드 전압값을 제거하여 온도 변화에 따른 다이오드 전압의 영향을 제거하고, 상기 제1다이오드 전압값이 제거된 상기 최고 전압값을 미리 저장된 비교데이터와 비교함에 의해 상기 검출대상물체의 움직임 간격 값을 출력하는 제어부를 구비함을 특징으로 하는 자동차용 동력전달장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 직류복원기는 서로 직렬연결된 커패시터와 다이오드로 구성되고 상기 제2다이오드 전압값을 출력으로 하는 클램핑회로로 구성됨을 특징으로 하는 자동차용 동력전달장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다이오드 전압 검출부는 전원전압(VCC)과 접지사이에 순차적으로 직렬연결된 저항과 적어도 하나의 다이오드를 이용하여 구성되며, 상기 제2다이오드 전압값을 출력값으로 하는 회로로 구성됨을 특징으로 하는 자동차용 동력전달장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는 상기 AD컨버터를 통해 디지털 변환된 상기 최고 전압값에서 상기 제2다이오드 전압값을 더하여 온도 변화에 따른 다이오드 전압의 영향을 제거함을 특징으로 하는 자동차용 동력전달장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 공진회로에 특정 주파수를 가지는 입력신호원이 입력될 때, 상기 감지코일과 상기 검출대상물체가 가장 가까이 있을 때를 기준으로 상기 감지코일과 상기 검출대상물체사이의 간격이 멀어질수록 상기 동조증폭기의 출력전압이 감소하는 원리를 이용하거나, 상기 감지코일과 상기 검출대상물체가 가장 멀리 있을 때를 기준으로 상기 감지코일과 상기 검출대상물체의 간격이 가까워질수록 상기 동조증폭기의 출력전압이 감소하는 원리를 이용하여 상기 검출대상물체의 움직임 간격을 측정하는 것을 특징으로 하는 자동차용 동력전달장치의 동작상태를 확인하는 움직임 간격 측정장치.
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