KR20000057348A - 자동차의 스티어링 각을 검출하기 위한 절대값 센서 - Google Patents

자동차의 스티어링 각을 검출하기 위한 절대값 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른, 자동차의 스티어링 각을 검출하기 위한 절대값 센서, 특히 회전 센서는 m개의 인접 트랙내에서 m개 비트(b1, b2, ..., Bm)와 같은 폭을 갖는 예정된 n개의 연속 디지털 워드(Wi)로 이루어진 코딩 장치(51)가 제공된 센서부(49), 및 하나의 디지털 워드(Wi)의 개별 비트(b1, b2, ..., Bm)를 실제로 동시에 검출하기 위한 적어도 하나의 검출기(55)를 포함한다. 센서부(49) 및 적어도 하나의 검출기(55)는 서로에 대해 움직일 수 있다. 상기 센서는 또한 적어도 하나의 검출기(55)로부터 신호를 수신하는 평가 유닛(11)을 포함한다. 평가 유닛(11)은 예정된 개수(P)의 연속적으로 검출된 디지털 워드(Wi)를 평가함으로써 적어도 하나의 검출기(55)와 관련하여 센서부(59)의 절대 위치를 적어도 일회 검출한다. 평가 유닛(11)은 예정된 개수(p)의 연속적으로 검출되는 디지털 워드(Wi)로 이루어진 검출된 p-터플(tuple)(Wi, Wi+1, ..., Wi+p-1)에 적어도 하나의 검출기(55)와 관련하여 규정된 센서부(49)의 위치값을 할당한다. 코딩 장치는, 예정된 개수(p)로 이루어진 연속하는 워드(Wi)의 모든 시퀀스(Wi, Wi+1, ..., Wi+p-1)가 적어도 코딩 장치(51)의 예정된 명백성 범위(I, II)내에서는 확실하고, 각각의 명백성 범위(I, II)내에서는 디지털 워드(Wi)가 불확실하도록 형성된다.

Description

자동차의 스티어링 각을 검출하기 위한 절대값 센서 {ABSOLUTE VALUE SENSOR, IN PARTICULAR ROTATION SENSOR FOR SENSING THE STEERING ANGLE OF A MOTOR VEHICLE}
최근의 자동차 산업에서 스티어링 각의 가급적 정확한 검출은 점점 더 중요해지고 있다. 스티어링 각은 예컨대 액티브 다이내믹 이동 장치에서 이동 장치의 상태를 제어하기 위해 필요하다. 실제적으로 모든 경우에 스티어링 각의 절대값이 가급적 정확히 검출되어야 한다. 그러나, 이것은 일반적으로 복잡하게 구성되며 고가인 매우 정확한 절대값 센서를 필요로 한다.
회전 센서로서 절대 회전각을 검출하기에 적합한 공지된 디지털 절대값 센서(예컨대, JP 4-1522 A)는 일반적으로 코딩을 포함한다. 상기 코딩은 각각의 워드, 즉 한 라인의 비트를 스캐닝함으로써 상기 워드에 할당된 값의 검출을 가능하게 한다. 그러나, 이러한 디지털 절대 회전 센서는 충분한 분해도를 보장하기 위해 워드가 비교적 큰 폭을 가져야 한다는 단점을 갖는다. 또한, 독일 특허 공개 제 195 45 949 A1호에는 일단계 코드를 가진 절대값 센서를 형성하기 위해 필요한 트랙의 수가 감소된 디지털 절대 위치 코딩 장치 및 방법이 공지되어 있으나, 상기 장점은 트랙 당 다수의 검출기를 사용함으로써만 얻어진다. 이것은 높은 회로 비용을 의미한다.
이것은 단 하나의 트랙만을 가지며 다수의 센서를 이용해 동시에 트랙의 다수의 비트를 스캐닝하는 절대값 센서에도 적용된다. 이 경우에는 트랙에서 코드의 디지털 워드가 병렬 배치된다(예컨대, JP 08-122099 A;DE 40 22 503 C1;DE 195 18 664 C1).
전술한 절대값 센서는 모든 위치에서 절대 위치의 즉각적인 검출을 가능하게 하지만, 높은 비용을 필요로 한다.
상대값 센서는 간단하고 저렴하게 구현될 수 있기는 하지만, 이 경우에는 시스템의 스타팅 전에 상대값 센서의 보정을 위한 초기화 과정이 필요하다. 이것을 위해, 예컨대 스티어링 시스템 또는 스티어링 휠이 일정한 위치로 되어야 하고, 이것을 전제로 스티어링 각의 상대 검출에 의해 스티어링 각의 절대값이 검출될 수 있다. 또한, 절대값을 검출하기 위한 출발값(초기화값)을 저장함으로써, 시스템이 변형 없는 상태로 될 때 값이 유지되는 것도 가능하다. 그러나, 시스템의 차단 후에 스티어링 이동이 검출되지 않고, 그 결과 시스템의 활성화 후에 초기화 과정이 이루어져야 한다는 문제점이 있다.
또한, 증분 및 절대 코딩 또는 디코딩 방법을 결합시킨 절대값 센서가 공지되어 있다(예컨대, EP 0 530 176 A1;EP 0 545 701 A1). 이 경우, 일반적으로 검출될 전체 범위에 걸쳐 증분 코드가 사용되고 하나 또는 다수의 선택된 위치에서 절대 코드가 사용된다. 절대 위치는 통상의 절대값 센서에서와 마찬가지로 제 1 검출기에 의해 검출되지만, 디지털 워드의 단 하나의 적은 폭이 필요하다. 그때 공지된 절대 위치를 전제로 부가의 검출기에 의해 스캐닝된 증분 코드에 의해 코드와 검출기의 상대 운동시 절대 위치가 검출될 수 있다.
이러한 타입의 절대값 센서도 비교적 높은 비용을 필요로 하고, 전류가 흐르지 않게 된 후에 제 1 절대 코드에 도달된 후에야 비로소 절대 위치가 정확히 검출될 수 있다.
본 발명은 자동차의 스티어링 각을 검출하기 위한 디지털 절대값 센서, 특히 회전 센서에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 절대값 센서를 갖는, 본 발명을 이해하기 위해 중요한 스티어링 장치의 부분품들의 투시 분해도이고,
도 2는 조립된 상태의 도 1에 따른 스티어링 장치의 종단면도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 허용되는 코딩의 개략도이다.
본 발명의 목적은 가급적 간단하고 저렴하게 구현될 수 있으며 동시에 충분한 작동 안전성을 특히 시스템에 전류에 흐르지 않게 된 후에도 보장할 수 있는. 자동차 스티어링 각을 검출하기 위한 절대값 센서, 특히 회전 센서를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 제 1항의 특징에 의해 달성된다.
연속해서 검출된 디지털 워드(Wi)의 예정된 수(p)를 평가함으로써 절대 회전 각을 적어도 한번 결정함으로 인해, 필요한 워드 폭이 현저히 더 작아진다는 장점이 얻어진다. 더우기, 절대값의 첫번째 결정을 위해 p워드를 훑어봐야 하므로, 이것을 위해 센서부가 먼저 분해도의 p배로 이동되어야 한다. 그러나, 그 경우에는 절대값을 첫번째로 결정한 후에 다시 최대 분해도가 얻어진다. 즉, 하나의 워드(Wi)를 훑어봄으로써 절대값이 정확히 검출될 수 있다. 예정된 수(p)로 이루어진, 코딩의 연속하는 워드(Wi)의 모든 시퀀스(Wi, Wi+1,..., Wi+P-1)가 이것을 위해 적어도 코딩의 예정된 명백성 범위내에서 명확해야 한다. 상기 조건이 충족되지 않으면, 예정된 p-에 명확한 절대값이 할당될 수 없다. 이에 반해, 명백성 범위내에서는 디지털 워드(Wi)가 명확하지 않아야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 하기 조건 중 적어도 하나가 충족된다:
a) 각각 2개의 인접한 워드(Wi), (Wi+1)는 상이한 값을 갖는다. 즉 Wi≠ Wi+1;
이로 인해, 단계 검출이 단지 코딩에 의해 발생된 신호의 평가에 의해 가능해지므로, 동기화된 스캐닝이 생략될 수 있다;
b) 하나의 워드(Wi)에 인접한 워드(Wi-1) 및 (Wi+1)는 상이한 값을 갖는다. 즉, Wi-1≠Wi+1;
이로 인해, 이동 방향 교체의 검출이 단지 코딩에 의해 발생된 신호의 평가에 의해 가능해진다;상기 조건이 없으면, 워드(Wi-1, Wi,...,Wp-2, Wp-1)의 이전 검출 후에 이동 방향의 교체시 Wp-2= Wp의 경우에 값(Wp)이 동일한 방향으로의 부가 이동에 의해 발생된 것인지 또는 반대 방향으로의 부가 이동에 의해 발생된 것인지의 여부가 결정될 수 없을 것이다;이것은 적어도 평가 유닛이 FIFO 레지스터 형태의 p-터플로 구현될 때 적용된다. 이 경우, 새로운 워드(Wi)는 항상 동일한 레벨로부터 고정된 길이(p)의 레지스터내로 "삽입"되고, 검출 전에 상기 워드(Wi)의 이동 방향이 변동되었는지와 무관하게, 삽입 전 마지막 워드가 생략된다.
c) p-터플(Wi, Wi+1,...,Wi+P-1)이 코딩의 적어도 하나의 명백성 범위 내에서 반사된 p-터플(Wi+p-1,...,Wi+1, Wi)로서 존재해서는 안된다. 즉, (Wi, Wi+1,...,Wi+P-1)≠(Wi+p-1-k,...,Wi+1-k, Wi-k);
다른 경우에는 단지 코딩에 의해 발생된 신호의 평가에 의해, 관련 p-터플이 훑어볼 때 한 방향으로부터 또는 다른 방향으로부터 발생되었는지의 여부를 결정할 수 없을 것이다; 이것에 의해, 절대 이동 방향의 검출이 가능해진다;
상기 조건은 경우에 따라 부가의 장치를 제공함으로써 모든 경우에 이동 방향의 절대 검출이 보장될 경우에만 생략될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 평가 유닛이 실제 p-터플에 대한 관련 예정 값의 할당에 의해 절대값을 결정할 수 있다.
그러나, 절대값 결정에 대한 상기 가능성이 한번만 또는 정해진 간격으로 또는 정해진 시동에 대해 수행되고 미래의 절대값이 증분 또는 감소에 의해 검출될 수 있는 가능성도 있다. 따라서, 단계 검출 및 이동 방향의 변동 검출을 위한 단 한번의 평가만이 필요하다.
이동 방향의 변동은 전술한 조건 b)의 충족에 의해 간단한 방식으로 워드(Wp-2) 및 (Wp)의 평가에 의해 이루어질 수 있다: 2개의 워드가 일치하면, 이동 방향의 변동이 이루어진다.
부가의 안전성을 보장하는 본 발명의 실시예에서는 절대값이 p-터플의 평가에 의해 그리고 이전 값의 증분/감소에 의해 검출되고, 일치되지 않으면 에러 신호가 발생될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 p=3 연속하는 워드(Wi)가 평가된다. 디지털 워드의 워드 폭 m=3(3 비트)과 함께, 충분한 코딩 길이( 전술한 조건의 사용시 디지털 워드의 허용된 수 n), 및 얻어질 수 있는 분해도, 평가를 위한 계산 비용 및 절대 위치값의 첫번째 결정을 위해 필요한 이동 거리 사이의 양호한 절충이 이루어진다. 절대 위치값의 첫번째 결정을 위해 필요한 이동 거리에 대해 적어도 p(여기서는 P=3) 디지털 워드가 적어도 하나의 검출기에 의해 검출되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 코딩은 적어도 2개의 관련 영역을 포함한다. 상기 영역 내에서 그리고 인접한 장소에서 상기 코딩 조건이 충족된다. 상기 영역내에서 코딩은 바람직하게는 동일하며 동일한 방향으로 진행한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따라 단계 검출 및/또는 회전 방향의 검출 및/또는 회전 방향 교체의 검출을 위해 디지털 워드(Wi)의 트랙에 부가해서 부가 트랙이 논리 "0" 및 논리 "1"의 값의 연속하는 시퀀스를 포함하거나 또는 코딩의 디지털 워드의 한 트랙이 상기 방식으로 형성된다.
논리 "0" 및 논리 "1"값의 변경되는 시퀀스를 가진 트랙을 스캐닝하기 위해, 바람직하게는 1/2 단계 만큼 변위된 2개의 검출기가 제공될 수 있다. 평가 유닛은 센서 신호의 위상 시프트로부터 회전 방향 및/또는 회전 방향 교체를 검출한다. 부가로 평가 유닛은 하나 또는 2개의 센서의 신호로부터 한 단계가 이루어지고 그것에 따라 디지털 워드의 스캐닝이 이루어지는지의 여부를 확인할 수 있다.
코딩은 코딩의 하나, 다수 또는 모든 시퀀스(Wi, Wi+1,..., WI+P-1)에 대한 적어도 하나의 명백성 범위내에 반사된 시퀀스(Wi+p-1,...,Wi+1, Wi)가 존재하고 평가 유닛은 회전 방향 및 검출된 p-터플으로주터 절대값을 결정한다. 이로 인해, 확실한 단계 검출시 코딩의 최대 길이가 얻어진다.
명백성 범위 밖에 다수의 명백성 범위을 가진 코딩의 모호성은 본 발명에 따라 절대 위치를 개략적으로 검출하기 위한 검출 장치의 제공 및 그 위치 신호의 부가의 평가에 의해 이루어질 수 있다. 상기 개략 검출 장치의 정확도는 각각의 경우 적어도 2개의 코딩 범위의 각각의 2개의 한계에 상응하는 위치 값의 차보다 양호해야 한다. 그 경우, 평가 유닛은 코딩을 검출하기 위한 적어도 하나의 검출기의 신호 및 코딩의 정확도 및 분해도를 가진 개략 검출 장치의 신호의 평가에 의해 정확한 절대 위치 값을 결정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 평가 유닛은 정확한 절대 위치 값의 검출을 위해 하기 단계를 수행한다:
a) 개략적인 검출을 위한 검출 장치의 실제 신호에 상응하는 위치값(αa)의 검출;
b) 검출된 위치값(αa)에 대한 허용 오차 범위의 하한치 및 상한치(αa-δ;αa+δ)의 검출, 상기 허용 오차 범위의 폭(2δ)은 센서부의 코딩의 각각의 명확성 범위 보다 작음;
c) 코딩을 검출하는 적어도 하나의 검출기의 신호 평가에 의해 여러 가지 의미의 위치값(αr)의 검출;
d) 하기 식에 따라 보정된 절대값(αr.korr)의 검출;
αr.korr= INT[(αa+δ)/αr.max]αr.max+ αr(αr≤αr.max/2)
αr.korr= INT[(αa-δ)/αr.max]αr.max+ αr(αr〉αr.max/2)
상기 식에서, αr.max는 p-터플의 평가에 의한 절대 (여러 가지 의미의) 위치에 대한 최대값이다.
바람직한 실시예에서는 평가 유닛이 검출된 절대 위치값(αr.korr)이 허용 오차 범위(αa-δ〈αr.korr〈αa+δ) 내에 놓이고 에러의 경우 에러 신호를 발생시키고 및/또는 개략 검출 장치의 보상을 수행하는지의 여부를 체크한다. 예컨대, 평가 유닛은 이것을 위해 검출된 절대값(αr.korr)과 위치값(αa) 사이의 차를 검출하고 바람직하게는 비휘발성 메모리에 저장하여 앞으로의 위치값(αa) 검출을 위해 보정값으로 사용할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따라 절대값 센서가 회전 센서로 형성되고, 센서부는 회전각이 검출되어야 하는 부품, 예컨대 자동차의 스티어링 휠 또는 그것에 연결된 부품에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 센서부 상에 제공된 코딩은 바람직하게는 무한히 센서부의 외주 상에 제공된다. 각각의 근접 영역에서는 청구항 제 2항에 따른 조건이 충족된다.
본 발명의 또다른 실시예는 종속항에 제시된다.
도 1에 도시된 소자에서는 조종 핸들(1), 및 특별히 스티어링 각을 검출하기 위한 절대값 센서(5)를 갖는 다기능 유닛(3)이 중요하게 다루어진다.
다가능 유닛(3)은, 2개의 절반(7a 및 7b)으로 구성된 고정된 하우징(7)으로 이루어진다. 고정된 하우징(7)은, 조타주(9)(도 2) 위로 움직일 수 있도록 그리고 그 조종간을 감싸도록 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(7)의 절반부(7b)내에는 조종간 스위치, 점화 로크 등과 같은 추가 소자들이 통합될 수 있다. 또한 하우징(7)의 절반(7b) 내부에는, 다기능 유닛(3)의 고정된 측면상에 필요한 스위칭 회로를 포함하는 전자 장치 유닛(11)이 제공된다. 본 경우에는, 조종간 스위치용, 점화 로크용 및 조종 핸들에 제공된 기능 유닛(13)으로부터의 및 상기 유닛으로의 데이터 전송을 위한 스위칭 회로 그리고 본 발명에 따른 절대값 센서용 평가 유닛이 다루어질 수 있다.
다기능 유닛(3)은 또한, 조종 핸들의 둘레 영역의 후면(1a)에 고정될 수 있으며 송/수신 유닛(17)을 수용하기 위해 사용되는 하우징(15)을 포함하며, 상기 송/수신 유닛은 조종 핸들(1)에 배치된 기능 유닛(13)으로부터의 및 상기 유닛으로의 데이터 전송을 위해 필요한 스위칭 회로를 포함한다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 전자 장치 유닛(11)의 스위칭 회로는 하우징(7)의 절반(7b) 내부에 자세하게 도시되지 않은 방식으로 고정된 시이트 바아(19)상에 배치된다. 절반(7b)의 내부 공간은 조종간(9)의 축(A)에 대해 방사 방향으로 진행하는, 하우징(7)의 절반(7a)의 후면벽에 의해서 실제로 밀봉 방식으로 폐쇄된다. 이 목적을 위해서 절반(7a)은 상기 절반에 형성된 연결 부재(23)를 통해서 절반(7b)과 결합되며, 이 경우 연결 부재(23)는 절반(7b)내에 있는 상응하는 리세스(25) 내부로 끼워진다.
하우징(7)의 절반(7b)의 후면 영역은 상기 하우징의 중앙 리세스와 함께 조타주(9)를 감싸며, 클립(27)에 의해서 다른 차량과 관련하여 조타주(9)의 고정된(어떤 경우에도 조종 샤프트와 함께 회전될 수 없는) 외부면과 회전 불가능하게 결합된다. 조종 핸들(1)은 너트(29)에 의해서 조종 샤프트(31)와 연결되며, 이 목적을 위해서 상기 조종 샤프트의 전방 영역에는 나사선이 제공된다. 또한 조타주(9)를 감싸는 부시(33)는 조종 핸들(1)과 회전 불가능하게 연결된다. 부시(33)상에 제 1기어 휠(35)이 회전 불가능하게 고정됨으로써 기어 휠은 조종 핸들(1)과 함께 회전 가능하게 된다.
시이트 바아(19)의 후면상에는, 절대적인 스티어링 각을 대략적으로 검출하기 위한 검출 장치로서 이용되는 가동 코일 유닛(39)의 가동 코일(37)이 배치된다. 가동 코일(37)은 또한 자세하게 도시되지 않은 코일용 연결 콘택을 포함하는데, 이 콘택은 시이트 바아(19)내에 있는 콘택 보어내로 끼워지는 동시에 다른 전자 장치 부품과 납땜될 수 있다.
가동 코일 유닛(39)은 또한 나사선형 스핀들(41)을 포함하며, 이 스핀들의 후면 단부는 가동 코일(37)의 후방벽내에 회전 가능하게 지지된다. 나사선형 스핀들(41)상에는 담금 부재(43)가 지지되어 있으며, 이 경우 담금 부재(43)는 나사선 보어를 포함하며, 이 나사선 보어는 나사선형 스핀들(41)의 회전시 상기 담금 부재(43)가 코일(37) 내부로 또는 코일로부터 외부로 병진 운동 방식으로 움직이도록 나사선형 스핀들(41)의 외부 나사선과 함께 작용한다. 담금 부재(43)는 특히 페라이트로 이루어지며, 추가로 가동 코일(37)의 내벽을 그것의 이동 방향으로 관통한다.
나사선형 스핀들(41)의 전방 단부에는, 부시(33)상에 회전 불가능하게 지지된 제 1기어 휠(35)과 맞물리는 제 2기어 휠(45)이 회전 불가능하게 배치된다.
이와 같은 방식으로, 조종 핸들(1) 및 그에 따라 회전 불가능하게 결합된 부시(33)의 회전 운동은 가동 코일 유닛(39)의 담금 부재(43)의 병진 동작으로 변환된다.
시이트 바아(19)상에 제공된 평가 유닛(11)은 (전자 장치 유닛의 이 부분만이 본 발명을 이해하는데 중요하다) 담금 부재(43)의 병진 동작으로 인한 가동 코일 유닛(39)의 유도성 변동을 평가하여 조종 핸들의 회전 동작을 상응하는 전기 신호로 변환한다. 이 경우에는 물론 아날로그 신호 또는 디지털 신호가 다루어질 수 있다.
스티어링 각을 대략적으로 검출하기 위한 전술한 검출 장치에 추가하여 도 1에 따른 절대값 센서(5)는 스티어링 각을 정확하게 검출하기 위한 장치(47)를 포함한다. 이 장치는 한편으로는 링으로 형성된 센서(49)로 이루어지며, 이 센서의 둘레면상에는 코딩 장치(51)가 제공된다. 코팅 장치는 둘레 방향으로 있는 3개의 트랙로 이루어지며, 상기 트랙내에는 축선 방향으로 진행하는 열로 각각 3개의 마아킹(53)이 배치된다. 하나의 열에 있는 각각 3개의 마아킹은 각각 3개의 비트를 갖는 디지털 워드(Wi)이다. 각각 연속하는 워드(Wi)는 특히 직접적으로 서로 접하도록 둘레 방향에 제공된다.
링(49)은 부시(33) 위로 움직여지며 상기 부시상에서 회전 불가능하게 지지된다. 그럼으로써 회전 핸들(1)의 회전시에는 링(49)도 또한 부시(33)와 함께 회전된다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 링(49)의 둘레면상에 제공된 각각의 트랙의 마아킹(53)은 각각 하나의 검출기(55)에 의해서 검출된다. 3개의 검출기(55)는 예를 들어 상응하게 자기적으로 형성된 코딩 장치(51)의 마아킹(53)을 검출하는 호울-센서로서 형성될 수 있다. 검출기(55)의 신호도 마찬가지로 평가 유닛(11)에 제공된다.
3개의 검출기(55) 대신에 물론, 3개의 트랙의 마아킹(53)이 충분한 속도로 별도로 검출될 수 있도록 하는 단 하나의 검출기가 사용될 수도 있다. 마아킹(53) 및 검출기(55)는 임의의 다른 방식으로도 실현될 수 있는데, 예를 들면 광학 마아킹으로서 및 광학 검출기로서 실현될 수 있다. 신호를 상응하게 평가함으로써 물론, 전체 트랙의 마아킹(51)을 스캐닝하는 단 하나의 센서만 제공될 수도 있다.
예를 들어 1.5°의 해상도에 도달하기 위해서는, 240개의 디지털 워드(Wi)가 필요하다.
종래의 디지털 절대값 센서에서는 일반적으로, 각각의 워드, 즉 하나의 열에 있는 비트를 스캐닝함으로써 상기 워드에 할당된 값을 검출하게 하는 코딩 장치사 사용된다. 워드(Wi)를 일회 스캐닝함으로써 즉각 회전각을 검출할 수 있도록 하기 위해서, 요구되는 상기 1.5°의 해상도에서는 8 비트가 필요하다. 그러나 이것은, 코딩 장치를 제조하거나 또는 링(49)을 제조하는 경우에 뿐만 아니라 검출기(55)를 실현하는 경우에도 비교할 수 없을 정도로 높은 비용을 야기한다.
따라서 본 발명에 따라, 연속적으로 검출되는 예정된 개수(p)의 디지털 워드(Wi)를 평가함으로써, 즉 각각 하나의 p-터플(Wi,Wi+1,...,Wi+p-1)을 평가함으로써 센서부의 절대적인 위치 또는 절대적인 회전각을 검출하는 것이 제안된다.
도시된 실시예에서 워드(Wi)의 폭은 3개 비트와 같다.
실제로, 본 경우에는 0 내지 7의 값(23-1=7)을 취할 수 있는 연속하는 각각 3개의 디지털 워드(Wi)를 평가함으로써 1.5°의 해상도가 실현될 수 있다는 사실이 나타났으며, 이 경우 (검출기의 형성 및 센서부상에서의 마아킹에 의존하는) 절대각을 결정하기 위한 최대로 통과될 각도 범위는 4.5°에 달한다.
따라서, 심지어 절대값 센서(5)가 처음으로 개시되는 경우에도, (동일 방향으로) 4.5°의 각도 범위를 통과한 후에는 1.5°보다 우수한 해상도 및 정확성을 갖는 조종 샤프트의 절대각이 결정될 수 있다.
코딩 장치는 본 발명에 따라, 이미 언급된 조건들이 충족되도록 선택되며, 이 경우 p=3으로 세팅된다:
a) 각각 2개의 인접한 워드(Wi, Wi+1)는 상이한 값을 갖는다. 즉, Wi≠Wi+1이다(스텝 인식);
b) 각각 하나의 워드에 인접한 워드(Wi-1, Wi+1)는 상이한 값을 갖는다. 즉, Wi-1≠Wi+1(회전 방향 변동의 인식);
c) 코딩의 연속하는 각각 3개의 워드의 각각의 시퀀스(Wi, Wi+1, Wi+2)는 적어도 상기 코딩의 예정된 영역내에서는 명백하다. 즉, i≠k인 경우에는 (Wi, Wi+1,...,Wi+2)≠(Wk, Wk+1, Wk+2)가 적용된다(코딩 범위내에서의 코딩의 명백성);
d) 어떠한 시퀀스도 코딩의 적어도 하나의 명백성 범위내에서는 반사된 시퀀스(Wi+2, Wi+1, Wi)로 존재해서는 안된다. 즉, (Wi, Wi+1, Wi+2)≠(Wi+2-k, Wi+1-k, Wi-k)가 적용된다(절대적인 회전 방향의 인식).
그러나 상기의 전체 조건들을 고려하면 3개 비트의 워드폭을 사용하는 경우에는 충분한 개수의 가능한 워드가 얻어지지 않게 되며, 그 결과 링(49) 둘레에서의 전체 코딩은 각각 180°의 각을 커버하는 2가지 영역(I, II)(도 3)으로 나누어지게 된다.
2개 영역(I, II)의 각각의 영역에서는 동일한 코딩 장치가 사용되며, 이 경우 2개의 코딩 영역에서는 동일한 방향의 코딩이 존재한다. 2개의 시임(60, 62)에서는 전술한 조건들이 마찬가지로 충족된다.
도 3에 개략적으로 도시된 링(49)의 코딩에 대한 실시예에서는 영역당 120개의 디지털 워드(Wi)가 얻어지며, 이것은 1.5°의 원하는 해상도와 일치한다.
가동 코일 유닛(39) 및 링(49)이 조종 샤프트(31)와 기계적으로 결합되기 때문에, 대략 검출 장치로서 이용되는 가동 코일 유닛의 신호 및 검출기(55)의 신호는 고정된 관계에 있다. 각각 3-비트-워드를 발생하는 검출기의 신호의 모호성은 가동 코일 유닛의 신호를 추가로 평가함으로써 하기의 방식으로 제거될 수 있다.
시작점은, 절대값 센서(5)가 처음으로 에너지 공급부에 연결되며 그것에 따라서 코딩 장치(51)의 단 하나의 디지털 워드(Wi)도 검출기(55)를 이용한 마아킹(53)의 스캐닝에 의해서 검출되지 않는 상태이다.
그럼에도 불구하고, 평가 유닛(11)의 상기 시작 상태에서는 신호(ST)가 가동 코일 유닛(39)에 제공되어 평가 유닛에 의해 평가될 수 있다. 이 목적을 위해 평가 유닛(11)은 예를 들어 함수 관계로서 또는 디지털화된 값의 형태로 평가 유닛(11)내에 저장될 수 있는 미리 알려진 특성 곡선(αa(ST))과 가동 코일 유닛(39)의 신호(ST)의 순시적인 값을 비교하여, 이러한 방식으로 회전각에 대한 대략의 값을 검출한다.
회전각(α)이 자동차의 다른 부품, 예컨대 다이내믹 랜딩 기어를 제어하기 위한 제어 유닛에 의해서 요구되면, 먼저 상기 대략의 값(αa(ST))이 절대값 센서(5)로부터 상기 제어 유닛에 송출된다.
그 다음에 임의의 시점에서 조종 샤프트가 회전되고 그 회전시 적어도 4.5°의 각도 범위가 동일한 방향으로 스캐닝되면, 이미 평가 유닛은 검출된 3개의 제 1디지털 워드(Wi), 즉 제 1의 3-점으로부터 코딩에 의해 미리 주어진 정확성을 갖는 절대적인 회전각을 결정할 수 있게 된다.
3-점의 모호성을 제거하기 위해서 - 직선 상태로부터 출발한 조종 샤프트가 어느 절대 위치에 있는지는 알려지지 않음 - 평가 유닛은 먼저 가동 코일 유닛의 신호(ST)로부터 검출된 대략의 각도(αa)에 대한 허용 공차 범위를 검출한다. 이 목적을 위해서 가동 코일 유닛내에는 예를 들어 에러 한계값(α)이 저장된다. 그럼으로써 평가 유닛(11)이 공차 점위를 αa-δ〈α〈αa+δ로 검출하게 되며, 이 경우 공차 범위의 폭(2δ)은 센서부의 코딩의 2개의 명백성 범위의 폭보다 더 작다. 즉, 180°보다 작다.
평가 유닛(11)은 또한 제 1의 3-점을 평가함으로써 [0;180[ 범위에 놓인 제 1의 (여러 가지 의미가 있지만 정확한) 회전각(αr)을 검출한다.
마지막으로 평가 유닛(11)은, 상기 값(αr)이 회전각(αr)에 대한 최대로 가능한 절반 값보다 더 작은지 혹은 같은지 아니면 더 큰지를 검출한다.
상기 테스트에 의존하여 평가 유닛(11)은 하기 규정의 평가에 의해서 보정된 값(αr,korr)을 검출한다:
αr,korr= αr≤αr.max/2에 대해 INT[(αa+δ)/αr,max]·αr,max+ αr
αr,korr= αr〉αr.max/2에 대해 INT[(αa-δ)/αr,max]·αr,max+ αr
이 경우 INT는 정수-나눗셈을 표시한다.
예를 들어 가동 코일 유닛의 신호(ST)의 평가에 의해서는 값 α=535。의 값이 얻어지고, 코딩의 평가에 의해서는 αr=3。의 값이 얻어지면, 조건 αr=3。≤90。가 충족된다. 이것이 전술한 제 1조건의 평가에 의한 것에 해당되고 그에 따라 αr·korr=INT[555。/180。]180。+3=543。가 되며, 이 경우 절대각을 대략적으로 검출하는 경우에는 에러 에지가 가동 코일 유닛에 의해서 δ=20。로 선택되었다.
정확한 스티어링 각을 상기와 같이 처음으로 검출한 후에는, 단조 증가 또는 감소에 의한 개별 단계 및 회전 방향 변동의 검출에 의해서 절대값이 다음으로 검출될 수 있다. 물론 전술한 방법은 가동 코일 유닛의 신호를 추가로 사용하는 경우에는 각각의 단계에서 또는 예정된 간격으로 혹은 정해진 스타팅에서도 사용될 수 있다.
하기에서는, 청구항 2에 언급된 전체 조건들을 고려하여 허용되는 코딩을 검출하기 위한 간단한 방법이 설명된다:
제 1단계에서는 먼저 연속되는 P개 워드의 가능한 전체 시퀀스가 검출되어 표로 요약된다.
제 2단계에서는 단계-인식을 위한 조건에 따른 및 동작 방향의 변동의 인식을 허용하는 모든 시퀀스가 제거된다.
제 3단계에서는 임의의 시퀀스가 스타팅 값으로서 선택된다.
상기 시퀀스는 제 4단계에서 작성된 표에서 삭제된다. 마찬가지로 반사 시퀀스도 삭제된다.
제 5단계에서는, 최후로 선택된 시퀀스의 P-1개 마지막 워드(Wi+1, Wi+p-2및 Wi+p-1)가 그 다음에 이어지는 코딩 시퀀스의 P-1개 제 1워드(Wi,Wi+1,...,Wi+p-2)로서 사용되며, 동일한 P-1개 제 1워드를 포함하는 시퀀스가 작성된 표에 남겨진 가능성들로부터 선택된다. 선택된 시퀀스는 재차 반사된 시퀀스와 마찬가지로 삭제된다.
상기 제 5단계는 충분한 코딩 길이가 달성되거나 또는 사용 가능한 전체 시퀀스가 전부 사용될 때까지 반복된다. 경우에 따라, 다수의 가능한 p-터플 중에서 선택되는 선택 기준 또는 스타팅 값은, 상기 방법이 지나치게 빨리 중단되는 경우에는 변동될 수 있다.
다수의 코딩 영역을 계단식으로 정렬하는 경우에는 시임 조건의 유지가 "수동으로" 체크되거나 또는 보장될 수 있다.
하기에서는, 디지털 절대값 센서용의 도시되지 않은 추가 실시예가 설명된다:
본 실시예에서, 인접 워드의 경계에서 규정되지 않은 전이 상태에 의해 단계를 인식하는 경우에 문제를 피하기 위해서는, 트랙내에서 논리값 "0" 및 "1"의 교대 시퀀스가 형성되도록 코딩의 트랙이 형성될 수 있다. 그 다음에 이러한 정보로부터, 스캐닝 방향으로 (바람직하게는 반보 만큼) 변위된 2개 검출기에 의한 상기 트랙의 스캐닝에 의해서 스텝 인식은 센서 유닛내에서 센서 신호를 적절하게 평가함으로써 이루어질 수 있다. 평가 유닛은 "보다 안전한 시점" 에서 관련 디지털 워드의 스캐닝을 개시할 수 있다. 평가 유닛은 또한, (검출기 배치의 인식을 이용한) 신호의 위상 변위로부터 회전 방향의 인식 및 회전 방향의 변화의 인식을 검ㅌ출한다.
코딩 트랙내에서 "0"과 "1"의 교대 시퀀스가 요구됨으로써, 한 영역내에서 명백한 P개 디지털 워드로 이루어진 사용 가능한 시퀀스의 개수는 이전에 도시된 변형예에서보다 훨씬 더 적다. 이것은 적어도, 코딩을 위한 전술한 모든 조건을 유지하고자 하는 경우에 해당된다.
그러나 회전 방향의 인식 또는 회전 방향 교체의 인식이 서로에 대해 변위된 검출기의 신호 평가에 의해서 이루어지면, 코딩의 명백성 범위내에서는 각각의 반사 시퀀스도 또한 P개 디지털 워드로 이루어진 하나, 다수 또는 모든 (꼬여진) 시퀀스로 존재할 수 있다. 공지된 회전 방향에 의해서 평가 유닛은, FIFO-레지스터를 사용하는 경우에도 (그리고 한 방향으로부터 결정된 시퀀스가 넘어갈 때 및 다른 방향으로부터 반사된 시퀀스가 넘어갈 때에는 상기 레지스터와 연결된 검출된 동일 p-터플이), 명백성 범위내에서 어떤 시퀀스가 다루어질 것인지를 알게 된다.
명백성 범위내에서의 코딩의 최대 길이를 위해서는 물론 관련 반사 시퀀스도 또한 모든 또는 거의 모든 시퀀스로 사용된다.
다른 실시예에서는 물론 디지털 워드의 m개 트랙에 추가하여 "0" 및 "1"의 교대 시퀀스를 갖는 추가 트랙도 사용될 수 있으며, 이 트랙은 2개의 추가 검출기로 스캐닝된다. 이 경우에는 스텝의 인식 또는 회전 방향의 인식 혹은 코딩의 회전 방향 교체의 인식이 완화된다.

Claims (19)

  1. a) m개의 인접 배치된 트랙내에 m개 비트(b1, b2, ..., Bm)의 폭을 갖는 예정된 n개의 장소적으로 연속하는 디지털 워드(Wi)로 이루어진 코딩 장치(51)가 제공된 센서부(49),
    b) 하나의 디지털 워드(Wi)의 개별 비트(b1, b2, ..., Bm)를 실제로 동시에 검출하기 위한 적어도 하나의 검출기(55)를 포함하며,
    c) 상기 센서부(49) 및 적어도 하나의 검출기(55)는 서로에 대해 상대적으로 움직일 수 있으며,
    d) 적어도 하나의 검출기(55)로부터 신호를 수신하는 평가 유닛(11)을 포함하는 절대값 센서에 있어서,
    e) 평가 유닛(11)은 예정된 개수(P)의 연속적으로 검출된 디지털 워드(Wi)를 평가함으로써 적어도 하나의 검출기(55)와 관련하여 센서부(59)의 절대 위치를 적어도 일회 검출하며,
    f) 상기 평가 유닛(11)은 예정된 개수(p)의 연속적으로 검출되는 디지털 워드(Wi)로 이루어진 검출된 p-터플(tuple)(Wi, Wi+1, ..., Wi+p-1)에 적어도 하나의 검출기(55)와 관련하여 규정된 센서부(49)의 위치값을 할당하며,
    g) 코딩 장치는, 예정된 개수(p)로 이루어진 연속하는 워드(Wi)의 모든 시퀀스(Wi, Wi+1, ..., Wi+p-1)가 적어도 코딩 장치(51)의 예정된 명백성 범위(I, II)내에서는 확실하고, 각각의 명백성 범위(I, II)내에서는 디지털 워드(Wi)가 불확실하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    a) 2개의 인접 워드(Wi, Wi+1)는 각각 상이한 값을 가지며;
    b) 각각 하나의 워드(Wi)에 인접한 워드(Wi-1및 Wi+1)는 상이한 값을 가지며;
    c) 상기 코딩 장치(51)의 적어도 명백성 범위(I, II)내에서는 어떠한 시퀀스(Wi, Wi+1, ..., Wi+p-1)도 반사 대칭 시퀀스(Wi+p-1, ..., Wi+1, Wi)로서 존재해서는 안된다는 조건들 중에서 적어도 하나의 조건을 충족하는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 평가 장치(11)는 관련 위치값을 검출된 p-터플(Wi, Wi+1,..., Wi+p-1)에 할당함으로써 적어도 하나의 검출기(55)에 상대적으로 센서부(49)의 절대 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 평가 유닛(11)은 절대 위치의 일회 검출 후에 일회 검출된 위치값의 증가 또는 감소에 의해서 적어도 하나의 검출기(55)에 대해 상대적으로 센서부(49)의 예상되는 절대 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 장치(11)는 검출된 p-터플의 디지털 워드(Wp-3및 Wp-1)를 비교함으로써 작동 방향의 변동을 검출하고, 그것이 일치되는 경우에는 디지털 워드(Wp-2)의 전이 후에 회전 방향의 변동을 검출하는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 장치(11)는 검출된 p-터플을 저장된 코딩 장치(51)의 이미지와 비교함으로써 절대적인 작동 방향을 검출하며, 이를 위해서 청구항 2에 따른 조건 c)가 충족되는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 장치(11)는 이전 값의 증가/감소에 의해서 뿐만 아니라 검출된 관련 p-터플의 평가에 의해서도 절대 위치를 검출하며, 일치되지 않는 경우에는 에러 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디지털 워드(Wi)의 폭(m)은 3이며, 위치를 검출하기 위한 연속되는 예정된 개수(p)의 워드도 3인 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코딩 장치(51)는 예정된 개수(n)의 디지털 워드(Wi)를 갖는 적어도 2개의 관련 영역(I, II)을 각각 센서부(49)상에 포함하는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  10. 제 9항에 있어서,
    적어도 2개의 영역(I, II)의 적어도 하나의 시임(60, 62)이 청구항 2에 따른 조건들을 충족시키는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    회전 방향 및/또는 회전 방향 교체를 인식하기 위해서 및/또는 스텝을 인식하기 위해서 디지털 워드(Wi)의 트랙에 추가되는 하나의 트랙에 논리값 "0" 및 "1"의 연속되는 시퀀스가 제공되거나, 또는 이러한 방식으로 디지털 워드의 트랙이 형성되는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  12. 제 11항에 있어서,
    논리값 "0" 및 "1"의 교대 시퀀스로 트랙을 스캐닝하기 위해서 바람직하게는 반보 만큼 변위된 2개의 검출기가 제공되며, 평가 유닛은 센서 신호의 위상 변위로부터 회전 방향 및/또는 회전 방향 교체를 검출하는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    코딩은, 적어도 하나의 명백성 범위(I, II)내에서는 상기 코딩 장치(51)의 하나, 다수 또는 모든 시퀀스(Wi, Wi+1,..., Wi+p-1)에 대해 각각 반사된 시퀀스(Wi+p-1, ..., Wi+1, Wi)가 존재하도록 형성되며, 평가 장치(11)는 회전 방향 및 검출된 p-터플로부터 절대값을 검출하는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    검출 장치(39)는 절대 위치를 대략적으로 검출하기 위해 제공되며, 상기 검출의 정확성은 적어도 2개의 범위(I, II) 각각의 양쪽 한계에 상응하는 값의 차보다 더 우수하며, 평가 장치(11)는 전체 코딩 장치(51)내에서 절대 위치를 결정하기 위해서 먼저 검출 장치(39)를 이용하여 대략적인 절대 위치를 검출하고, 적어도 하나의 검출기(55)의 다중 의미의 정보를 추가적으로 사용하여 정확한 절대 위치값을 결정하는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 평가 장치(11)는 정확한 절대 위치값을 검출하기 위해서
    a) 개략적인 검출을 위한 검출 장치(39)의 실제 신호(ST)에 상응하는 위치값(αa)을 검출하는 단계;
    b) 검출된 위치값(αa)에 대한 허용 오차 범위의 하한치 및 상한치(αa-δ;αa+δ)를 검출하는 단계, 상기 허용 오차 범위의 폭(2δ)은 센서부(49)의 코딩 장치(51)의 각각의 명백성 범위(I, II) 보다 작음;
    c) 코딩 장치(51)를 포함하는 적어도 하나의 검출기(55)의 신호 평가에 의해서 다중 의미의 위치값(αr)을 검출하는 단계;
    d) 하기 식에 따라 보정된 절대값(αr.korr)을 검출하는 단계;
    αr.korr= INT[(αa+δ)/αr.max]αr.max+ αr(αr≤αr.max/2)
    αr.korr= INT[(αa-δ)/αr.max]αr.max+ αr(αr〉αr.max/2)가 실시되는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  16. 제 15항에 있어서,
    평가 장치(11)는, 검출된 값(αr.korr)이 허용 공차 범위내에 있는지 및 에러의 경우에는 에러 신호가 발생되는지 및/또는 절대 위치의 대략적인 검출을 위한 검출 장치(39)의 보상이 이루어지는지의 여부를 테스트하는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 평가 장치(11)는 검출된 절대값(αr.korr)과 위치값(αa) 사이의 차를 검출하여 바람직하게 비휘발성인 메모리에 저장하고, 그 차를 위치값(αa)의 미래의 검출을 위한 보정값으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절대값 센서(5)가 회전 센서로 형성되는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 센서부(49)는 회전각이 검출되어야 하는 부분(31)과 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 센서부(49)상에 제공된 코딩 장치(51)는 유한적으로, 바람직하게는 센서부(49)의 외부 둘레상에 제공되며, 각각의 시임(60, 62)에서는 청구항 2에 따른 조건이 충족되는 것을 특징으로 하는 절대값 센서.
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