KR20040032782A - 운동 또는 회전각 검출용 센서 장치의 기울기각 보상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동하는 기계 부품의 운동 또는 회전각 검출용 센서 장치의 기울기각 보상 방법에 관한 것이며, 상기 방법에서는 부품의 운동 방향에 대해 수직으로 각각 할당되고 적층 배열된 센서들을 이용하여 다수의 위상 검출기 트랙을 스캐닝함으로써 발생되는 위상 측정값이 평가된다. 부품의 운동 방향에 대해 수직인 센서들의 각위치인 기울기각(Φ)은, 벡터가 N 위상 측정값으로부터 N-1 차원의 공간으로 선형 변환됨으로써 검출되는 팩터 q에 의해서 결정된다. 편차(dTi)와의 N-1 방정식에서는, 최소 에러 제곱(error square)의 방식에 따라 팩터 q 에 대한 값이 검출되고 상기 팩터 q의 값으로부터는 각각의 위상 검출기 트랙에 대한 측정 에러(

Description

운동 또는 회전각 검출용 센서 장치의 기울기각 보상 방법{Method for the compensation of tilt angle of a sensor arrangement for the detection of a movement or an angle of rotation}

본 발명은 독립항의 전제부에 따라, 운동 또는 회전각, 특히 축 또는 샤프트의 회전각 검출 방법에 관한 것이다.

예컨대 자동차의 스티어링 휠 축 상에 작용하는 회전 모멘트를 검출하기 위해서는 스티어링 휠의 회전중 스티어링 휠의 양 회전 방향 내에서의 매우 작은 각변화가 검출되어야 한다. 이 경우 광학, 자성 또는, 예컨대 회전을 통해서 발생되고 적절한 수단으로써 검출되는 펄스의 평가에 의해서 각위치를 평가하는 증분각(incremental angle) 검출기가 사용될 수 있다. 측정 정확도를 높이기 위해, 특히 회전하는 샤프트에서의 토션에 의거해서 회전 모멘트를 측정하기 위해, 상기와 같이 증분되고, 일반적으로 주기적으로 발생하는 측정값이 평가되므로 여기서는 다수의 위상 측정값이 발생되며 상기 값으로부터는 예컨대 회전각, 각차이 또는 목표물에 대한 간격과 같은 측정하고자 하는 값이 검출된다.

상기와 같은 위상 측정값을 평가하기 위해서는, 2 개 이상의 위상 신호의 경우 예컨대 DE 101 42 449 A1에 설명된 방법이 제시된다. 여기서 측정된 위상값은 선형적 변환 방법에 의해서 계산상으로 변환되며 프리세팅된 웨이트와 함께 평가된다. 이로써 다의적이며 경우에 따라서는 방해를 받는 N 위상 측정값으로부터 매우 정확하고 견고하며 일의적인 위상 측정값을 발생시키는 방법이 설명된다. 상기 방법은 예컨대 평행한 N 트랙이 실린더 상에 제공되는 광학적 각센서에 적용된다. N 트랙 각각(N=1...N)에는, 광학적 경우 밝음-어두움 전환 영역의 n_i주기로써 나타나는 위상 정보의 n_i주기가 있다. 예컨대 자성 또는 용량성인 다른 센서 원리도 여기서 가능하다. 또한 센서의 트랙들은 실린더 대신에 평면 상에 제공될 수 있는데 이는 예컨대 경로 센서인 경우이다.

또한 DE 195 06 938 A1에는, 종래의 또는 변형된 베르너 방법을 단순 또는 다중으로 적용함으로써 위상 신호가 평가될 수 있는 것이 공지되어 있다. 또한 각차이를 검출하기 위해, DE 101 42 448 A1에는 마찬가지로, 위상 측정값이 가중되어 가산되고 이로부터 정수(whole number) 또는 비-정수 성분이 검출되는 것이 공지되어 있다.

본 발명에 따른 방법은 예컨대 상응하는 센서 장치로써, 즉 언급한 바와 같이 자동차의 스티어링 액슬(steering axle)에서 소위 토크-앵글-센서(TAS)와 함께 사용될 수 있으며, 위상 정보는 광학적 또는 자성으로 검출되어 상응하는 전기 위상 신호로 변환된다. 상기의 사용예 및, 위상 신호를 검출하기 위한 상응하는 센서 장치를 갖는 비교 가능한 다른 사용예의 경우, 센서 트랙에 대해서 센서 헤드가 경사되게 위치함으로써 측정 에러가 생길 수 있으며, 경사 위치의 각은 소위 기울기각으로서 측정 결과를 위조할 수 있다.

서두에 언급한 본 발명에 따른, 움직이는 기계 부품의 운동 또는 회전각을 검출하기 위한 방법으로써 위상 측정값이 평가될 수 있으며, 상기 측정값은 마찬가지로 부품의 운동 방향에 수직으로 중첩 구성되고 트랙에 각각 할당된 센서들을 통해, 중첩 배열된 다수의 위상 검출기 트랙을 스캐닝함으로써 발생된다. 위상 측정값은 N 위상 측정값으로부터 N-1 차원인 공간으로 벡터를 선형 변환함으로써 계산적으로 변환될 수 있다.

본 발명에 의해 바람직한 방법으로 기울기각은, 기울기각을 통해 야기된 위상 에러가 팩터에 의해 계산되고 이어서 보정이 실행됨으로써 검출된다. 이를 위해, 실시예에 의해서 더 자세히 설명되는 하기의 방법 단계가 제시된다.

변환된 비-정수 측정값의, 인접한 정수의 측정값에 대한 편차는 서두에 언급된 DE 101 42 449 A1에 공지된 방법으로써 양자화되며 상기 편차와의 N-1 방정식에서는 최소 에러 제곱의 방식에 따라 팩터를 위한 값이 검출된다. 팩터의 값으로부터, 각각의 위상 검출기 트랙을 위한 측정 에러가 검출되며 측정된 위상 측정값에서 감산된다.

이 경우 특히, 측정하고자 하는 부품에 있는 센서의 각위치가 상이할 때 측정을 통해서 기울기각이 검출되는 것이 바람직하다.

본 발명은, 특히 광학적 토크 앵글 센서(TAS)의 위상 신호를 최적의 방법으로 평가해서, 앞서 설명된 방식의 센서들일 경우에 기울기각을 보상하기에 적합하다. 상기의 보상은 제조시에 한 번, 또한 조립시 센서가 작동하면서 온라인으로도 이뤄질 수 있다. 온라인 보상의 경우 예컨대, 온도 또는 노화에 따라 센서 구조를 변형시킬 수 있는 기울기각도 보상될 수 있다.

상기의 보상은 본 발명에 따라 독립된 계산 장치, 예컨대 제어 장치에 의해서 이뤄지므로, 상기 센서 내에서는 기계적 결합이 필요하지 않으며 기울기 보상을 위해서는, 기타의 경우에서는 필요한 기준각 검출기도 필요하지 않다. 보상 파라미터는 예컨대 제어 장치의 플래쉬 메모리 내에도 저장될 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 센서 장치의 실시예는 도면에 의해 설명된다.

도 1은 예컨대 광학적 토크 앵글 센서(TAS)의 경우, 샤프트에 있는 위상 검출기 트랙의 원리적 장치를 도시한 도면.

도 2는 센서의 피팅 위치 및, 예컨대 실린더의 각위치를 갖는, 중첩 배열된 3 개의 위상 검출기 트랙 장치의 상세도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 축 2 내지 4: 신호 검출기/트랙

5, 6: 라인

도 1에는 회전하는 구성 소자로서 축(1)이 개략적으로 도시되며, 상기 축의회전각은 센서 장치에 의해 위상 검출기 트랙으로부터 검출될 수 있고, 상기 센서 장치는 서두에서 종래 기술로서 언급된 DE 101 42 448 A1에 원리적으로 공지되어 있다.

본 발명에 따른 방법의 설명은, 도 2에 도시된 광학적 신호 검출기(2 내지 4), 즉 위상 검출기 트랙의 신호들을 다차원적으로 평가하는 것에 의해 이뤄진다. 실린더의 3 트랙의 전개도의, 여기에 도시된 섹션의 경우 개별 트랙 n₁, n₂또는 n₃내로 매 회전당 주기가 통과된다. 여기에 자세히 도시되지 않은, 트랙(2 내지 4)에 대한 읽기 헤드(read head)의 설정 방향은 파선(5)으로 도시되며, 실제 피팅 위치(실제 방향)는 실선(6)으로 도시된다. 기울기각(Φ)은 라인(5, 6) 사이의 각을 나타낸다.

읽기 헤드는 트랙(2 내지 4) 내에서 밝음-어두움 전환의 위상각()을 측정한다. 하나의 트랙 내의 실린더가 하나의 주기, 즉 흑-백 쌍 내에서 계속 회전하면, 상응하는 위상각()은 2π의 영역을 통과한다. 주기적 및 이로써 다의적인, N 위상 검출기 트랙(여기서는 트랙 (2 내지 4))의 위상각은 서두에 언급된 종래 기술 DE 101 42 449 A1에 설명된 알고리즘을 이용하여 실린더 위상 검출기 또는 센서의 일의적 각위치 또는 선형 경로 검출기일 때의 각각의 위치가 검출될 수 있다.

예컨대 읽기 헤드가, 공지된 회전점인 점(D)을 갖는 기울기각(φ)을 포함하면, 이로써 야기된 측정 에러()에는 위상각()이 적용된다.

여기서d _i 는 회전점(D)에 대한 i개수 트랙의 각각의 간격, 즉 간격d ₁ 등을 갖는 트랙 2를 나타낸다. 팩터 q는 이제 측정값으로부터 결정되며, 기울기각(φ) 및 센서 구조에 따른다. 위상 검출기 트랙의 캐리어로서, 반경이 R인 하나의 실린더의 경우 예컨대 하기의 식이 적용된다.

본 발명에 따른 방법은 측정값으로부터 팩터 q를 검출하는 것에 목표를 둔다. 상기 수학식 1에서부터 조직적인 측정 에러()가 검출될 수 있으며, 측정된 값으로부터 계산될 수 있다. 서두에 언급된 DE 101 42 449 A1에 따라, 실린더의 일의적 각을 계산하기 위한 제 1 단계는 다의적인 각 값()의 벡터와 매트릭스 A 및, 하기에서는 매트릭스 B와의 곱셈이다. 상기의 변환을 통해, 벡터는 N 측정값으로부터 N-1 차원의 공간(T)으로 하기의 수학식에 따라 형성된다.

요약하면,

이 적용된다.

M ₁ 은 특별히 선택된 (N-1) 배 N 매트릭스이며, 이때 M1에 대해서는 하기의 식이 적용된다.

상기 측정값이 이상적인 것으로서 받아들여지면, 변환된 측정값의 코디네이션은 수학식 5에 의해 항상 정수이다. 측정 에러()는 물론, 변환된 측정값이 더 이상 정수가 아니도록 작용한다. 이제 정수로 양자화된, 예컨대 바로 옆에 놓인 정수로 된 인접점에 대한 값(T_i)의 편차(dT_i)가 고려된다.

상기 편차에 대해서는 하기의 식이 적용된다.

여기서 미지수 q에 대한 편차 N-1 방정식이 제공되며, 최소의 에러 제곱의 방법에 따라 팩터 q에 대한 최적의 값이 제공될 수 있다. 이경우 q와 관련된 에러 제곱 총합은 최소화된다.

개별 에러 e_i은 하기에서와 같이 계산된다.

이때 생긴 상수 q_i은 하기와 같이 계산된다.

팩터 q에 대한 해답은 하기의 식으로부터 얻어진다.

수학식 11에 따라 계산된 팩터 q로부터, 수학식 1에 따른 측정 에러()가 계산되고 측정된 위상각에서 감산된다. 기울기각(φ)으로부터 야기된 측정 에러를 정확하게 검출하기 위해서는, 예컨대 위상 검출기 트랙을 구비한 실린더의 각위치 또는 선형 센서들의 위치가 상이할 경우 다수의 측정값, 예컨대 100이 수용된 다음 dT_i에 대한 각각의 값이 검출되는 것이 바람직하다. 앞서 언급된 수학식은 값 dT_i의 평균값으로 적용된다.

본 발명은 광학적 토크 앵글 센서(TAS)의 위상 신호를 최적의 방법으로 평가해서 기울기각을 보상하기에 적합하다. 상기의 보상은 제조시에 한 번, 또한 조립시 센서가 작동하면서 온라인으로도 이뤄질 수 있다. 온라인 보상의 경우 예컨대, 온도 또는 노화에 따라 센서 구조를 변형시킬 수 있는 기울기각도 보상될 수 있다.

상기의 보상은 본 발명에 따라 독립된 계산 장치, 예컨대 제어 장치에 의해서 이뤄지므로, 상기 센서 내에서는 기계적 결합이 필요하지 않으며 기울기 보상을 위해서는, 기타의 경우에서는 필요한 기준각 검출기도 필요하지 않다. 보상 파라미터는 예컨대 제어 장치의 플래쉬 메모리 내에도 저장될 수 있다.

Claims (2)

1. 이동하는 기계 부품의 운동 또는 회전각을 검출하기 위한 방법으로서, 부품의 운동 방향에 대해서 수직으로 각각 할당되고 중첩 배열된 센서들에 의해 다수의 위상 검출기 트랙이 스캐닝됨으로써 발생되는 위상 측정값이 평가되며, 상기의 위상 측정값은 N 위상 측정값으로부터 N-1 차원의 공간으로 벡터가 선형 변환됨으로써, 변환되는 방법에 있어서,

   부품의 운동 방향에 대해서 수직인 센서들의 각위치로서, 기울기각(φ)이 팩터 q에 의해서 검출되며 상기 팩터는,

   변환된 비-정수 측정값의, 인접한 정수 측정값에 대한 편차(dTi)를 계산하고,

   상기 편차(dTi)와의 N-1 방정식으로부터, 최소 에러 제곱의 방식에 따라 상기 팩터 q에 대한 값을 검출하는 방법 단계로써 검출되며,

   상기 팩터 q의 값으로부터는 각각의 위상 검출기 트랙에 대한 측정 에러()가 검출되어, 측정된 위상 측정값에서 감산되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 기울기각은 측정될 부품에 있는 센서들의 각위치가 상이할 경우 측정을 통해서 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.