KR20060050551A - 왕복 피스톤식 내연기관의 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의상대 회전각 위치를 측정하는 방법 - Google Patents

왕복 피스톤식 내연기관의 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의상대 회전각 위치를 측정하는 방법 Download PDF

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루크 라멜렌 운트 쿠플룽스바우베타일리궁스 카게
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Abstract

본 발명은 왕복 피스톤식 내연기관의 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대 회전각 위치를 측정하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서는 크랭크샤프트가 조정 기어박스를 통해 캠샤프트와 구동 연결되고, 상기 캠샤프트는 크랭크샤프트에 고정된 입력 샤프트, 캠샤프트에 고정된 출력 샤프트 및 조정 모터와 구동 연결된 조정 샤프트를 포함하는 3축 기어박스로서 형성되며, 적어도 하나의 크랭크샤프트 측정 시점에 대해 크랭크샤프트 회전각 측정값이 검출되고, 적어도 2개의 조정 샤프트 측정 시점에 대해 각각 하나의 조정 샤프트 회전각 측정값이 디지털 방식으로 검출되며, 크랭크샤프트 측정 시점과 조정 샤프트 측정 시점 이후의 적어도 하나의 기준 시점에 대해 적어도 하나의 크랭크샤프트 회전각 측정값, 적어도 하나의 조정 샤프트 회전각 측정값 및 3축 기어박스의 기어 특성값을 기초로 하여 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전각 위치가 산출된다.
피스톤, 내연기관, 크랭크 샤프트, 캠샤프트

Description

왕복 피스톤식 내연기관의 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대 회전각 위치를 측정하는 방법{METHOD FOR MEASURING ROTATION ANGLE POSITION OF CAMSCHAFT OF RECIPROCATING PISTON-COMBUSTION ENGINE RELATIVE TO CRANKSHAFT}
도 1은 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대 회전각 위치를 변동시키기 위한 조정 장치를 포함하는, 왕복 피스톤식 내연기관의 크랭크샤프트-캠샤프트 장치의 개략도이다.
도 2는 조정 장치의 조정 모터 회전자의 실제 회전각 특성곡선 및 회전각 측정값을 도시한 그래프로서, 여기서 가로축은 시간을, 세로축은 회전각을 나타낸다.
도 3은 조정 모터의 실제 회전각 특성곡선을 도시한 그래프로서, 여기서는 회전각 특성곡선에 홀 센서 펄스가 발생하는 위치가 표시되어 있고, 가로축은 시간을, 세로축은 회전각을 나타낸다.
도 4는 EC 모터 회전자의 단부면의 개략도로서, 여기서는 회전자의 둘레에 자석 세그먼트들이 배치되어 있고, 고정자에 대한 회전자의 상대적 위치를 검출하기 위한 위치 측정 장치가 제공되어 있다.
도 5는 위치 측정 장치에 의해 검출된 위치 측정 신호의 그래프이다.
도 6은 위치 측정 신호에서 발생한 각속도 신호의 보정시 개별 단계들을 설명하는 순서도이다.
도 7은 보정 계수들의 값을 막대 그래프로 도시한 것으로, 막대 아래에는 각각 관련 보정 계수에 할당된 위치 측정 신호의 값이 표시되고, 그 밑에는 자석 세그먼트-센서 조합체의 관련 보정 계수에 할당된 지수가 표시되어 있다.
*도면의 주요 부호 설명*
1..8: 자석 세그먼트
9: 지지부
11: 캠샤프트
12: 크랭크샤프트
13: 조정 장치
14: EC 모터
15: 유도 센서
16: 링 기어
17: 측정 장치
18: 홀 센서
19: 트리거 휠
α: 2개의 자석 세그먼트 사이의 각도
β: 각도
A, B, C: 자계 센서
A': 자계 센서 A의 출력 신호
B': 자계 센서 B의 출력 신호
C': 자계 센서 C의 출력 신호
Pf: 회전 방향
본 발명은 왕복 피스톤식 내연기관의 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대 회전각 위치를 측정하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서는 크랭크샤프트가 조정 기어박스를 통해 캠샤프트와 구동 연결되고, 상기 캠샤프트는 크랭크샤프트에 고정된 입력 샤프트, 캠샤프트에 고정된 출력 샤프트 및 조정 모터와 구동 연결된 조정 샤프트를 포함하는 3축 기어박스로서 형성되며, 적어도 하나의 크랭크샤프트 측정 시점에 대해 크랭크샤프트 회전각 측정값이 검출되고, 적어도 2개의 조정 샤프트 측정 시점에 대해 각각 하나의 조정 샤프트 회전각 측정값이 디지털 방식으로 검출되며, 크랭크샤프트 측정 시점과 조정 샤프트 측정 시점 이후의 적어도 하나의 기준 시점에 대해 적어도 하나의 크랭크샤프트 회전각 측정값, 적어도 하나의 조정 샤프트 회전각 측정값 및 3축 기어박스의 기어 특성값을 기초로 하여 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전각 위치가 산출된다.
상기 방법은 당업계에 공지되어 있다. 상기 방법에서는 조정 기어박스로서, 캠샤프트에 대해 회전할 수 있게 장착된 캠샤프트 기어휠과 회전 불가능하게 연결된 입력 샤프트를 가진 유성 기어가 제공되고, 상기 캠샤프트 기어휠은 구동 체인을 통해 크랭크샤프트 기어휠과 구동 연결된다. 조정 기어박스의 출력 샤프트는 캠샤프트와 구동 연결되고, 조정 샤프트는 조정 모터와 구동 연결된다. 입력 샤프트가 정지해 있으면, 조정 샤프트와 출력 샤프트 사이에 조정 기어박스에 의해 기어 변속비, 소위 유성 기어비가 제공된다. 조정 샤프트가 회전하면, 캠샤프트 기어휠에 대한 상기 조정 샤프트의 상대 회전 방향에 따라 입력 샤프트와 출력 샤프트 사이의 기어비가 증가하거나 감소하며, 그로 인해 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위상 위치가 변한다. 위상 위치가 일정한 내연기관이 구동되는 방법에 비해, 위상 위치의 매칭을 통해 내연기관의 실린더 충전이 더 개선됨에 따라 연료가 절약되고, 유해 물질 배출량이 감소되고/거나 내연기관의 출력이 증가될 수 있다. 위상 위치를 목표값 신호로 조정하기 위해, 우선 크랭크샤프트 및 조정 샤프트의 회전각이 유도 센서들에 의해 측정된 다음, 공지되어 있는 유성 기어비를 이용하여 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위상 위치의 실제값 신호가 산출된다. 마이크로프로세서에 기반한 전자 제어 장치의 경우 임의의 기준 시점에 인터럽트가 트리거링되고, 상기 시점에 조정 샤프트 회전각 측정값이 컨트롤 장치로 판독 입력되어 미리 주어진 목표값 신호와 비교된다. 상기 측정값과 목표값 신호 사이에 편차가 발생하는 경우, 그러한 편차가 감소되도록 상기 컨트롤 장치가 EC 모터를 제어한다. 조정 샤프트 회전각의 측정은 EC 모터 회전자의 둘레에 배치된 자석 세그먼트들의 위치를 디지털 방식으로 검출하는 자계 센서를 이용하여 이루어진다. 그러나 측정값의 디지털화 및 조정 샤프트 측정 시점과 차이가 나는 기준 시점으로 인해 측정이 부정확해지고, 그 결과 측정된 캠샤프트의 상대 회전각 위치가 실제 회전각 위치만큼 톱니 형태로 변동(진동)하게 된다. 이는 제어 정확도에 부정적인 영향을 미칠뿐만 아니라, EC 모터의 에너지 소비를 증가시킨다.
따라서 본 발명의 목적은 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대 회전각 위치의 정확한 측정을 가능하게 하는, 도입부에 언급한 방식의 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 적어도 2개의 조정 샤프트 회전각 측정값, 조정 샤프트 측정 시점들간의 시간차 및 최종 조정 샤프트 측정 시점과 기준 시점 사이의 시간차로부터 기준 시점에서 조정 샤프트가 갖는 회전각 추정값이 외삽(extrapolate)되고, 상기 추정값, 적어도 하나의 크랭크샤프트 회전각 측정값 및 기어 특성값을 기초로 하여 회전각 위치의 값이 산출됨으로써 달성된다.
즉, 바람직하게는 조정 샤프트가 최종 조정 샤프트 측정 시점과 각각의 현재 기준 시점 사이에서 계속 회전한 각도가 추정되고 위상 위치에 대한 값들의 산출시 고려됨으로써 상기 위상 위치에 대한 값들의 정확도가 높아진다. 그로 인해, 실제 조정 샤프트 회전각 특성곡선 주변에서 일어나는 측정된 조정 샤프트 회전각 특성곡선의 톱니형 변동의 진폭이 상응하게 감소된다. 그럼으로써 본 발명에 따른 방법은 위상 위치의 산출시 높은 정밀성을 제공할 뿐만 아니라 내연기관의 에너지 소비를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는, 적어도 각각의 최종 조정 샤프트 측정 시점에 대해 조정 샤프트의 각속도 값이 산출되고, 이때 상기 최종 조정 샤프트 회 전각 측정값, 최종 조정 샤프트 측정 시점과 기준 시점 사이의 시간차 및 상기 각속도 값으로부터 기준 시점에서 조정 샤프트가 갖는 회전각의 추정값이 산출된다. 즉, 기준 시점에서의 조정 샤프트 회전각 측정값은 각각의 최종 조정 샤프트 회전각 측정값으로부터 각속도 값을 이용하여 선형 내삽(interpolation)을 통해 산출된다. 각속도 값은 마지막에 측정된 2개의 각속도 값의 각도차 및 상기 각속도 값들에 지정된 측정 시점들간의 시간차로부터 산출될 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는, 조정 모터가 권선을 포함한 고정자 및 조정 샤프트와 회전 불가능하게 연결된 회전자를 가진 EC 모터이고, 상기 회전자에는 서로 원주 방향으로 엇배치되어 서로 반대 방향으로 교대로 자화되는 자석 세그먼트들이 배치되며, 상기 자석 세그먼트들은 그들의 배치 및/또는 크기와 관련하여 허용오차를 가지고, 이때 조정 샤프트 회전각 측정값 및/또는 각속도 값의 검출을 위해 고정자에 대한 상기 자석 세그먼트들의 상대 위치가 검출되며, 적어도 하나의 허용오차가 조정 샤프트 회전각 측정값에 미치는 영향을 보상하기 위한 적어도 하나의 보정값(correction value)이 검출되고, 이때 상기 보정값을 이용하여 상기 조정 샤프트 회전각 측정값 및/또는 각속도 값이 보정된다. 이러한 실시예는, 허용오차의 영향을 받는 회전자의 자석 세그먼트가 고정자에 고정 설치된 자석 센서를 여러번 지날 때, 상기 자석 센서를 이용하여 검출된 위치 측정 신호는 상기 자석 센서가 통과할 때마다 항상 자석 세그먼트의 허용오차에 기인하는 동일한 에러를 나타낸다는 사실에 기초한다. 이러한 에러는 측정을 통해 검출되거나, 또는 관련 자석 세그먼트가 자계 센서를 재차 통과할 때 추후 시점에 조정 샤프트 회전각 측 정값을 보정하는데 사용되는 보정값을 산출하기 위해 다른 방식으로 검출된다. 그럼으로써 자석 세그먼트의 허용 오차로 인해 야기된 속도 신호의 측정 부정확성이 간단하게 보정될 수 있다. 심지어 상기 보정은, 보정된 속도값과 보정되지 않은 속도값 간의 시간 지연 없이 각각 현재 측정된 속도값에서 실시간으로 실행될 수 있다.
자석 세그먼트들의 위치는 고정자에 다수의 자계 센서들을 갖는 측정 장치에 의해 검출되는 것이 바람직하고, 상기 자계 센서들은 고정자에 대해 회전자가 회전할 때마다 다수의 자석 세그먼트-센서-조합체가 통과(순환)되는 방식으로 고정자의 원주 방향으로 서로 엇갈리게 배치되며, 상기 자석 세그먼트-센서-조합체 각각에 대해 보정값이 산출, 저장되어 조정 샤프트 회전각 측정값 및/또는 각속도 값의 보정에 사용되는 것이 바람직하다. 그러한 경우, 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대 위상 위치가 더욱 정밀하게 조정될 수 있다. 자석 세그먼트-센서-조합체의 개수는 바람직하게 회전자의 자계 센서 개수와 자극 개수의 곱에 상응한다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는, 다수의 자석 세그먼트-센서-조합체가 통과(순환)되는 방식으로 회전자가 고정자에 대해 상대 회전을 하며, 이때 자석 세그먼트-센서-조합체에 대해 보정되지 않은 제 1 조정 샤프트 회전각 측정값 및/또는 각속도 값이 측정 장치에 의해 검출되고, 상기 제 1 조정 샤프트 회전각 측정값 내지는 각속도 값보다 정확도가 더 높은 조정 샤프트 회전각 및/또는 각속도에 대한 기준값이 추가로 검출되며, 이때 보정되지 않은 제 1 조정 샤프트 회전각 측정값 내지는 각속도 값을 이용하여 보정 계수로서의 보정값이 산출되고, 보정되지 않 은 제 1 조정 샤프트 회전각 측정값 및/또는 각속도 값에 할당된 자석 세그먼트-센서-조합체가 재차 통과(순환)하며, 이때 측정 장치에 의해 보정된 제 2 조정 샤프트 회전각 측정값 내지는 각속도 값이 검출되고, 상기 값은 그 이전에 산출된 보정 계수에 의해 보정된다. 즉, 보정값은 보정 계수의 형태로 산출되며, 그로 인해 상이한 속도에서 자석 세그먼트의 허용오차로 인한 측정 오류의 보정이 가능하다. 기준 신호는 예컨대 EC 모터의 제조시 추가의 위치 측정 장치에 의해 검출되는 측정 신호일 수 있다. 또한, 기준 신호는 속도 신호일 수도 있고/거나 EC 모터와 결합된 샤프트의 통합 가속 신호일 수도 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는, 보정되지 않은 제 1 조정 샤프트 회전각 측정값 내지는 각속도 값이 필터링을 통해 평활화됨으로써 기준값이 생성된다. 그 결과, 기준 신호의 측정을 위한 추가 센서가 생략될 수 있다.
개별 자석 세그먼트-센서-조합체가 적어도 2회 형성되는 방식으로 회전자가 고정자에 대해 상대회전하고, 이때 각각의 자석 세그먼트-센서-조합체에 대해 조정 샤프트 회전각 측정값 내지는 각속도 값의 보정 계수가 산출되며, 상기 개별 자석 세그먼트-센서-조합체에 대해 산출된 보정 계수들로부터 각각 평균값이 생성되고, 상기 평균값이 새로운 보정 계수로서 저장되며, 자석 세그먼트-센서-조합체가 재차 통과(순환)할 때 상기 새로운 보정 계수에 의해 상기 조정 샤프트 회전각 측정값 내지는 각속도 값이 보정되는 것이 바람직하다. 이때 개별 자석 세그먼트-센서-조합체가 최대한 자주 통과하는 것이 바람직하며, 이는 전자식 캠샤프트 조정용 EC 모터의 경우 아무 문제없이 가능한데, 그 이유는 상기 EC 모터가 내연기관이 구동 되는 동안 계속 회전하기 때문이다.
본 발명의 한 실시예에서는 평균값으로서 각각 산술 평균값이 생성된다. 이때 평균값 생성에 사용된 전체 보정 계수가 동일한 가중치로 평균값에 산입된다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는 평균값으로서 각각 슬라이딩 평균값이 생성되는데, 이는 상기 보정 계수들이 노후화될수록 평균값에 산입되는 보정 계수들의 가중치가 감소되는 방식으로 이루어진다. 즉, 평균값에서는 점점 뒤쳐지는 시점에 해당되는 보정 계수들보다 새로운 보정 계수가 더 비중 있게 고려된다. 자석 세그먼트-센서-조합체의 인식을 불가능하게 함으로써 이미 산출된 보정 계수들이 잘못된 자석 세그먼트에 할당되게 하는 에러가 한 번 발생한 경우, 잘못된 보정 계수 할당은 속도 신호의 보정에 단시간만 영향을 미친다. 즉, 잘못된 보정 계수는 상대적으로 빠르게 "망각된다".
바람직하게는 개별 자석 세그먼트-센서-조합체에 대한 슬라이딩 평균값(Fnew[i(t-T)])이 공식, Fnew[i(t-T)] = λFold[i(t-T)] + (1-λ) F[i(t-T)]에 따라 주기적으로 산출되고, 이때 i는 각각의 자석 세그먼트-센서-조합체를 식별하는 지수를, t는 시간을, T는 실제 각속도와 측정된 각속도 값들 사이의 지연 시간을, Fnew[i(t-T)]는 최종 평균값 생성시 지수 i에서 산출된 평균값을, 그리고 λ는 망각 계수(forgetting factor)를 나타내며, 상기 망각 계수는 0보다 크고 1보다 작으며, 바람직하게는 0.7 내지 0.9 사이의 값을 갖는다. 이러한 방식의 평균값 생성은 실시간 계산에 매우 적합하다. 시간 T는 속도의 함수로서, 속도가 증가함에 따라 감 소한다(이벤트 제어 시스템).
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는,
a) 회전자가 고정자에 대해 상대 회전하고, 개별 자석 세그먼트-센서-조합체에 대한 보정 계수들이 산출 및 저장되며,
b) 이어서 관련 자석 세그먼트-센서-조합체가 다시 통과되고, 이때 새로운 보정 계수들의 세트가 산출되며,
c) 이전 보정 계수 세트의 보정 계수들이 새로운 보정 계수 세트의 보정 계수들로 주기적으로 교환되고, 그런 다음 상기 보정 계수 세트들이 서로 비교되며,
d) 이전 보정 계수 세트의 모든 교체 조합들이 새로운 보정 계수 세트와 비교될 때까지 단계 c)가 반복되고,
e) 새로운 보정 계수 세트와의 일치성이 가장 높게 나타나는 교체 조합이 검출되며,
f) 이전 보정 계수 세트의 보정값이 상기 교체 조합에 지정 배치됨에 따라 각속도 값이 보정된다.
자석 세그먼트들에 대한 보정 계수들의 할당이 예컨대 측정 신호의 간섭으로 인해 의도치 않게 변동된 경우, 상기 할당이 전술한 방식으로 반복 실시될 수 있다. 그럼으로써 간섭이 발생한 후에도 미리 산출된 보정 계수들이 계속 이용될 수 있다. 이 경우, 고정자에 대한 회전자의 상대적 위치의 절대 측정을 가능하게 하는 EC 모터 회전자의 특성값이 생략될 수 있다. 그러나 더 바람직하게는 EC 모터가 다시 스위치 온된 후에도 상기 과정이 적용될 수 있으며, 그 결과 EC 모터의 이 전 스위치 온 단계 동안 산출되어 비휘발성 메모리에 저장되었던 보정 계수들을 이전 스위치 온 단계동안 산출된 관련 보정 계수를 갖는 자석 세그먼트-센서-조합체에 할당할 수 있다.
경우에 따라 보정 계수들이 EC 모터의 제조시, 바람직하게는 마지막 제조 단계에서 이상적인 조건 하에서 산출될 수도 있다.
보정 계수 세트들간의 일치성이 최대로 나타나는 교체 조합에서 이전 보정 계수 세트와 신규 보정 계수 세트의 각각 서로 할당된 보정 계수들로부터 각각 평균값이 생성되어 새로운 보정 계수로서 저장되고, 이러한 평균값 생성을 통해 얻어진 보정 계수 세트에 의해 각속도 값들이 보정되는 것이 바람직하다. 즉, 각속도 값의 보정시 제 1 데이터 세트의 보정 계수들뿐만 아니라 제 2 데이터 세트의 보정 계수들도 고려된다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는,
a) 모든 자석 세그먼트-센서-조합체가 적어도 한 번 통과되는 방식으로 회전자가 고정자에 대해 상대 회전하고,
b) 이때 EC 모터가 회전할 때마다 회전자의 각각의 극쌍에 대해 각각 다수의 측정 신호 상태들이 통과되는 방식으로 자계 센서들의 위치 측정 신호가 발생하며,
c) 각각 적어도 관련 자석 세그먼트-센서-조합체의 보정 계수 및 상기 자석 세그먼트-센서-조합체에 할당된 측정 신호 상태로 구성된, 상기 자석 세그먼트-센서-조합체에 상응하는 개수의 값 조합을 가진 제 1 데이터 세트가 산출 및 저장되고,
d) 이어서 관련 상기 자석 세그먼트-센서-조합체가 재차 통과되며, 이때 값 조합을 갖는 새로운 제 2 데이터 세트가 산출 및 저장되고,
e) 제 1 데이터 세트의 측정 신호 상태들과 제 2 데이터 세트의 측정 신호 상태들 간에 편차가 있는 경우, 상기 데이터 세트들의 측정 신호 상태들이 일치되도록 상기 제 1 데이터 세트의 값 조합들이 상기 제 2 데이터 세트의 값 조합들에 대해 주기적으로 상대 이동되며,
f) 이어서 각각 서로 할당된 데이터 세트들의 보정 계수들이 서로 비교되고,
g) 하나의 데이터 세트의 보정 계수들이 자계 센서의 개수에 두 배에 해당하는 단계만큼 다른 데이터 세트의 보정 계수들로 주기적으로 교환된 다음, 각각 서로 할당된 데이터 세트들의 보정 계수들이 서로 비교되며,
h) 상기 단계 g)는 경우에 따라 모든 교체 조합이 처리될 때까지 반복되고,
i) 상기 데이터 세트들의 보정 계수들간의 일치성이 최대로 나타나는 교체 조합이 산출되며,
j) 상기 교체 조합에 제 1 데이터 세트의 보정값이 지정 배치됨에 따라 각속도 값들이 보정된다.
이러한 조치들을 통해, 자석 세그먼트-센서-조합체로의 보정 계수 할당이 상대적으로 적은 교환 작업 내지는 이동 작업 및 그에 상응하는 적은 시간 비용으로 반복 수행될 수 있다.
이러한 경우 심지어 데이터 세트들의 보정 계수들간의 일치성이 최대로 나타나는 교체 조합에서 각각 서로 할당된 제 1 및 제 2 데이터 세트의 보정 계수들로 부터 각각 평균값이 생성되어 새로운 보정 계수로서 저장되고, 이러한 평균값 생성을 통해 얻어진 보정 계수 세트에 의해 각속도 값들이 보정될 수 있다. 따라서 속도 신호의 보정시 제 1 데이터 세트의 보정 계수들뿐만 아니라 제 2 데이터 세트의 보정 계수들도 고려된다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는, 보정되지 않은 각속도 값과 보정된 각속도 값의 변동폭이 각각 하나의 타임 프레임 내에서 산출되어 서로 비교되고, 이때 보정된 각속도 값의 변동폭이 보정되지 않은 각속도 값의 변동폭보다 더 큰 경우 보정 계수들이 새로 산출되고/거나 자석 세그먼트-센서-조합체로의 보정 계수 할당이 복구된다. 이때 보정된 각속도 값의 변동이 보정되지 않은 각속도 값의 변동보다 더 큰 경우 개별 자석 세그먼트-센서-조합체로의 보정 계수 할당시 예컨대 EMC(Electromagnetic Compatibility) 조사(irradiation)로 인해 에러가 발생한다. 이러한 에러의 보정을 위해 보정 계수가 값 1로 리세트된 다음 새로 적응되거나, 또는 예컨대 보정 계수의 주기적 교환을 통해 최초의 할당이 복구될 수 있다.
바람직하게는 보정 계수가 0.8 내지 1.2 사이의 사전 설정된 값 범위로 제한된다. 그로 인해, 속도 신호에서 사전 설정된 값 범위의 밖에 놓이는 신뢰성 없는 보정 계수들에 의해 야기되는 이상값(outlier)이 억제될 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는 회전자의 질량관성 모멘트의 관성 모멘트값이 산출되고, 개별 조정 샤프트 측정 시점에 대해 권선 내 전류에 대한 각각의 전류값(I(k))이 측정됨으로써 전류 신호(I)가 검출되며, 개별 각속도 값(ω(k))에 대해 더 이전의 조정 샤프트 측정 시점에 할당된 각속도 값(ωk(k-1)), 전류 신호(I) 및 관성 모멘트 값으로부터 상기 각속도 값(ω(k))의 추정값(ωs(k))이 산출되고, 상기 추정값(ωs(k))에는 상기 추정값(ωs(k))이 포함되는 허용오차 범위가 지정되며, 상기 각속도 값(ω(k))이 상기 허용오차 범위 밖에 놓이는 경우, 상기 각속도 값(ω(k))은 상기 허용오차 범위 내에 존재하는 각속도 값(ωk(k))으로 대체된다. 즉, 허용오차 범위 밖에 놓임으로써 신뢰성이 없는 각속도 값(ω(k))이 허용오차 범위로 제한되는 것이 바람직하며, 이때 허용오차 범위의 한계값은 다이내믹하게 산출된다. 그 결과, 각속도 측정 신호의 변동이 간단하게 평활화될 수 있으며, 이때 평활화된 또는 보정된 각속도 측정 신호와 측정된 각속도 신호 사이의 시간 지연은 일어나지 않는다. 이러한 값 제한은 하기와 같은 전기 기계의 동적 방정식(dynamic equation)에 기초한다.
J·dω/dt = Kt·I
상기 식에서 J는 회전자의 질량 관성모멘트를, ω는 회전자 속도를, Kt는 전기 기계의 상수를, I는 권선 전류를, 그리고 t는 시간을 나타낸다. 속도 추정값(ωs(k))은 하기와 같이 산출되며, T는 샘플링 지속시간을 나타낸다.
Figure 112005046240803-PAT00001
허용오차 범위의 폭이 ±△ω lim 로 결정되면, k번째 속도 측정값(ω(k))에 대 해 허용오차 범위의 상위 경계값(ω HighLim (k)) 및 하위 경계값(ω LowLim (k))이 추정값(ωs)에서 시작하여 하기와 같이 산출될 수 있다.
ω HighLim (k) = ωs + △ω lim = ω(k-1) + TK t ·I(k-1)/J + △ω lim
ω LowLim (k) = ωs - △ω lim = ω(k-1) + TK t ·I(k-1)/J - △ω lim
이때, 각속도 값의 변동을 현저히 감소시킬 수 있도록 허용오차 범위의 폭(±△ω lim )이 바람직하게 속도 측정값(ω(k))의 변동폭보다 훨씬 더 작게 선택된다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는 회전자에 부하 모멘트가 가해지는데, 이때 상기 부하 모멘트에 대해 부하 모멘트 신호(ML)가 제공되고, 이전 샘플링 시점에 할당된 각속도 값(ωk(k-1)), 전류 신호(I), 부하 모멘트 신호(ML) 및 관성 모멘트값으로부터 속도 추정값(ωs(k))이 산출된다. 이러한 EC 모터의 동적 방정식은 하기와 같다.
J·dω/dt = Kt·I - ML
이로부터 속도 추정값(ωs(k)) 및 허용오차 범위의 상위 경계값(ω HighLim (k))과 하위 경계값(ω LowLim (k))이 하기와 같이 산출된다.
Figure 112005046240803-PAT00002
ω HighLim (k) = ωs + △ω lim = ω(k-1) + T/J[K t ·I(k-1) - ML(k-1)] + △ω lim
ω LowLim (k) = ωs - △ω lim = ω(k-1) + T/J[K t ·I(k-1) - ML(k-1)] - △ω lim
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는 권선에 인가된 전압이 검출되는데, 이때 상기 전압, 권선의 임피던스, 경우에 따라 보정된 속도 측정값(ω(k)) 및 모터 상수(Ke)로부터 간접적으로 전류값(I(k))이 산출된다. 상응하는 시스템 방정식은 하기와 같다.
U = RA ·I + LA ·dl/dt + Ke ·ωk
위 식에서 RA는 권선의 옴의 저항을, LA는 권선의 인덕턴스를, 그리고 Ke는 전기 기계의 기계 상수를 나타낸다. 이 방법은 권선에 인가된 전압의 펄스폭 변조에 의해 권선 전류가 조정되는 EC 모터에서 바람직하게 사용된다.
허용오차 범위의 폭 및/또는 레벨이 이전 조정 샤프트 측정 시점에 할당된 각속도 값(ωk(k-1))을 기초로 선택되고, 속도가 증가함에 따라 감소되고/거나 속도가 감소함에 따라 증가되는 것이 바람직하다. 캠샤프트의 부하 모멘트에 대해 속도에 따라 정확도가 달라지는 평균값이 제공되는 경우, 허용오차 범위의 폭 산출시 정확도의 속도 의존도가 고려될 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는, 허용오차 범위의 폭 및/또는 레벨이 전류 신호(I)를 기초로 하여 선택되고, 바람직하게는 전류가 증가함에 따라 증대되고/거나 전류가 감소함에 따라 감소된다. 이때 권선 전류가 증가하면 통상 회전자가 가속됨에 따라 속도가 그에 상응하게 증가된다는 것이 전제된다. 즉, 허용오차 범위의 폭 및/또는 레벨은 권선에 전류가 흐름으로써 예상되는 회전자의 속도 변동에 매칭된다.
속도 신호가 예컨대 리플(ripple)과 같은 장애를 받는 경우, 권선 전류는 대부분 그에 상응하게 약화된다. 이 경우, 필터링을 통해, 특히 슬라이딩 평균값 형성을 통해 전류 신호(I)를 평활화하고, 필터링된 전류 신호(I)를 이용하여 각속도 값(ω(k))의 추정값(ωs(k))을 산출하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는, 적어도 2개의 크랭크샤프트 회전각 측정값, 상기 두 측정값에 할당된 크랭크샤프트 회전각 측정 시점 사이의 시간차 및 최종 크랭크샤프트 측정 시점과 기준 시점 사이의 시간차로부터 기준 시점에서 크랭크샤프트가 갖는 회전각 추정값이 외삽(extrapolate)되고, 이때 상기 기준 시점과 최종 크랭크샤프트 측정 시점 사이의 시간차가 산출되며, 상기 최종 크랭크샤프트 측정 시점에서의 크랭크샤프트 회전각 측정값, 상기 시간차 및 상기 각속도 값으로부터 추정값이 산출된다. 이러한 조치들과 조정 샤프트 측정 시점의 외삽이 조합됨으로써 위상 위치의 조정시 매우 높은 정밀도가 달성될 수 있다.
하기에는 도면을 참고로 본 발명의 실시예를 더 상세히 설명한다.
왕복 피스톤 내연기관의 크랭크샤프트(12)에 대한 캠샤프트(11)의 회전각 위치 또는 위상 위치를 조정하기 위한 조정 장치는 크랭크샤프트에 고정된 입력 샤프트, 캠샤프트에 고정된 출력 샤프트 및 조정 모터의 회전자와 구동 연결된 조정 샤프트를 구비한 3축 기어박스로서 형성된 조정 기어(13)를 포함한다. 위상 위치의 측정값들을 산출하기 위해 크랭크샤프트 측정 시점에 각각 크랭크샤프트 회전각의 측정값이 검출된다. 또한, 조정 샤프트 측정 시점에 각각 조정 샤프트 회전각의 측정값이 측정된다. 크랭크샤프트 회전각 및 조정 샤프트 회전각의 측정값으로부터 공지되어 있는 3축 기어박스의 유성 기어비를 이용하여 위상 위치에 대한 값이 산출된다.
도 1에서, 크랭크샤프트 회전각의 측정을 위해 크랭크샤프트(12)에 배치된, 자기 전도성 재료로 이루어진 링 기어(16)의 치면을 감지하는 유도 센서(15)가 제공된 것을 볼 수 있다. 링 기어(16)의 톱니들 또는 톱니 홈들(tooth space) 중 하나는 나머지 다른 톱니들 또는 톱니 홈들보다 더 큰 폭을 가지며, 기준 마크로 사용된다. 상기 기준 마크가 센서(15)를 통과할 때 크랭크샤프트 회전각의 측정값이 출발값으로 세팅된다. 그런 다음 기준 마크가 센서(15)를 다시 지날 때까지 치면이 감지될 때마다 측정값이 갱신된다. 크랭크샤프트 각도의 측정값 갱신은 제어 장치를 이용하여 수행되며, 치면의 감지시 상기 제어 장치의 작동 프로그램 내에서 인터럽트가 트리거링된다. 즉, 크랭크샤프트 회전각이 디지털 방식으로 측정된다.
조정 모터로는 회전자를 포함하는 EC 모터(14)가 제공되고, 상기 회전자의 둘레에는 서로 반대방향으로 교대로 자화되는 일련의 자석 세그먼트들이 배치되며, 상기 자석 세그먼트들은 공기틈을 통해 고정자의 톱니들과 자기적으로 상호 작용한다. 상기 톱니들에는 권선이 감겨 있고, 상기 권선에는 트리거 장치에 의해 전류가 통한다.
고정자에 대한 자석 세그먼트들의 상대위치 및 조정 샤프트 회전각이 고정자 에 다수의 자계 센서들(A, B, C)을 갖는 측정 장치(17)에 의해 검출되고, 상기 자계 센서들은 회전자가 회전할 때마다 다수의 자석 세그먼트-센서-조합체가 통과되는 방식으로 고정자의 원주 방향으로 서로 엇갈려 배치된다. 캠샤프트 회전각의 기준값 센서로는 홀 센서(18)가 제공되고, 상기 홀 센서는 캠샤프트(11)에 배치된 트리거 휠(19)과 상호 작용한다. 홀 센서(18)가 트리거 휠(19)의 치면을 감지하면, 제어 장치의 작동 프로그램 내에서 인터럽트가 트리거링되고, 상기 제어 장치에 크랭크샤프트 회전각 및 조정 샤프트 회전각이 중간 저장된다. 상기 인터럽트는 하기에서 캠샤프트 인터럽트로도 표기된다.
캠샤프트에 의해 트리거링된 절대각(εabs) 및 상대 조정각(Δεrel)으로부터 실제 조정각(εactual)이 계산된다. 실제 조정각(εactual)을 대표하는 신호는 위상 위치의 조정을 위해 제공된 제어 회로의 실제값 입력에 인가된다. 절대각(εabs)은 캠샤프트 인터럽트가 트리거링되는 시점(ttrigCaS)의 크랭크샤프트 각도이다.
εabs = εCS(ttrigCaS)
캠샤프트 트리거링시의 기준값과 관련한 회전자 및 크랭크샤프트의 동시적(with chronological synchronism) 변동(
Figure 112005046240803-PAT00003
및
Figure 112005046240803-PAT00004
)으로부터 3축 기어박스의 기어박스 기초 방정식을 통해 크랭크샤프트(12)에 대한 캠샤프트(11)의 상대 회전각 위치(Δεrel)가 산출된다.
Figure 112005046240803-PAT00005
Figure 112005046240803-PAT00006
(1.1)
여기서 ig는 캠샤프트(11)와 조정 샤프트 사이의 유성 기어비이다.
Figure 112005046240803-PAT00007
회전각 위치(Δεrel)를 계산할 수 있도록 하기 위해, 캠샤프트 트리거링 시점에 크랭크샤프트의 각도(
Figure 112005046240803-PAT00008
) 및 EC 모터 회전자 또는 조정 샤프트의 각도(
Figure 112005046240803-PAT00009
)가 저장된다. 그런 다음 추후 임의 시점에 제어 장치의 작동 프로그램 내에서 인터럽트가 트리거링되고, 중간 저장되었던 각도(
Figure 112005046240803-PAT00010
및
Figure 112005046240803-PAT00011
)를 이용하여 회전각 위치(Δεrel)가 산출된다. 상기 인터럽트는 하기에서 주기적 인터럽트로도 표기된다.
상대 회전각 위치(Δεrel)의 풀이는 방정식 (1.1)의 개별 요소들의 불확실성(uncertainty)의 고려를 통해 이루어진다. 크랭크샤프트 회전각은 예컨대 -0 내지 +0.2°의 불확실성을 갖는다. 측정 장치(17)의 풀이값(δEM)은 극쌍(P)의 개수(예: P=7) 및 자계 센서(A, B, C)의 개수(m)(예: m=3)로부터 산출된다.
Figure 112005046240803-PAT00012
여기서 불확실성 범위(속도가 양(+)일 때)는 일면에서(one-sided) -0 내지 +8.57°로 세팅될 수 있는데, 그 이유는 상기 각도가 각각 자석 세그먼트-센서-조합체의 교체 시점에 정확한 것으로 가정되고, 상기 시점 이후에 증가하기 때문이다. 상대 회전각 위치(Δεrel)가 크랭크샤프트 회전각(
Figure 112005046240803-PAT00013
) 및 조정 샤프트 회전각(
Figure 112005046240803-PAT00014
)으로부터 직접 산출되면, -0.29°내지 +0.49°의 상대 회전각 위치의 측정 신뢰도가 얻어진다.
Figure 112005046240803-PAT00015
도 2에서 볼 수 있듯이, 조정 샤프트 회전각의 디지털화는 주기적 인터럽트가 발생하는 시점들과 자석 세그먼트-센서-조합체들이 바뀌는 시점들 사이에 일종의 파동(beat)을 야기한다. EC 모터(14)가 크랭크샤프트(12)보다 정확히 2배 더 빠른 속도로 정적으로 회전한다. 통상 주기적 인터럽트가 발생하는 시점은 자석 세그먼트-센서-조합체들이 바뀌는 시점과 차이가 난다. 도 2에서는 예컨대 8회의 인터럽트 주기 사이에 자석 세그먼트-센서-조합체가 9회 변경된다. 즉, 인터럽트 주기당 E 모터는 (9/8)*8.57°의 각도 영역을 포괄한다. 제어 장치에는 8.57°의 적분 배수만 판독 입력되기 때문에, 주기적 인터럽트에서 홀 센서 펄스가 다른 때보다 더 많이 개입되고 실제 조정 샤프트 회전각 및 측정된 조정 샤프트 회전각이 단시간에 다시 동기화될 때까지, 실제 조정 샤프트 회전각과 제어 장치 내에서 처 리된 조정 샤프트 회전각 사이의 편차가 점점 더 커진다.
상대 회전각 위치(Δεrel)가 크랭크샤프트 회전각(
Figure 112005046240803-PAT00016
) 및 조정 샤프트 회전각(
Figure 112005046240803-PAT00017
)으로부터 직접 산출되면, 방정식 (1)에 따라 측정된 회전각 위치(Δεrel)에 점프가 발생하고, 상기 점프는 대략 Δε = 2·δEm/ig = 0.29°의 값을 가지며 제어기 간섭을 야기할 수 있다. 이는 특히 정적 작동모드시 바람직하지 않다.
점프의 높이를 감소시키거나 점프를 완전히 방지하기 위해, 각각 적어도 2개의 조정 샤프트 회전각 측정값의 외삽을 통해 조정 샤프트 측정 시점 이후에 놓이는 기준 시점에 조정 샤프트가 갖는 회전각의 추정값이 산출된다. 기준 시점으로는 한 편으로 캠샤프트 인터럽트가 발생하는 시점이 선택되고, 다른 한 편으로 주기적 인터럽트가 트리거링되는 시점이 선택된다.
하기에서는 도 3에 따라 외삽법이 설명된다. 캠샤프트 인터럽트의 시점(ttrigCaS)에 조정 샤프트 회전각 값에 상응하는 측정 장치(17)의 카운터 상태(NtrigCaS), 시간(ΔttrigCaS) 및 자석 세그먼트-센서-조합체의 최종 변경시의 속도(ωEm,trigCaS)(부호 있음)가 주어진다. 각각의 주기적 인터럽트(ti)시 관련 데이터가 액세스될 수 있다. 예컨대 시점 t18에 카운터 상태 Nt18, 시간차 Δt18 및 속도 ωEm,t18 이 주어질 수 있다.
이러한 데이터를 사용하여, 자석 세그먼트-센서-조합체의 최종 변경 이후에 점유되는 각도 및 캠샤프트 트리거링시 및 현재 제어 장치 인터럽트(ti)에서의 EC 모터 회전각 또는 조정 샤프트 회전각이 이전보다 더 정확하게 산출될 수 있다.
Figure 112005046240803-PAT00018
(2.1)
Figure 112005046240803-PAT00019
(2.2)
위상각 산출에 필요한 현재 제어 장치 인터럽트(ti)시의 각도 편차는 하기와 같다.
Figure 112005046240803-PAT00020
외삽을 위해서는 현재 EC 모터 속도가 필요하다. 현재 EC 모터 속도는 마지막 조정 샤프트 측정 시점 및 마지막 바로 이전의 조정 샤프트 측정 시점 사이의 지속 시간(Δthall) 또는 자석 세그먼트-센서-조합체의 마지막 변경 및 마지막 바로 이전의 변경 사이의 지속 시간(Δthall)으로부터 매우 간단하게 얻어질 수 있다(이러한 정보는 시간 지연 없이 직접 제공된다). 카운팅 방향의 부호(S)와 함께 하기의 값이 산출된다.
Figure 112005046240803-PAT00021
상기 방법은 매우 간단하긴 하나, 속도가 일정한 경우에도 제조 허용오차로 인해 자석 세그먼트-센서-조합체의 변경 사이의 시간(Δthall)이 매우 불규칙할 수 있다. 결과의 개선을 위해서는 근본적으로 더 많은 조정 샤프트 회전각 값의 평균 이 필요하다. 그러나 이 경우, 평균값이 시간 지연 상태에서만 산출될 수 있기 때문에 EC 모터(14)의 가속시 상기 에러가 외삽에 포함된다. 제어 장치 인터럽트에서는 위상각의 조정을 위해서도 EC 모터(14)의 현재 속도(ωEm)가 산출된다.
하기에서는 도 4 내지 7을 참고로, 전술한 제조 허용오차로 인해 발생하는 에러가 시간 지연이 발생하지 않는 상태에서 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대 회전각 위치에 미치는 영향이 어떻게 감소될 수 있는지를 설명한다.
도 4에 도시된 실시예에서는 회전자가 8개의 자석 세그먼트(1..8)를 가지며, 상기 자석 세그먼트는 그리드 내에서 상기 자석 세그먼트가 고정되어 있는 지지부(9)의 원주 방향으로 45°씩 서로 변위되어 있다. 자석 세그먼트(1..8)는 회전자의 둘레에 각각 하나의 자극을 형성하고, 그로 인해 둘레에 걸쳐서 총 p개의 극쌍이 형성된다. 이에 대한 예로 도 4에는 p=4개의 극쌍을 가진 회전자가 도시되어 있다. 즉, 자석 세그먼트(1..8)에 의해 형성된 고리 위에서는 자화의 방향이 회전당 8회 바뀐다. 이미 설명하였듯이, 자석 세그먼트(1..8)는 그의 위치뿐만 아니라 원주 방향으로의 치수의 관점에서도 허용 오차를 갖는다. 즉, 서로 인접한 자석 세그먼트(1..8)의 상호 대응 위치들 사이의 기계적 각도(α)는 목표값(180°/p)(여기서는 45°)와 차이가 난다. 회전자의 회전 방향은 도 4에 화살표(Pf)로 표시되어 있다.
자계 센서(A)의 출력 신호는 회전자의 회전시 각각 각 α만큼 변한다. 그럼으로써 자계 센서(A)만으로 회전자 회전각(α)의 분해능(resolution)에 도달될 수 있다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 센서들(A, B, C)은 회전자의 둘레에 서로 변위된 상태로 배치되어 있다. 변위는 센서들(A, B, C)에 의해 검출된 위치 측정 신호가 180°/(p·m)의 분해능을 갖도록 선택된다. 이는 자계 센서 B가 180°/(m·p)의 기계적 각도에 자계 센서 A에 비해 β=180°/m의 정수배를 가산한 만큼 변위되고, 자계 센서 C가 자계 센서 A에 비해 상기 기계적 각도의 2배만큼 전진 회전방향(Pf)으로 변위됨으로써 달성된다.
도 5에는 화살표(Pf) 방향으로의 우회전에 대해 센서들(A, B, C)의 출력 신호(A', B', C')로 이루어진 조정 샤프트 회전각 신호의 한 섹션이 그래프로 도시되어 있다. 여기서 출력 신호 A'는 자계 센서 A에, 출력 신호 B'는 자계 센서 B에 할당된다. 출력 신호(A', B', C')는 논리값 1 또는 0을 취할 수 있는 디지털 신호이다. 이 경우 관련 센서(A, B, C)의 반대편에 N극을 형성하는 자석 세그먼트(1..8)가 놓이면 값 1이 발생한다. 그에 상응하게 관련 센서(A, B, C)의 반대편에 S극을 형성하는 자석 세그먼트(1..8)가 놓이면 출력 신호(A', B', C')는 논리값 0을 취한다.
출력 신호의 개별 값들이 관련 센서(A, B, C)의 바로 옆을 지나는 자계 섹션(1..8)에 할당되는 것을 설명하기 위해, 출력 신호 값들에 각각 관련 자계 섹션(1..8)의 기준 숫자가 표시되어 있다. 도 5에서 가로축에는 출력 신호 밑에 각각 자기 회전각(
Figure 112005046240803-PAT00022
) 및 기계적 회전각(
Figure 112005046240803-PAT00023
)이 기입되어 있다. 기계적 회전이 360°/p(=90°)일때 조정 샤프트 회전각 신호가 연속해서 2·m(=6)씩 변하면서 반복되는 상태를 취하는 것을 명백하게 알 수 있다.
출력 신호들(A', B' 및 C')로 이루어진 조정 샤프트 회전각 신호는 평가를 위해 자계 센서(A, B, C)와 연결된 제어기로 전송된다. 제어기에는 출력 신호(A', B' 및 C')만 공지되어 있을 뿐, 어떤 자석 세그먼트(1..8)가 센서(A, B, C)를 지나는지는 공지되어 있지 않다.
도 5에서 자석 세그먼트-센서-조합체들 중 항상 하나는 제대로 작동되는 것을 알 수 있다. 이는 도 5에서 왼쪽에서 오른쪽으로 자석 세그먼트-센서-조합체((1,6,3), (1,6,4), (1,7,4), (2,7,4), (2,7,5), 2,8,5) 등)로 나타난다. 자석 세그먼트-센서 조합체의 상기 순서는 반복되며, 그 이후, 즉 1회의 기계적 완전 회전 이후 2·p 자석 세그먼트(1..8)가 자계 센서(A, B, C)를 지난다.
위치 측정 신호의 값이 변하는 변경 횟수를 카운팅함으로써 회전자의 전체 회전 각도가 정해진다. 상기 전체 각도는 시작값에서 출발하여 매 변경시마다 증분된다.
그렇게 하여 산출된 조정 샤프트 회전각 신호는 회전수 신호의 형성을 위해 미분된다. 이는 조정 샤프트 회전각 신호의 2번의 변경 사이의 시간(Δt)을 측정하고 하기와 같이 회전수(ω)를 계산하는 방식으로 이루어질 수 있다.
ω = Π/(m·p·Δt) [rad/s].
위와 같이 산출된 회전수 신호(ωmeas,i)는 자석 세그먼트(1..8)의 허용오차로 인해 에러를 갖게 되고, 상기 에러는 예컨대 회전자의 실제 회전수가 일정할 때 회전수 신호가 점프를 갖게 한다.
제어기에서는 1 내지 2·m·p의 자석 세그먼트-센서 조합체가 연속적으로 넘버링되고, 그 결과 하기에서 간단히 "지수 i"라고 지칭되는 계수값이 상승하고 2·m·p에 도달한 다음 1로 점프한다. EC 모터가 스위치 온되면 지수 i는 시작값, 예컨대 값 1로 세팅된다.
이제 각각의 자석 세그먼트-센서 조합체에 대해 지수 i를 통해 관련 자석 세그먼트(1..8)에 할당되는 보정 계수(Fadap[i])가 산출된다. 상기 보정 계수(Fadap[i])는 i번째 자석 세그먼트-센서 조합체의 조정 샤프트 회전각 신호를 이용하여 검출된 회전수 값(ωmeas,i)과 기준 회전수 값(ωref) 사이의 비에 상응하고, 상기 보정 계수로부터 상기 기준 회전수 값이 회전수 값(ωmeas,i)보다 더 큰 정확도를 갖는다는 사실이 가정된다. 상기 보정 계수(Fadap[i])는 제어기의 데이터 메모리 내에 저장된다.
상기 보정 계수(Fadap[i])를 이용하여 각각의 회전수 값(ωmeas,i)에 대해 하기와 같이 보정된 회전수 값(ωcorr,i)이 산출된다.
ωcorr,i = ωmeas,i/Fadap[i],
보정 계수들(Fadap[i])은 1개의 러닝 프로세스(learning process)에서 산출된다. 러닝 프로세스가 시작되면 모든 보정 계수들(Fadap[i])이 각각 값 1로 세팅된다. 즉, 보정된 회전수(ωcorr,i)가 처음에는 측정된 회전수(ωmeas,i)와 일치한다. 러닝 프로세스동안에는 보정 계수들(Fadap[i])이 0.8 내지 1.2 사이의 값 범위로 제한됨으로써, 실제로 완전히 배제되지 않는 만일의 에러 적응시 에러량이 제한된다.
도 6에서 볼 수 있듯이, 조정 샤프트 회전각 신호의 변동이 인식되면 항상 하기의 시퀀스가 실행된다. 현재 시점은 "t"로 표기하였다.
A: 자석 세그먼트-센서 조합체의 최종 변경과 현재 변경 사이의 시간차(Δt)가 저장된다. 상기 시간차는 이전의 활성 자석 세그먼트-센서 조합체가 통과하는데 얼마나 오래 걸렸는지를 나타낸다. 시퀀스의 종료시 각각 다음 시퀀스의 호출을 위해 매칭되는 지수 i는 상기 자석 세그먼트-센서 조합체에 할당된 위치 측정 신호의 측정값을 가리킨다.
B: 보정되지 않은 회전수(ωmeas,i)가 계산된다(ωmeas,i = Π/(m·p·Δt)
C: 보정되지 않은 회전수가 필터링된다. : 회전수의 참값(ωtrue)을 모르므로, 보정되지 않은 회전수가 필터링됨으로써 회전수의 기준 신호가 작성된다. 필터링의 결과(ωref)는 T초 이전의 실제 속도와 비교적 많이 일치한다(ωref(t)
Figure 112005046240803-PAT00024
ωtrue(t-T)). 이때 T는 필터의 종류 및 레벨과 차이가 나는 필터의 지연 시간이다.
D: 적응 전제조건들이 검사된다. 회전자의 회전 방향이 바뀐 경우에는 예컨대 보정 계수가 적응되지 않는다. 또한 회전자가 크게 가속되고/거나 감속되는 단계동안에는 보정 계수의 적응이 중단되는데, 그 이유는 그러한 경우 필터링된 회전수가 사실상 실제 회전수와 정확히 일치하지 않기 때문이다.
E: 상기 계산된 회전수(ωmeas,i(t)) 및 회전수 신호의 참값(ωtrue(T))의 비로서 최종 자석 세그먼트-센서 조합체에 대한 실제 보정 계수가 산출된다.
Ftrue[i] = ωmeas,i(t)/ωtrue(T)
회전수 신호의 참값(ωtrue(T))은 기준 회전수(ωref) 형태의 지연 시간(T)과 항상 함께 이용되기 때문에, 관여된 다른 모든 변수들도 역시 지연되어야 한다. 그러므로 지수 i 및 보정되지 않은 회전수 값(ωmeas,i)이 하나의 시프트 레지스터 내에 저장되고, 그 결과 그들의 지연값들이 이용된다. 그럼으로써 하기와 같이 보정 계수가 산출된다.
F[i(t-T)] = ωmeas,i(t-T)/ωref(t).
F: 보정 계수의 평균값이 형성된다. : 회전수 기준값(ωref)이 실제 회전수 값(ωtrue)과 근사한 정도로만 일치하기 때문에, 보정 계수 F는 여전히 어느 정도의 부정확성을 갖고 있다. 그러므로 회전자의 개별 회전시 각각 새로운 보정 계수들이 산출되고, 이때 각각의 자석 세그먼트-센서 조합체에 대해 서서히 검출된 상기 보정 계수들은 슬라이딩 평균값의 형성을 통해 평균된다.
Fnew[i(t-T)] = λFold[i(t-T)]+(1-λ)F[i(t-T)]
위 식에서 Fnew는 각각 현재 보정 계수 평균값을, Fold는 각각 이전 클럭 주기에서 검출된 평균값을, 그리고 λ는 0과 1 사이에 놓일 수 있는 망각 계수를 의미 한다. λ가 클수록 이전 값들이 더 오래 고려된다.
G: 현재 값들(i(t) 및 ωmeas,i(t))을 사용하여 보정이 수행된다. 그때까지 적응된 보정 계수(F[i])를 이용하여 측정값이 보정된다.
ωcorr = ωmeas(t)/F[i]
회전수 신호의 보정은 바로 전에 통과한 자석 세그먼트-센서 조합체에 의해 실시되는 반면, 보정 계수(F[i])의 적응을 위해서는 더 이전의 값들이 사용된다.
H: 상기 값들로의 재접근이 과거의 값들의 경우보다 더 나중에 이루어질 수 있도록 하기 위해, i 및 ωmeas,i가 시프트 레지스터 내에 저장된다.
J: 다음 시퀀스의 준비를 위해, 이전의 자석 세그먼트-센서 조합체에 따라 지수 i가 증가된다. 지수 i가 간격 [1 ..2ㆍpㆍm]을 초과하면, 상기 지수는 1로 세팅된다. 이제 지수 i는 현재 자석 세그먼트-센서 조합체로 명명된다.
적응에서 중요한 포인트는 실제 회전수에 근접하는 정확도이다. 앞에서 기술한 실시예에서 상기 근접도는 측정된 회전수의 필터링에 의해 달성된다. 그러나 이미 보정된 회전수를 필터링하는 것도 가능하다. 실제 회전수를 추론할 수 있는 다른 측정 신호도 사용될 수 있다.
EC 모터 및 제어기로 구성된 장치가 스위치 오프되면, 2ㆍpㆍm개의 학습된 보정 계수들이 제어기의 비휘발성 데이터 메모리 내에 기록된다. 적응 초기에 랜덤으로 활성화되었던 자석 세그먼트-센서 조합체의 경우 지수 i가 무작위로 선택된 초기값으로 세팅되고, 제어기가 다시 스위치 온된 후 처음에는 상기 자석 세그먼트 -센서 조합체를 알지 못하기 때문에, 자석 세그먼트-센서 조합체들로의 보정 계수들의 할당을 검사하여 결함이 있는 할당의 검출시 보고하여야 하며, 그럼으로써 제어기가 다시 스위치 온된 후 보정 계수들을 재사용할 수 있다.
예컨대 신호 장애로 인해 적응이 제대로 수행되지 않거나, 전혀 수행되지 않는 경우에는 상기 적응 동안에 이미 동일한 문제가 발생함에 따라 지수 i가 잘못 갱신되고, 그럼으로써 관련 보정 계수들이 산출되었던 자석 세그먼트-센서 조합체에 비해 변위된 자석 세그먼트-센서 조합체에 보정 계수들이 할당된다. 그러한 경우 보정된 회전수(ωcorr)가 보정되지 않은 회전수보다 실제 회전수와 훨씬 더 큰 편차가 날 수 있다.
제어기의 데이터 메모리 내에는 연속하는 2m(=6)개의 위치 측정 신호 상태들의 적절한 순서가 저장된다. 상기 순서는 위치 측정 신호의 상태들의 순서와 비교된다. 이때 편차가 확인되면 상기 에러는 시퀀스의 다음 호출시 제거된다. 말하자면 자석 세그먼트-센서 조합체의 변경은 ±m회의 변경 이내에서 명백히 이루어진다. 심지어 장애 발생시에도 회전자의 회전 방향이 유지된 것이 확실하다면, (2m-1)회의 업데이트가 보정될 수 있다.
적응 품질은 보정되지 않은 회전수와 보정된 회전수의 변동폭이 특정 타임 슬롯을 통해 항상 다시 비교됨으로써 모니터링된다. 보정된 회전수가 보정되지 않은 회전수보다 더 심하게 변동하면, 결함이 있는 할당이 추론된다. 그러한 경우 할당이 복구되거나 보정 계수가 1로 세팅된다.
할당의 복구시 2ㆍpㆍm개의 보정 계수의 수순(numerical order)이 일종의 고유 서명을 나타낸다는 것이 전제된다. 새로운 보정 계수들의 세트가 적응되면, 상기 보정 계수들은 매우 유사한 수순을 가져야 하며, 이때 새로운 수순은 물론 이전의 수순에 비해 변위될 수 있다. 그러므로 할당을 복구하기 위해서는 이전의 수순이 주기적으로 2ㆍpㆍm번 변위되고, 각각의 변위 단계 이후에는 이전의 수순과 비교된다. 예전의 수순과 지금까지의 수순 사이에 최대의 일치가 나타나는 교체 조합체 내지는 변위 조합체의 경우, 예전 수순의 수치가 자석 세그먼트-센서 조합체에 올바르게 할당된다고 가정된다. 이러한 할당에 의해 회전수 신호의 보정 및/또는 추가의 적응이 수행된다.
본 발명의 또 다른 한 실시예에서는 하기와 같은 단계가 수행된다.
- 먼저 자석 세그먼트-센서 조합체의 개수에 상응하는 수의 값 조합들을 포함하는 제 1 데이터 세트가 검출 및 저장되며, 상기 값 조합은 관련 자석 세그먼트-센서 조합체의 적어도 하나의 보정 계수와 상기 자석 세그먼트-센서 조합체에 할당된 측정 신호 상태로 구성된다. 3개의 자계 센서 및 3개의 극쌍을 가진 EC 모터(4)를 위한 데이터 세트의 한 실시예가 도 7의 상반부에 그래프로 도시되어 있다.
- 이어서 관련 보정 계수들이 검출되었던 자석 세그먼트-센서 조합체들이 다시 순환되고, 이때 값 조합들을 가진 새로운 제 2 데이터 세트가 검출 및 저장된다. 상기 제 2 데이터 세트는 도 7의 하부에 그래프로 도시되어 있다.
- 이어서 제 1 데이터 세트와 제 2 데이터 세트의 측정 신호 상태들이 서로 비교된다. 이때 편차가 확인되면, 데이터 세트들의 측정 신호 상태들이 일치되도 록 데이터 세트들의 값 조합들이 서로에 대해 주기적으로 변위된다. 이는 도 7에 따른 실시예에서 이전 적응의 값 조합들이 세자리만큼 주기적으로 우측으로 변위됨으로써 달성될 수 있다.
- 이어서 데이터 세트들의 상호 관련된 보정 계수들이 서로 비교된다. 즉, 제 1 데이터 세트의 지수 i=1인 보정 계수가 도 7에서 제 2 데이터 세트의 지수 i=4인 보정 계수와 비교되고, 제 1 데이터 세트의 지수 i=2인 보정 계수는 제 2 데이터 세트의 지수 i=5인 보정 계수와 비교되는 방식이다.
- 계속되는 단계에서 제 1 데이터 세트의 보정 계수들이 2배 개수의 자계 센서에 상응하는 수의 단계만큼(즉 2ㆍp=6 단계) 다른 데이터 세트의 보정 계수들에 대해 주기적으로 교체된 다음 데이터 세트들의 서로 관련된 보정 계수들이 서로 비교된다. 상기 단계는 모든 교체 조합들이 처리될 때까지 반복된다.
- 이어서 보정 계수 세트들 사이의 최대 일치가 달성되는 교체 조합이 검출된다. 상기 교체 조합과 함께, 보정 계수 세트들의 서로 관련된 보정 계수들로부터 평균값이 생성되어 새로운 보정 계수로서 저장된다. 이어서 그렇게 검출된 새로운 보정 계수들에 의해 회전수 측정 신호가 보정된다.
즉, 2ㆍpㆍm번 변위되어서는 안 된다. p개의 자기 주기 중 어느 것이 가장 잘 통과하는지만 확인되어야 한다. 새로운 보정 계수들이 적응되는 시간 동안 보정된 회전수는 계수 1로 연산되거나, 그때까지 적응된 보정 계수들로 연산된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면,크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대 회전각 위치의 정확한 측정을 가능하게 할 수 있다.

Claims (24)

  1. 왕복 피스톤식 내연기관의 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대 회전각 위치를 측정하는 방법으로서, 상기 크랭크샤프트가 조정 기어박스를 통해 상기 캠샤프트와 구동 연결되고, 상기 캠샤프트는 크랭크샤프트에 고정된 입력 샤프트, 캠샤프트에 고정된 출력 샤프트 및 조정 모터와 구동 연결된 조정 샤프트를 포함하는 3축 기어박스로서 형성되며, 적어도 하나의 크랭크샤프트 측정 시점에 대해 크랭크샤프트 회전각 측정값이 검출되고, 적어도 2개의 조정 샤프트 측정 시점에 대해 각각 하나의 조정 샤프트 회전각 측정값이 디지털 방식으로 검출되며, 크랭크샤프트 측정 시점과 조정 샤프트 측정 시점 이후의 적어도 하나의 기준 시점에 대해 적어도 하나의 크랭크샤프트 회전각 측정값, 적어도 하나의 조정 샤프트 회전각 측정값 및 3축 기어박스의 기어 특성값을 기초로 하여 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전각 위치가 산출되는 방법에 있어서,
    적어도 2개의 조정 샤프트 회전각 측정값, 조정 샤프트 측정 시점들간의 시간차 및 최종 조정 샤프트 측정 시점과 기준 시점 사이의 시간차로부터 기준 시점에서 조정 샤프트가 갖는 회전각 추정값이 외삽(extrapolate)되고, 상기 추정값, 적어도 하나의 크랭크샤프트 회전각 측정값 및 기어 특성값을 기초로 하여 회전각 위치의 값이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    적어도 각각의 최종 조정 샤프트 측정 시점에 대해 조정 샤프트의 각속도 값이 산출되고, 상기 최종 조정 샤프트 회전각 측정값, 최종 조정 샤프트 측정 시점과 기준 시점 사이의 시간차 및 상기 각속도 값으로부터 기준 시점에서 조정 샤프트가 갖는 회전각의 추정값이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 조정 모터는 권선을 포함한 고정자 및 조정 샤프트와 회전 불가능하게 연결된 회전자를 가진 EC 모터이고, 상기 회전자에는 서로 원주 방향으로 엇배치되어 서로 반대 방향으로 교대로 자화되는 자석 세그먼트들이 배치되며, 상기 자석 세그먼트들은 그들의 배치 및/또는 크기와 관련하여 허용오차를 가지고, 조정 샤프트 회전각 측정값 및/또는 각속도 값의 검출을 위해 고정자에 대한 상기 자석 세그먼트들의 상대 위치가 검출되며, 적어도 하나의 허용오차가 조정 샤프트 회전각 측정값에 미치는 영향을 보상하기 위한 적어도 하나의 보정값(correction value)이 검출되고, 상기 보정값을 이용하여 상기 조정 샤프트 회전각 측정값 및/또는 각속도 값이 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석 세그먼트들의 위치는 고정자에 다수의 자계 센서들을 갖는 측정 장치에 의해 검출되고, 상기 자계 센서들은 고정자에 대해 회전자가 회전할 때마다 다수의 자석 세그먼트-센서-조합체가 통과(순환)되는 방식으로 고정자의 원주 방향 으로 서로 엇갈리게 배치되며, 상기 자석 세그먼트-센서-조합체 각각에 대해 보정값이 산출, 저장되어 조정 샤프트 회전각 측정값 및/또는 각속도 값의 보정에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 자석 세그먼트-센서-조합체가 통과(순환)되는 방식으로 회전자가 고정자에 대해 상대 회전을 하며, 상기 자석 세그먼트-센서-조합체에 대해 보정되지 않은 제 1 조정 샤프트 회전각 측정값 및/또는 각속도 값이 측정 장치에 의해 검출되고, 상기 제 1 조정 샤프트 회전각 측정값 내지는 각속도 값보다 정확도가 더 높은 조정 샤프트 회전각 및/또는 각속도에 대한 기준값이 추가로 검출되며, 보정되지 않은 제 1 조정 샤프트 회전각 측정값 내지는 각속도 값을 이용하여 보정 계수로서의 보정값이 산출되고, 보정되지 않은 제 1 조정 샤프트 회전각 측정값 및/또는 각속도 값에 할당된 자석 세그먼트-센서-조합체가 재차 통과(순환)하며, 상기 측정 장치에 의해 보정된 제 2 조정 샤프트 회전각 측정값 내지는 각속도 값이 검출되고, 상기 값은 그 이전에 산출된 보정 계수에 의해 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보정되지 않은 제 1 조정 샤프트 회전각 측정값 내지는 각속도 값이 필터링을 통해 평활화됨으로써 기준값이 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    개별 자석 세그먼트-센서-조합체가 적어도 2회 형성되는 방식으로 회전자가 고정자에 대해 상대 회전하고, 이때 각각의 자석 세그먼트-센서-조합체에 대해 조정 샤프트 회전각 측정값 내지는 각속도 값의 보정 계수가 산출되며, 상기 개별 자석 세그먼트-센서-조합체에 대해 산출된 보정 계수들로부터 각각 평균값이 생성되고, 상기 평균값이 새로운 보정 계수로서 저장되며, 자석 세그먼트-센서-조합체가 재차 통과(순환)할 때 상기 새로운 보정 계수에 의해 상기 조정 샤프트 회전각 측정값 내지는 각속도 값이 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    평균값으로서 각각 산술 평균값이 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    평균값으로서 각각 슬라이딩 평균값이 생성되는데, 이는 상기 보정 계수들이 노후화될수록 평균값에 산입되는 보정 계수들의 가중치가 감소되는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    개별 자석 세그먼트-센서-조합체에 대한 슬라이딩 평균값(Fnew[i(t-T)])이 공식, Fnew[i(t-T)] = λFold[i(t-T)] + (1-λ) F[i(t-T)]에 따라 주기적으로 산출되고, 이때 i는 각각의 자석 세그먼트-센서-조합체를 식별하는 지수를, t는 시간을, T는 실제 각속도와 측정된 각속도 값들 사이의 지연 시간을, Fnew[i(t-T)]는 최종 평균값 생성시 지수 i에서 산출된 평균값을, 그리고 λ는 망각 계수(forgetting factor)를 나타내며, 상기 망각 계수는 0보다 크고 1보다 작으며, 바람직하게는 0.7 내지 0.9 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    a) 회전자가 고정자에 대해 상대 회전하고, 개별 자석 세그먼트-센서-조합체에 대한 보정 계수들이 산출 및 저장되며,
    b) 이어서 관련 자석 세그먼트-센서-조합체가 다시 통과되고, 이때 새로운 보정 계수들의 세트가 산출되며,
    c) 이전 보정 계수 세트의 보정 계수들이 새로운 보정 계수 세트의 보정 계수들로 주기적으로 교환되고, 그런 다음 상기 보정 계수 세트들이 서로 비교되며,
    d) 이전 보정 계수 세트의 모든 교체 조합들이 새로운 보정 계수 세트와 비교될 때까지 단계 c)가 반복되고,
    e) 새로운 보정 계수 세트와의 일치성이 가장 높게 나타나는 교체 조합이 검출되며,
    f) 이전 보정 계수 세트의 보정값이 상기 교체 조합에 지정 배치됨에 따라 각속도 값이 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 보정 계수 세트들간의 일치성이 최대로 나타나는 교체 조합에서 이전 보정 계수 세트와 신규 보정 계수 세트의 각각 서로 할당된 보정 계수들로부터 각각 평균값이 생성되어 새로운 보정 계수로서 저장되고, 이러한 평균값 생성을 통해 얻어진 보정 계수 세트에 의해 각속도 값들이 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    a) 모든 자석 세그먼트-센서-조합체가 적어도 한 번 통과되는 방식으로 회전자가 고정자에 대해 상대 회전하고,
    b) 이때 EC 모터가 회전할 때마다 회전자의 각각의 극쌍에 대해 각각 다수의 측정 신호 상태들이 통과되는 방식으로 자계 센서들의 위치 측정 신호가 발생하며,
    c) 각각 적어도 관련 자석 세그먼트-센서-조합체의 보정 계수 및 상기 자석 세그먼트-센서-조합체에 할당된 측정 신호 상태로 구성된, 상기 자석 세그먼트-센서-조합체에 상응하는 개수의 값 조합을 가진 제 1 데이터 세트가 산출 및 저장되고,
    d) 이어서 관련 상기 자석 세그먼트-센서-조합체가 재차 통과되며, 이때 값 조합을 갖는 새로운 제 2 데이터 세트가 산출 및 저장되고,
    e) 제 1 데이터 세트의 측정 신호 상태들과 제 2 데이터 세트의 측정 신호 상태들 간에 편차가 있는 경우, 상기 데이터 세트들의 측정 신호 상태들이 일치되도록 상기 제 1 데이터 세트의 값 조합들이 상기 제 2 데이터 세트의 값 조합들에 대해 주기적으로 상대 이동되며,
    f) 이어서 각각 서로 할당된 데이터 세트들의 보정 계수들이 서로 비교되고,
    g) 하나의 데이터 세트의 보정 계수들이 자계 센서의 개수에 두 배에 해당하는 단계만큼 다른 데이터 세트의 보정 계수들로 주기적으로 교환된 다음, 각각 서로 할당된 데이터 세트들의 보정 계수들이 서로 비교되며,
    h) 상기 단계 g)는 경우에 따라 모든 교환 조합이 처리될 때까지 반복되고,
    i) 상기 데이터 세트들의 보정 계수들간의 일치성이 최대로 나타나는 교환 조합이 산출되며,
    j) 상기 교환 조합에 제 1 데이터 세트의 보정값이 지정 배치됨에 따라 각속도 값들이 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 데이터 세트들의 보정 계수들간의 일치성이 최대로 나타나는 교환 조합에서 각각 서로 할당된 제 1 및 제 2 데이터 세트의 보정 계수들로부터 각각의 평균값이 생성되어 새로운 보정 계수로서 저장되고, 이러한 평균값 생성을 통해 얻어진 보정 계수 세트에 의해 각속도 값들이 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    보정되지 않은 각속도 값과 보정된 각속도 값의 변동폭이 각각 하나의 타임 프레임 내에서 산출되어 서로 비교되고, 이때 보정된 각속도 값의 변동폭이 보정되지 않은 각속도 값의 변동폭보다 더 큰 경우 보정 계수들이 새로 산출되고/거나 자석 세그먼트-센서-조합체로의 보정 계수 할당이 복구되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보정 계수가 0.8 내지 1.2 사이의 사전 설정된 값 범위로 제한되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자의 질량관성 모멘트의 관성 모멘트 값이 산출되고, 개별 조정 샤프트 측정 시점에 대해 권선 내 전류에 대한 각각의 전류값(I(k))이 측정됨으로써 전류 신호(I)가 검출되며, 개별 각속도 값(ω(k))에 대해 더 이전의 조정 샤프트 측정 시점에 할당된 각속도 값(ωk(k-1)), 전류 신호(I) 및 관성 모멘트 값으로부터 상기 각속도 값(ω(k))의 추정값(ωs(k))이 산출되고, 상기 추정값(ωs(k))에는 상기 추정값(ωs(k))이 포함되는 허용오차 범위가 지정되며, 상기 각속도 값(ω(k))이 상기 허용오차 범위 밖에 놓이는 경우, 상기 각속도 값(ω(k))은 상기 허용오차 범 위 내에 존재하는 각속도 값(ωk(k))으로 대체되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자에 부하 모멘트가 가해지고, 상기 부하 모멘트에 대해 부하 모멘트 신호(ML)가 제공되며, 이전 샘플링 시점에 할당된 각속도 값(ωk(k-1)), 전류 신호(I), 부하 모멘트 신호(ML) 및 관성 모멘트 값으로부터 속도 추정값(ωs(k))이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 권선에 인가된 전압이 검출되고, 상기 전압, 권선의 임피던스, 경우에 따라 보정된 속도 측정값(ω(k)) 및 모터 상수(Ke)로부터 간접적으로 전류값(I(k))이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허용오차 범위의 폭이 제한되고, 상기 허용오차 범위 밖에 놓이는 각속도 값(ω(k))은 상기 허용오차 범위에 가장 근접하는 범위값으로 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허용오차 범위의 폭 및/또는 레벨이 이전 조정 샤프트 측정 시점에 할당된 각속도 값(ωk(k-1))을 기초로 선택되고, 속도가 증가함에 따라 감소되고/거나 속도가 감소함에 따라 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허용오차 범위의 폭 및/또는 레벨이 전류 신호(I)를 기초로 하여 선택되고, 바람직하게는 전류가 증가함에 따라 증대되고/거나 전류가 감소함에 따라 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
    필터링을 통해, 특히 슬라이딩 평균값 형성을 통해 상기 전류 신호(I)를 평활화하고, 필터링된 전류 신호(I)를 이용하여 각속도 값(ω(k))의 추정값(ωs(k))을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 2개의 크랭크샤프트 회전각 측정값, 상기 두 측정값에 할당된 크랭크샤프트 회전각 측정 시점 사이의 시간차 및 최종 크랭크샤프트 측정 시점과 기준 시점 사이의 시간차로부터 기준 시점에서 크랭크샤프트가 갖는 회전각 추정값이 외삽(extrapolate)되고, 이때 상기 기준 시점과 최종 크랭크샤프트 측정 시점 사이의 시간차가 산출되며, 상기 최종 크랭크샤프트 측정 시점에서의 크랭크샤프트 회전각 측정값, 상기 시간차 및 상기 각속도 값으로부터 추정값이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
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