KR20070041603A

KR20070041603A - 인코더 고장 검출 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20070041603A
Application number: KR1020077004938A
Authority: KR
Inventors: 벤카트에퍼시 알. 날라파
Original assignee: 발라드 파워 시스템즈 코포레이션
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2007-04-18
Also published as: US7178412B2; WO2006015144A1; CA2574869A1; JP2008508528A; US20060021450A1

Abstract

인코더 고장 검출 시스템 및 0에 가까운 회전 속도에서의 엔코더의 고장을 검출하는 방법. 예를 들면, 일 실시예에서, 고장은 토크(torque) 명령어가 선택된 시간 기간 동안 선택된 임계값을 초과하고, 회전자의 움직임이 선택된 시간 기간 동안 검출되지 않는 경우에 나타내어진다.

인코더, 고장, 고장 검출, 회전, 토크, 펄스

Description

인코더 고장 검출 시스템 및 방법{ENCODER FAILURE DETECTION}

이러한 개시는 일반적으로 인코더들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증가 인코더들에서의 고장의 검출에 관한 것이다.

증가 인코더들은 전기 모터 또는 발전기의 샤프트와 같은, 기계에서의 회전 속도 가속, 방향 및/또는 회전 물체의 위치를 결정하는데 사용된다. 이러한 정보는 기계를 제어하는데 사용된다. 예를 들면, 전기/하이브리드 자동차들에서, 인코더로부터의 정보는 통상적으로 모터 운송 수단들을 제어하기 위해 다른 정보와 함께 정보를 사용할 수 있는 제어 유닛에 제공된다.

고장난 인코더는 기계의 비정상적인 동작들을 야기할 수 있다. 따라서, 인코더의 고장을 검출하고 대응하기 위한 방법들이 개발되고 있다. 예를 들면, 제어 유닛은 인코더가 고장난 것을 표시하는 것에 대응하여 적절한 제어 신호들, 즉 자동차와 같은, 기계를 중지하는 제어 신호들을 발생시키기 위해 프로그래밍될 수 있다.

인코더 고장을 검출하는 종래의 방법들은 0에 가까운 회전 속도들에서의 고장들이 가능하지 않은 것으로 간주되고/간주되거나 낮은 회전 속도들을 측정하는 문제들로 인해 검출하기 어렵기 때문에 어떤 임계값 회전 속도 이상의 고장을 검출 하도록 지시된다. 임계값 최소 회전 속도는 특정 기계의 특성에 기초하여 다양할 것이다. 종래의 에러 검출 방식들은 또한 0에 가까운 회전 속도들에서 인코더 고장의 많은 부정확한 표시들을 생성하기 쉽고, 또한 바람직하지 않다.

따라서, 인코더의 고장에 대한 거짓 표시들을 최소화하면서 0에 가까운 회전 속도들에서 인코더 고장을 검출하기 위한 구조들 및, 또는 방법들이 매우 요구된다.

일 양상에 있어서, 기계를 제어하기 위한 시스템은, 기계의 구성 요소들을 회전시키는 회전 움직임에 대응하여 펄스들을 발생시키기 위한 인코더와, 감지된 속도에 대응하여 신호를 발생시키기 위해 인코더에 결합된 속도 감지 회로와, 구성 요소를 회전시키는 토크(torque)를 제어하도록 제어 신호를 발생시키기 위한 토크 제어 회로와, 인코더 고장 검출 회로를 포함하고, 여기서 인코더 고장 검출 회로는 고장 검출 주기를 선택적으로 개시하고, 고장 검출 주기 동안 인코더에 의해 발생되는 많은 펄스들을 카운트하며, 고장 검출 주기 동안 감시된 토크 제어 신호의 레벨이 제 1 임계 범위 이내이면 고장 검출 주기를 종료하고 고장이 없음을 나타내는 신호를 발생시키고, 고장 검출 주기 동안 카운트된 펄스들의 수가 임계 펄스 카운트를 초과하면, 고장 검출 주기를 종료하고 고장이 없음을 나타내는 신호를 발생시키고, 고장 검출 주기가 개시되고 고장 검출 주기가 종료되기 전에 선택된 시간 주기가 경과하면, 고장 검출 주기를 종료하고 고장임을 나타내는 신호를 나타내는 신호를 발생시키기 위해 구성된다.

또 다른 양상에 있어서, 기계는, 회전 가능 구성 요소와 제어 시스템을 포함하고, 여기서 제어 시스템은, 회전 가능 구성 요소의 회전 움직임에 대응하여 신호를 발생시키고 회전 가능 구성 요소와 결합된 인코더, 회전가능 구성 요소의 감지된 속도에 대응하여 신호를 발생시키기 위한 인코더에 결합된 속도 감지 회로와, 회전가능 구성 요소의 토크를 제어하도록 제어 신호를 발생시키기 위한 토크 제어 회로와, 회전가능 구성 요소의 회전 움직임에 대응하여 신호 및 회전가능 구성 요소의 토크를 제어하기 위한 제어 신호를 감시하기 위한 인코더 고장 검출 회로를 포함하고, 여기서 인코더 고장 검출 회로는 감지된 속도에 대응하여 신호가 제 1 임계값 아래인 경우, 토크를 제어하기 위한 신호가 선택된 시간 주기 동안 계속해서 제 2 임계값을 초과하는 경우, 및 회전가능 구성 요소의 회전 움직임에 대응하는 신호가 선택된 시간 주기 동안 움직임을 나타내지 않는 경우, 인코더의 고장에 대응하여 신호를 발생시키기 위하여 구성된다.

또 다른 양상에 있어서, 기계에서 인코더 고장을 검출하는 방법은, 선택된 시간 주기 동안 토크 제어 신호를 감지하는 단계, 선택된 시간 주기 동안 인코더 채널 출력에서의 많은 펄스들을 카운트하는 단계, 및 토크 제어 신호의 감시가 선택된 시간 주기 동안 임의의 시간에서의 제 1 임계 범위 내 토크 제어신호를 나타내는 경우 고장나지 않음을 나타내기 위해 변수를 설정하는 단계를 포함한다.

또 다른 양상에 있어서, 기계에서 인코더 고장을 검출하는 방법은, 검사 주기를 선택적으로 개시하는 단계, 검사 주기 동안 인코더 채널의 다수의 펄스들을 카운트하는 단계, 감지된 제어 신호의 레벨이 제 1 임계 범위 이내인 경우, 검사 주기를 종료하고 고장이 아님을 나타내는 단계, 검사 주기 동안 카운트된 펄스들의 수가 임계 펄스 카운트를 초과하는 경우, 검사 주기를 종료하고 고장이 아님을 나타내는 단계, 및 검사 주기가 개시되고 검사 주기가 종료되기 전이므로, 선택된 시간 주기가 경과하는 경우, 검사 주기를 종료하고 고장을 나타내는 단계를 포함한다.

또 다른 양상에 있어서, 제어 시스템은 회전가능 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단들, 회전가능 구성 요소의 움직임을 제어하기 위한 수단들, 및 회전가능 구성 요소의 움직임을 검출하기 위한 수단의 고장을 검출하고, 회전가능 구성 요소의 움직임을 검출하기 위한 수단들 및 회전 가능 구성 요소의 움직임을 제어하기 위한 수단들과 결합되는 수단들을 포함하고, 여기서 회전가능 구성 요소의 움직임을 검출하기 위한 수단들의 고장을 검출하기 위한 수단들은 선택된 시간 주기 동안 회전가능 구성 요소의 움직임을 제어하기 위한 수단들을 감시한다.

도면에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 구서 요소들 또는 동작들을 식별한다. 도면들에서 구성 요소들의 크기 및 상대적인 위치들은 필수적으로 일정한 비례로 그려지지 않는다. 예를 들면, 다양한 구성 요소들 및 각도들의 형태들은 일정한 비례로 그려지지 않으며, 이들 구성 요소들의 몇몇은 도면 해석을 향상시키기 위해 임의로 확대되거나 위치된다. 더구나, 도면과 같은 구성 요소들의 특정 형태들은 특정 구성 요소들의 실제 형태와 관련하여 임의의 정보를 전달하도록 의도되지 않으며, 도면에서 인지를 용이하게 하기 위해 다만 선택된다.

도 1은 예시된 일 실시예에 따른 인코더 및 전기 기계를 포함한 제어 시스템의 부분에 대한 개략도.

도 2는 도 1의 실시예의 동작을 예시하는 타이밍도.

도 3은 인코더 제어 시스템의 실시예의 동작을 예시하는 흐름도.

도 4a 및 도 4b는 0에 가까운 속도의 인코더 고장 검출 서브루틴의 실시예의동작을 예시하는 흐름도.

도 5는 0에 가까운 속도의 인코더 고장 검출 서브루틴의 또 다른 실시예의 동작을 예시하는 흐름도.

다음의 설명에서 어떤 특정 세부항목들이 다양한 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 이 기술분야의 숙련자는 본 시스템들 및 방법들이 이들 세부항목들 없이 실시되는 것을 이해할 것이다. 다른 사례에서, 인코더들, 회전자들, 모터들, 제어기들 및/또는 회로와 관련된 잘 알려진 구조들이 실시예들의 설명들이 불필요하게 불분명한 것을 피하기 위해 상세하게 도시되거나 설명되지 않는다.

만일 문맥이 다른 것을 요구하지 않는다면, 다음에 따르는 명세와 청구항들을 통해, 단어 "포함하다"와 이로부터의 변경들, 즉 "포함하다" 및 "포함하는"은 "포함하다"와 같은, 다만 제한하지 않고, 개방적인 의미로 해석될 것이다.

"일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 이러한 명세를 통한 참조는 실시예와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성들이 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 이러한 명세를 통한 다양한 위치들에서의 어구 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"의 출현은 동일한 실시예를 필수적으로 모두 참조하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징들, 구조들, 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적절한 방법으로 결합될 수 있다.

본 명세서에서 제공된 제목들은 단지 편의를 위한 것이며, 청구된 발명의 범주 또는 의미를 해석하지는 않는다.

도 1 및 도 2는 기계(104)에 결합된 제어 시스템(102)을 갖는 시스템(100)을 도시한다. 제어 시스템(102)은 기계(104)에서의 샤프트(108)의 회전 속도 또는 위치를 감지하기 위해 두 개의 채널의 증가 인코더(106)를 갖는다. 증가 인코더(106)은 본 발명에서 채널 A(110) 및 채널 B(112)로 참조되는, 두 개의 4분의 출력들(110, 112)을 가진다. 명세를 검토한 후, 본 기술분야의 숙련자들은 하나 이상의 출력 채널들을 갖는 인코더 및/또는 다수의 인코더들이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 출력 채널들 A(110) 및 B(112)는 예로써, D-형태 에지 트리거 플립-플롭(D-type edge triggered flip-flop)(116)을 포함하는, 제어 회로(114)에 결합된다. 명세를 검토한 후, 이 기술분야의 숙련자는 임의의 적절한 방법 또는 장치가 출력 채널들 A(110) 및 B(112)로부터 신호들을 수신하기 위해 제어 회로(114)에 의해 이용될 수 있음을 인식할 것이다. 도시된 플립-플롭(116)은 출력 Q(118)를 갖는다. 제어 시스템(102)은 온도, 제어 신호, 피드백 신호 또는 제어 설정과 같은, 기계(104)의 상태들을 감지하기 위한 센서(120)를 갖는다. 센서(120)는 예로써 주차 브레이크(121)가 설정되었는지 또는 토크 제어(122)의 설정인지를 검출할 것이다. 제어 회로(114)는 또한 타이머(124) 및 인코더(106)와 결합되는 에지 검출기(126)를 포함한다. 제어 시스템(102)은 또한 키드 스위치(keyed switch)(128)를 포함한다.

도 2는 채널 A(110)의 펄스 신호(130) ALC 증가 인코더(106)의 채널 B(112)의 펄스 신호(132)를 나타내는 타이밍도이다. 이들 펄스 신호들(130, 132)은 보통 90도만큼 서로로부터 위상 이동된다. 채널 A(110)의 펄스 신호(130)는 펄스들(134)을 포함하고, 그것들 각각은 상승 에지(136) 및 하강 에지(138)를 갖는다. 유사하게, 채널 B(112)의 펄스 신호(132)는 펄스들(140)을 포함하고, 그 각각은 상승 에지(142) 및 하강 에지(144)를 갖는다.

채널에서 펄스들의 수(예로써, 채널 A(110)의 펄스 신호(130)의 펄스들(134))는 회전각에 대응한다. 플립-플롭(116)의 출력(118)은 회전 방향에 대응한다. 저속도 범위에서의 회전 속도에서, 샤프트(108)의 회전 속도는 일반적으로 발생될 펄스들의 고정된 수에 대한 경과된 시간을 측정함으로써 결정된다. 보다 높은 회전 속도에서, 회전 속도는 일반적으로 고정된 시간 기간에서 펄스들의 수를 계수함으로써 결정된다. 참조로써 본 명세서에 완전히 포함된, 미국 특허 제 6,246,343호를 참조하자. 종래의 시스템들에서, 인코더 고장 검출 방식들은 주어진 속도 범위에 대해 사용된 속도 검출 방식을 따른다.

그러나, 어떤 최소값 이하의 회전 속도는 만일 고가의, 전문화된 장치들이 이용되지 않는다면 종래 시스템들에 의해 정확하게 측정될 수 없다. 또한, 이전에는 낮은 회전 속도에서 인코더 고장은 예상된 고장의 거짓 표시의 높은 발생들을 갖고 발생하지 않을 것으로 생각되었다. 따라서, 인코더 고장 검출 방식들은 종래의 시스템에서 최소의 회전 속도 이하의 회전 속도에서는 불가능하였다. 특정의 최소 회전 속도는 맞춤형이고, 기계의 유형 및 그것이 동작하는 회전 속도에 의존한다. 예를 들면, 샤프트 또는 회전자의 회전 속도가 어떤 전기 자동차의 분당 회전 이하(120)로 떨어지면, 인코더 고장 검출 방식들은 종래의 시스템들에서 불능이 된다. 따라서, 종래의 인코더 고장 검출 방식들은 없어진 또는 연결 해제된 인코더 또는 최소의 회전 속도 이하에서 오동작하는 인코더를 검출하지 않는다.

도 3은 도 1에 도시된 실시예와 같은, 시스템(100)에서의 증가 인코더의 동작에 대한 흐름도이다. 시스템(100)은 300에서 시작한다. 302에서, 시스템(100)은 도 1에서 기계(104)의 샤프트(108)와 같은, 기계의 회전 구성 요소가 작동 가능한지의 여부를 결정한다. 기계의 회전 구성 요소가 작동 가능하다고 결정되면, 시스템(100)은 304로 진행한다. 기계의 회전 구성 요소가 작동 가능하지 않다고 결정되면, 시스템(100)은 320으로 진행한다.

304에서, 시스템(100)은 회전 구성 요소의 속도를 계산하거나 또는 회전 구성 요소의 속도를 계산할 수 없는지를 결정한다. 306에서, 시스템(100)은 미리 정해진 최소 속도와 속도 계산의 결과를 비교한다. 상기 논의된 바와 같이, 최소 속도는 시스템(100)의 특성 및/또는 시스템(100)의 의도된 사용에 기초하여 선택된다. 304에서 계산된 속도가 최소 속도보다 크거나 같다면, 시스템(100)은 306에서 308로 진행한다.

308에서, 시스템(100)은 304에서 계산된 속도가 경계 속도를 넘는지의 여부 를 결정한다. 경계 속도는 시스템(100)의 특성 및/또는 의도된 사용에 기초하여 선택된다. 304에서 계산된 속도가 경계 속도보다 크다면, 시스템은 308에서 310으로 진행하며, 고속 범위 인코더 고장 검출 서브루틴이 호출된다. 서브루틴이 실행된 후, 시스템(100)은 310에서 316으로 진행한다.

304에서 계산된 속도가 경계 속도 이하이면, 시스템은 308에서 312로 진행하고, 저속 범위 인코더 고장 검출 서브루틴이 호출된다. 서브루틴이 실행된 후, 시스템(100)은 312에서 316으로 진행한다.

304에서 계산된 속도가 최소 속도 이하이거나 시스템(100)이 304에서 속도를 계산할 수 없다면, 시스템(100)은 306에서 314로 진행하고, 0에 가까운 속도 인코더 고장 검출 서브루틴을 호출한다. 서브루틴이 실행된 후, 시스템은 314에서 316으로 진행한다.

316에서, 시스템(100)은 인코더 고장이 적절한 서브루틴에 의해 검출되는지의 여부를 결정한다. 인코더 고장이 검출되면, 시스템(100)은 316에서 318로 진행하고, 적절한 제어 신호들이 인코더 고장의 표시에 기초하여 생성된다. 그 후, 시스템은 320으로 진행한다. 인코더 고장이 검출되지 않는다면, 시스템(100)은 316에서 320으로 진행한다. 320에서, 시스템(100)은 다른 함수들을 수행하여 정지하거나 300으로 되돌아갈 수 있다. 명세를 검토한 후, 이 기술분야의 숙련자는 시스템(100)의 실시예가 도 3에 도시되지 않은 다른 동작들을 수행할 것이고, 도 3에 도시된 동작들의 모두를 수행하는 것은 아니며, 상이한 순서로 도 3의 동작들을 수행할 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들면, 시스템(100)은 스위치(도 1의 키드 스 위치(128)와 같은)가 토글되면 인코더 고장을 지울 것이다.

도 4a 및 도 4b는 0에 가까운 속도 인코더 고장 검출 서브루틴의 실시예를 도시한 흐름도이다. 서브루틴은 최소의 회전 속도 이하의 회전 속도들 및 도 1의 샤프트(108)과 같이 회전 구성 요소가 회전 속도를 가지지 않거나 회전 속도가 측정되지 않는 경우와 같은, 낮은 회전 속도들에서 도 1의 인코더(106)와 같은, 고장난 또는 없어진 인코더를 검출하는데 사용될 수 있다.

400에서 0에 가까운 속도 인코더 고장 검출 서브루틴이 시작한다. 초기화는 402에서 발생하며, 루프 카운터 값은 루프를 검사하기 위해 설정된다. 즉, 고장 표시자는 FALSE로 설정되고, 에지 카운터 값은 0으로 설정된다. 루프 카운터 값은 특정 기계 및 사용을 위한 디자인 선택의 문제이고, 대표적인 실시예에 조정가능하다. 예를 들면, 자동자에서 실시예의 값은 서브루틴이 고장난 인코더의 거짓 표시들을 최소화하도록 30분 이상 동안 실행하기에 충분히 높게 설정될 것이다. 명세를 검토한 후, 이 기술분야의 숙련자는 소프트웨어 또는 도 1의 타이머(121)와 같은 하드웨어를 사용하여, 또는 소프트웨어 및 하드웨어의 몇몇 조합으로 구현될 수 있다.

서브루틴은 402에서 404로 진행한다. 404에서, 서브루틴은 모터가 작동 가능한지를 알기위해 확인한다. 모터가 작동가능하지 않다면, 서브루틴은 422로 진행하고, 고장이 발생하지 않았다는 표시를 리턴한다. 모터가 작동가능하면, 서브루틴은 406으로 진행한다.

406에서, 서브루틴은 토크 명령어가 어떤 임계 토크값보다 크거나 같게 설정 되는지의 여부를 확인한다. 토크 명령어가 임계 토크값 이하로 설정되었다면, 서브루틴은 422로 진행하고 고장이 발생하지 않았다는 표시를 리턴한다. 토크 명령어가 임계 토크값보다 크거나 같게 설정되었다면, 서브루틴은 408로 진행한다. 임계 토크값은 특정 기계 및 사용을 위한 디자인 선택의 문제이다. 자동자에 대한 대표적인 실시예에서, 임계 토크값은 인코더 고장의 거짓 표시들을 최소화하도록 선택된다.

인코더 고장의 거짓 표시를 유발할 수 있는 공통의 상태들은 커브를 오르거나 언덕상의 위치를 유지하기 위해 시도하는 자동차를 포함한다. 검사 동안 고정된 회전자는 또한 인코더 고장의 거짓 표시를 생성할 수 있다. 실험들은 비록 자동차가 제한된 회전 움직임을 생성할 수 있는 상태에서 동작할 지라도, 토크 명령이 검출 가능한 회전 움직임을 도출하기 위해 예상될 수 있는 값을 결정하기 위해 행하여질 수 있다. 이것은 기능적인 인코더에 의해 검출되는 회전 움직임을 생성해야 하는 임계 토크값을 나타낼 것이다. 저속에서 인코더 고장을 검출하는 것이 인코더 고장의 거짓 표시들을 피하는 것보다 더욱 중요한 다른 애플리케이션들에서, 상이한 임계 토크값이 선택될 수 있다. 대표적인 실시예에서, 임계 토크값은 기계의 특정들과 기계의 예상된 사용을 양호하게 매칭하기 위해 조정될 수 있다. 명세를 검토한 후, 이 기술분야의 숙련자들은 서브루틴이 토크 명령어가 많은 방법들로 임계값을 초과하는 지의 여부를 결정할 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들면, 토크 명령의 절대값은 임계값에 비교될 수 있거나, 또는 토크 명령의 값은 임계 토크 범위에 비교될 수 있다.

명세를 검토한 후, 이 기술분야의 숙련자들은 루프 카운터 값 및 임계 토크값이 인코더 고장의 거짓 표시들을 최소화하기 위해 함께 선택될 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들면, 일 실시예는 500ms의 루트 지속 기간에 대응하는 초기 루프 카운터값을 설정하고, 120 뉴튼미터(Newton-meters)의 모터 토크에 대응하는 임계 토크값을 설정할 것이다.

408에서 서브루틴은 인코더 채널 에지가 검출되는지의 여부를 알기 위해 확인된다. 토크 명령이 사용될 때, 기능적인 인코더는 정상적인 조건들 하에서 채널 출력으로 펄스들을 생성하는 것이 기대된다. 인코더 채널 에지가 408에서 검출되지 않는다면, 서브루틴은 408에서 414로 진행한다. 인코더 채널 에지가 408에서 검출되면, 서브루틴은 에지 카운터의 값이 증가되는 410으로 진행한다. 그 후, 서브루틴은 에지 카운터의 값이 임계 에지 카운터 값을 초과하는지의 여부를 알기 위해 412에서 확인한다. 412에서 에지 카운터의 값이 임계 에지 카운터 값을 초과하면, 서브루틴은 412에서 고장이 발생되지 않았다는 표시를 리턴하는 422로 진행한다. 412에서 에지 카운터의 값이 임계 에지 카운터 값을 초과하지 않는다면, 서브루틴은 계속해서 414이다. 임계 에지 카운터값은 특정 기계 및 사용에 대한 디자인 선택의 문제이다. 예를 들면, 자동차의 대표적인 실시예에서, 임계 에지 카운터값은 1일 수 있다. 대표적인 실시예에서, 임계 에지 카운터 값은 조정가능하다. 이 기술분야의 숙련자들은 명세를 검토한 후 1의 임계 에지 카운터 값에 대해, 도 4의 흐름도가 동작들(410 및 412)를 생략하기 위해 간략화될 수 있음을 인지할 것이다. 이 기술분야의 숙련자들은 또한 명세를 검토한 후, 서브루틴이 에지들 대신에 펄스 들을 확인할 수 있음을 인지할 것이다.

414에서, 서브루틴은 온도 변화가 선택된 임계값을 초과하는 지의 여부를 확인한다. 414에서 온도 변화가 선택된 임계값을 초과한다면, 서브루틴은 414에서 고장이 발생하지 않았다는 표시를 리턴하는 422로 진행한다. 414에서 온도 변화가 선택된 임계값을 초과하지 않는다면, 서브루틴은 414에서 416으로 진행한다. 온도 변화에 대한 임계값은 특정 기계 및 사용에 대한 디자인 선택의 문제이다. 예를 들면, 자동차에서, 온도 변화는 회전자가 고정되거나 또는 자동차가 언덕에 있는 경우 기대될 수 있고, 따라서 없거나 또는 작은 수의 에지 검출들이 인코더의 고장을 필수적으로 나타내지 않을 것이다. 대표적인 실시예에서, 온도 변화에 대한 임계값은 조정 가능하다. 명세를 검토한 후, 이 기술분야의 숙련자들은 온도 변화보다는 온도가 임계값에 비교될 수 있음을 인지할 것이다. 명세를 검토한 후, 이 기술분야의 숙련자들은 온도 변화가 임계값보다는 임계 범위에 비교될 수 있음을 인지할 것이다.

416에서, 서브루틴은 루프 카운터 값을 감소시키고 418로 진행한다. 418에서, 서브루틴은 루프 카운터 값이 0인지의 여부를 확인한다. 418에서 루프 카운터 값이 0이 아니면, 서브루틴은 404로 되돌아간다. 418에서 루프 카운터 값이 0이면, 서브루틴은 고장 표시자를 TRUE로 설정하는 4210으로 진행한다. 그 후, 서브루틴은 422로 진행하고 고장 표시자의 값 및 검출된 에지들의 수와 같은 임의의 다른 원하는 변수들을 리턴한다.

명세를 검토한 후, 이 기술분야의 숙련자들은 0에 가까운 속도 인코더 고장 서브루틴의 실시예들이 도 4에 도시되지 않은 다른 동작들을 수행하고, 도 5에 도시된 모든 동작들을 수행하는 것은 아니며, 상이한 순서로 도 4의 동작들을 수행할 것임을 인지할 것이다. 예를 들면, 도 4의 서브루틴은 도 1의 브레이크(121)과 같은, 주차 브레이크가 설정되는지의 여부를 결정하고 만일 주차 브레이크가 설정되었다면 고장이 발생하지 않았음을 나타내기 위해 변경될 것이다.

도 5는 0에 가까운 속도 인코더 고장 검출 서브루틴의 실시예를 도시한 흐름도이다. 서브루틴은 최소 회전 속도 이하의 회전 속도 및 도 1의 샤프트(108)와 같은, 회전 구성 요소가 회전 속도를 가지지 않거나 또는 회전 속도가 측정되지 않을 때와 같은 낮은 회전 속도에서, 도 1의 인코더(106)와 같은, 고장난 또는 없어진 인코더를 검출하기 위해 이용될 수 있다. 도 5에 도시된 동작은 자동차가 언덕에서의 위치를 유지할 때 인코더 고장의 거짓 표시들을 피하는데 유용하다.

500에서 0에 가까운 속도 인코더 고장 검출 서브루틴이 시작한다. 502에서는 초기화가 발생하고, 루프 카운터 값은 검사 루프를 위해 설정된다. 즉, 거짓 표시자가 FALSE로 설정되고, 초기 토크 명령 값이 저장되며 토크 범위 플래그는 FALSE로 설정된다. 루프 카운터 값은 특정 기계 및 사용에 대한 디자인 설계의 문제이고 대표적인 실시예에서 조정 가능하다. 서브루틴은 502에서 504로 진행한다.

504에서 서브루틴은 토크 명령이 어떤 임계 토크 값보다 크거나 같은지의 여부를 확인한다. 토크 명령이 임계 토크값 이하로 설정되면, 서브루틴은 520으로 가고 고장이 발생하지 않았다는 표시를 리턴한다. 토크 명령이 임계 토크값보다 크거나 같게 설정되면, 서브루틴은 506으로 진행한다. 임계 토크값은 특정 기계 및 사 용에 대한 디자인 선택의 문제이다. 자동차에 대한 대표적인 실시예에서, 임계 토크값은 인코더 고장의 거짓 표시들을 최소화하기 위해 선택된다.

506에서 서브루틴은 인코더 채널 에지가 검출되었는지의 여부를 알기 위해 확인한다. 토크 명령이 이용될 때, 기능적인 인코더는 정상적인 조건들하에 채널 출력에서 펄스들을 생성하는 것이 기대될 것이다. 506에서 인코더 채널 에지가 검출되지 않는다면, 서브루틴은 506에서 508로 진행한다. 506에서 인코더 채널 에지가 검출되면, 서브루틴은 506에서 520으로 진행하고 고장이 발생하지 않았다는 표시를 리턴한다.

508에서, 서브루틴은 토크 명령이 선택된 임계 범위의 저장된 초기 토크 명령값 내에 설정되는지의 여부를 결정한다. 토크 명령이 선택된 임계 범위의 저장된 초기 토크 명령값 이내에 설정되면, 서브루틴은 508에서 512로 진행한다. 토크 명령이 선택된 임계 범위의 저장된 초기 토크 명령값 이내가 아니라면, 서브루틴은 508에서 510으로 진행한다. 510에서, 토크 범위 플래그는 TRUE로 설정되고, 서브루틴은 510에서 512로 진행한다.

512에서, 서브루틴은 루프 카운터 값을 감소시키고, 514로 진행한다. 514에서, 서브루틴은 루프 카운터값이 0인지의 여부를 확인한다. 514에서 루프 카운터 값이 0이 아니면, 서브루틴은 504로 되돌아간다. 514에서 루프 카운터 값이 0이면, 서브루틴은 516으로 진행한다.

516에서, 서브루틴은 토크 범위 플래그가 TRUE 인지의 여부를 결정한다. 516에서, 토크 범위 플래그가 TRUE이면, 서브루틴은 518로 진행하여 고장 표시자를 TRUE로 설정한다. 그 후, 서브루틴은 518에서 520으로 진행한다. 516에서, 토크 범위 플래그가 FALSE 이면, 서브루틴은 516에서 520으로 진행한다.

520에서, 서브루틴은 고장 표시자의 값 및, 저장된 초기 토크 값과 같은 임의의 다른 원하는 변수들을 리턴한다.

명세를 검토한 후, 이 기술분야의 숙련자들은 0에 가까운 속도 인코더 고장 서브루틴의 실시예들이 도 5에 도시되지 않은 다른 동작들을 수행하고, 도 5에 도시된 모든 동작들을 수행하는 것은 아니며, 상이한 순서로 도 5의 동작을 수행할 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들면, 도 5의 서브루틴은 브레이크가 설정되는지의 여부를 결정하고 브레이크가 설정되었다면 고장이 발생되지 않음을 나타내기 위해 변경될 수 있다.

비록 제어 시스템 및 방법에 대한 예들과 특정 실시예들은 예시적인 목적을 위해 본 명세서에 설명되었지만, 다양한 동등한 변경들이 관련 기술의 숙련자들에 의해 인지된 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 본 명세서에 제공된 기술들은 증가 인코더들과 함께 다른 시스템들에 적용될 수 있으며, 상술된 기계들 및 자동차들에 필수적인 것은 아니다.

상술된 다양한 실시예들은 추가적인 실시예들을 제공하기 위해 결합될 수 있다. 미국 특허들, 미국 특허 출원 공보들, 미국 특허 출원들, 외국 특허들, 외국 특허 출원들, 및 이들 명세서에 참조된 및/또는 출원 데이터 시트에 열거된 비출원 공보들 모두는 공동으로 양도된 미국 특허 제 6,246,343호를 포함하지만 이에 제한되지 않고 본 명세서에 참조로서 완전히 통합된다. 본 발명의 양상들은, 본 발명의 추가적인 실시예들을 제공하도록 다양한 출원들의 시스템들, 회로들 및 개념들, 애플리케이션들 및 공보들을 이용하기 위해 필요하다면 변경될 수 있다.

이들 및 다른 변경들은 상술된 설명에 비추어 본 발명을 이룰 수 있다. 일반적으로, 다음의 청구항들에서, 사용된 용어들은 명세서 및 청구항들에 개시된 특정 실시예들에 본 발명을 제한하기 위해 해석되어서는 안되며, 단지 증가 인코더들을 통합하는 모든 제어 시스템들을 포함하기 위해 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명은 개시에 의해 제한되지 않으며, 대신 본 발명의 범위는 다음의 청구항들에 의해 완전히 결정될 것이다.

Claims

기계에 있어서,

회전 가능한 구성 요소; 및

제어 시스템을 포함하고, 상기 제어 시스템은,

상기 회전 가능한 구성 요소의 회전 움직임에 대응하는 신호를 생성하고, 상기 회전 가능한 구성 요소에 결합되는 인코더;

상기 회전 가능한 구성 요소의 감지된 속도에 대응하는 신호를 생성하도록 상기 인코더에 결합되는 속도 감지 회로;

상기 회전 가능한 구성 요소의 토크를 제어하기 위해 제어 신호를 생성하는 토크 제어 회로; 및

상기 회전 가능한 구성 요소의 회전 움직임에 대응하여 상기 신호 및 상기 회전 가능한 구성 요소의 토크를 제어하기 위해 상기 제어 신호를 모니터하는 인코더 고장 검출 회로를 포함하고, 상기 인코더 고장 검출 회로는,

감지된 속도에 대응하는 신호가 제 1 임계값 미만인 경우;

상기 회전 가능한 구성 요소의 토크를 제어하는 신호가 선택된 시간 기간 동안 제 2 임계값을 계속해서 초과하는 경우; 및

상기 회전 가능한 구성 요소의 회전 움직임에 대응하는 신호가 상기 선택된 시간 기간 동안 움직임을 나타내지 않는 경우에 상기 인코더의 고장에 대응하는 신호를 생성하도록 구성되는, 기계.
제 1 항에 있어서,

상기 인코더는 상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임에 응답하여 펄스를 생성하도록 구성되는, 기계.
기계의 회전하는 구성 요소를 제어하는 제어 시스템에 있어서,

회전하는 구성 요소의 회전 움직임에 응답하여 펄스들을 생성하는 인코더;

감지된 속도에 대응하는 신호를 생성하기 위해 상기 인코더에 결합된 속도 감지 회로;

상기 회전하는 구성 요소의 토크를 제어하기 위해 제어 신호를 생성하는 토크 제어 회로; 및

인코더 고장 검출 회로를 포함하고, 상기 인코더 고장 검출 회로는,

고장 검출 주기를 선택적으로 개시하고,

상기 고장 검출 주기 동안 토크 제어 신호의 레벨을 모니터하고,

상기 고장 검출 주기 동안 상기 인코더에 의해 생성된 많은 펄스들을 계수하고,

상기 고장 검출 주기 동안 상기 토크 제어 신호의 모니터링된 레벨이 제 1 임계 범위 이내이면, 상기 고장 검출 주기를 종료하고 고장이 없음을 나타내는 신호를 생성하고,

상기 고장 검출 주기 동안 계수된 펄스들의 수가 임계 펄스 계수를 초 과하면, 상기 고장 검출 주기를 종료하고 고장이 없음을 나타내는 신호를 생성하며,

선택된 시간 주기가 상기 고장 검출 주기가 개시된 이래 상기 고장 검출 주기가 종료되기 전에 경과되었다면, 상기 고장 검출 주기를 종료하고 고장임을 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는, 제어 시스템.
제 3 항에 있어서,

출력 신호를 생성하는 센서를 더 포함하고, 상기 인코더 고장 검출 회로는,

상기 고장 검출 주기 동안 상기 센서 출력 신호의 레벨을 모니터하고,

상기 센서 출력 신호의 레벨이 상기 고장 검출 주기 동안 제 2 임계 범위 내에 있다면, 상기 고장 검출 주기를 종료하고 고장이 아님을 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는, 제어 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 센서는 온도를 모니터하는, 제어 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 인코더 고장 검출 회로는, 또한

상기 고장 검출 주기 동안 브레이크를 모니터하고,

상기 브레이크가 사용되면, 상기 고장 검출 주기를 종료하고 고장이 아님을 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는, 제어 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 선택된 시간 주기는 적어도 10초의 지속 기간을 갖는, 제어 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 인코더 고장 검출 회로는 감지된 속도에 대응하는 상기 신호가 임계 속도 범위 내에 있다면 상기 고장 검출 주기를 선택적으로 개시하도록 구성되는, 제어 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 인코더 고장 검출 회로는 감지된 속도에 대응하는 상기 신호가 정의되지 않았다면 상기 고장 검출 주기를 선택적으로 개시하도록 구성되는, 제어 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 인코더 고장 검출 회로는 대안적인 인코더 고장 검출 회로를 선택적으로 개시하도록 구성되는, 제어 시스템.
기계에서 증가 인코더의 고장을 검출하는 방법에 있어서,

선택된 시간 주기 동안 토크 제어 신호를 모니터링하는 단계;

상기 선택된 시간 주기 동안 인코더 채널 출력에서 다수의 펄스들을 계수하는 단계; 및

상기 토크 제어 신호의 모니터링이 상기 토크 제어 신호가 상기 선택된 시간 주기 동안 언제라도 제 1 임계 범위 내에 있음을 나타낸다면 고장이 아님을 나타내기 위해 변수를 설정하는 단계를 포함하는, 고장 검출 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 선택된 시간 주기 동안 계수된 펄스들이 수가 0을 초과하면 고장이 아님을 나타내기 위해 변수를 설정하는 단계를 더 포함하는, 고장 검출 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 토크 제어 신호의 모니터링이 상기 선택된 시간 주기 동안 상기 제 1 임계 범위 밖에 존재하는 상기 토크 제어 신호를 나타내고, 상기 선택된 시간 주기 동안 계수된 펄스들이 없다면, 고장임을 나타내는 상기 변수를 설정하는 단계를 더 포함하는, 고장 검출 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 선택된 시간 주기 동안 상기 기계의 조건에 대응하는 신호를 모니터하는 단계와 상기 기계의 조건에 대응하는 상기 신호가 제 1 임계 레벨을 초과하면, 고장이 아님을 나타내기 위해 상기 변수를 설정하는 단계를 더 포함하는, 고장 검출 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 기계의 조건에 대응하는 상기 신호는 온도에 대응하는, 고장 검출 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 기계의 조건에 대응하는 상기 신호는 온도 변화에 대응하는, 고장 검출 방법.
제 11 항에 있어서,

브레이크가 설정되면, 고장이 아님을 나타내기 위해 상기 변수를 설정하는 단계를 더 포함하는, 고장 검출 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 선택된 시간 주기 동안 다른 인코더 출력 채널에서 다수의 펄스들을 계수하는 단계를 더 포함하는, 고장 검출 방법.
제 11 항에 있어서,

인코더 채널 출력에서 다수의 펄스들을 계수하는 단계는 다수의 펄스 에지들을 계수하는 단계를 포함하는, 고장 검출 방법.
기계에서 인코더의 고장을 검출하는 방법에 있어서,

검사 주기를 선택적으로 개시하는 단계;

상기 검사 주기 동안 제어 신호의 레벨을 모니터링하는 단계;

상기 검사 주기 동안 인코더 채널의 다수의 펄스들을 계수하는 단계;

상기 제어 신호의 모니터링된 레벨이 제 1 임계 범위 내에 있다면, 상기 검사 주기를 종료하고 고장이 아님을 나타내는 단계;

상기 검사 주기 동안 계수된 펄스들의 수가 임계 펄스 계수를 초과하면, 상기 검사 주기를 종료하고 고장이 아님을 나타내는 단계; 및

선택된 시간 주기가 상기 검사 주기가 개시된 이래 상기 검사 주기가 종료되기 전에 경과되었다면, 상기 검사 주기를 종료하고 고장임을 나타내는 단계를 포함하는, 고장 검출 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 검사 주기 동안 센서의 출력 레벨을 모니터링하는 단계; 및

상기 센서의 상기 출력 레벨이 제 2 임계 범위 내에 있다면 상기 검사 주기를 종료하고 고장이 아님을 나타내는 단계를 더 포함하는, 고장 검출 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 센서는 온도를 모니터링하는, 고장 검출 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 제어 신호는 토크 명령인, 고장 검출 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 기계는 전기 운송 수단인, 고장 검출 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 검사 주기 동안 브레이크를 모니터링하는 단계; 및

상기 브레이크가 사용되면, 상기 검사 주기를 종료하고 고장이 아님을 나타내는 단계를 더 포함하는, 고장 검출 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 선택된 시간 주기는 적어도 10초의 지속 기간을 갖는, 고장 검출 방법.
제 20 항에 있어서,

대안적인 검사 주기를 선택적으로 개시하는 단계를 더 포함하는, 고장 검출 방법.
제 20 항에 있어서,

고장의 표시에 응답하여 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 고장 검출 방법.
제어 시스템에 있어서,

회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단;

상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 제어하는 수단; 및

회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단의 고장을 검출하고, 상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단 및, 상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 제어하는 수단에 결합된 고장 검출 수단을 포함하고, 상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단의 고장을 검출하는 수단은 선택된 시간 주기 동안 상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 제어하는 수단을 모니터링하는, 제어 시스템.
제 29 항에 있어서,

상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 제어하는 수단은 토크 명령을 생성하기 위한 회로를 포함하고, 상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단의 고장을 검출하는 수단은 생성된 토크 명령을 모니터링하고 모니터링된 토크 명령이 상기 건택된 시간 주기 동안 언제라도 선택된 범위 내에 있다면 회전 가능 한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단이 적절하게 기능함을 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는, 제어 시스템.
제 30 항에 있어서,

상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단의 고장을 검출하는 수단은 상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단이 상기 선택된 시간 주기 동안 상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출한다면 상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단이 적절하게 기능함을 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는, 제어 시스템.
제 31 항에 있어서,

상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단의 고장을 검출하는 수단은,

상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단이 상기 선택된 시간 주기 동안 움직임이 발생하지 않음을 나타내는 경우; 및

상기 모니터링된 토크 명령이 상기 선택된 시간 주기 동안 상기 선택된 범위 밖에 존재하는 경우에 상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단이 고장났음을 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는, 제어 시스템.
제 29 항에 있어서,

상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 제어하는 수단은 브레이크를 포함하는, 제어 시스템.
제 29 항에 있어서,

상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단은 상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임들에 응답하여 펄스들을 생성하도록 구성되는, 제어 시스템.
제 29 항에 있어서,

상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 수단의 고장을 검출하는 수단은 상기 회전 가능한 구성 요소에 관한 조건을 검출하는 수단에 결합되고, 상기 조건이 검출되면 상기 회전 가능한 구성 요소의 움직임을 검출하는 요소가 적절하게 기능함을 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는 상기 회전 가능한 구성 요소에 관한 조건을 검출하는 수단을 더 포함하는, 제어 시스템.
제어 시스템이 고장난 증가 인코더의 검출을 용이하게 하는 명령들을 저장한 컴퓨터 판독가능한 매체에 있어서,

검사 주기를 선택적으로 개시하는 단계;

상기 검사 주기 동안 제어 신호의 레벨을 모니터링하는 단계;

상기 검사 주기 동안 인코더 채널의 다수의 펄스들을 계수하는 단계;

상기 제어 신호의 모니터링된 레벨이 제 1 임계 범위 내에 있다면, 상기 검 사 주기를 종료하고 고장이 아님을 나타내는 단계;

상기 검사 주기 동안 계수된 펄스들의 수가 임계 펄스 계수를 초과하면, 상기 검사 주기를 종료하고 고장이 아님을 나타내는 단계; 및

선택된 시간 주기가 상기 검사 주기가 개시된 이래 상기 검사 주기가 종료되기 전에 경과되었다면, 상기 검사 주기를 종료하고 고장을 나타내는 단계를 포함하는 명령들을 저장한, 컴퓨터 판독 가능한 매체.
기계에서 인코더의 고장을 검출하는 방법에 있어서,

검사 주기를 선택적으로 개시하는 단계;

상기 검사 주기 동안 제어 신호의 레벨을 모니터링하는 단계;

상기 검사 주기 동안 인코더 채널의 다수의 펄스들을 계수하는 단계;

상기 제어 신호의 모니터링된 레벨이 제 1 임계 범위 내에 있다면, 상기 검사 주기를 종료하고 고장이 아님을 나타내는 단계;

상기 검사 주기 동안 계수된 펄스들의 수가 임계 펄스 계수를 초과하면, 상기 검사 주기를 종료하고 고장이 아님을 나타내는 단계;

상기 검사 주기가 개시된 이래 상기 검사 주기가 종료되기 이전에, 상기 제어 신호의 상기 모니터링된 레벨이 상기 검사 주기 동안 제 2 임계 범위 내에 존재하며 선택된 시간 주기가 경과되었다면, 상기 검사 주기를 종료하고 고장이 아님을 나타내는 단계; 및

상기 검사 주기가 개시된 이래, 상기 검사 주기가 종료되기 이전에, 상기 제 어 신호의 상기 모니터링된 레벨이 상기 검사 주기 동안 상기 제 2 임계 범위 내에 존재하지 않으면서 상기 선택된 시간 주기가 경과되었다면, 상기 검사 주기를 종료하고 고장임을 나타내는 단계를 포함하는, 고장 검출 방법.