KR20100119903A - 회전 운동의 적어도 하나의 회전비를 검출하는 센서 장치 - Google Patents

회전 운동의 적어도 하나의 회전비를 검출하는 센서 장치 Download PDF

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베른하르트 슈미트
로란트 부르가르트
외르크 하이멜
오트마르 지몬
로란트 힐저
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콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
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    • G01C19/5755—Structural details or topology the devices having a single sensing mass

Abstract

특히 경제적으로 회전비의 중복 측정을 실행할 수 있도록, 본 발명은 2축의 제 1 회전비 센서 부재를 포함하는 센서 장치로서, 제 1 및 제 2 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비가 검출되고, 제 1 및 제 2 회전비 측정 축은 서로에 대해 직교하게 배향된다. 센서 장치는, 제 1 및 제 2 회전비 측정 축과 함께 평면에 놓여지는 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비가 선택해제될 수 있는 적어도 하나의 다른 회전비 센서 부재를 포함한다는 사실에 의해 규정된다.

Description

회전 운동의 적어도 하나의 회전비를 검출하는 센서 장치{SENSOR DEVICE FOR DETECTING AT LEAST ONE ROTATION RATE OF A ROTATING MOTION}
본 발명은 제 1 및 제 2 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비가 검출되고, 제 1 및 제 2 회전비 측정 축이 서로에 대해 직교하게 배향된, 2축의 제 1 회전비 센서 부재를 포함하는 센서 장치에 관한 것이다.
회전비 센서의 특히 중요한 적용 분야는, 회전비 (rotation rate) 센서가 차량의 운동을 판정하기 위해 사용될 수 있는 자동차 분야이다. 예컨대, 본 명세서에서, 차량의 요 레이트 (yaw rate), 롤링 레이트 (rolling rate) 및/또는 피칭 레이트 (pitching rate) 가 측정된다. 회전비는 예컨대, 위험한 구동 상태 또는 위험한 교통 상황이 발생하기 이전에 적절한 간섭 방법에 의해 요구될 때 차량의 구동 상태를 판정하고 차량을 안정화시키기 위한 운전자의 동력학 제어기로 사용될 수 있다. 게다가, 안전 시스템이 차량의 안전 수단을 활성화하기 위해 하나 이상의 측정된 회전비에 접근하는 것을 제공할 것이다. 예컨대, 차량의 급박한 전복 (rollover) 이 측정된 롤링 레이트에 기초하여 판정될 수 있다. 이에 응답하여, 차량의 탑승자를 보호하기 위해서 전복 방지 시스템을 활성화할 수 있다.
특히, 측정된 회전비가 모터 차량의 안전 우선 (safety-critical) 시스템에 사용될 때, 회전비의 신뢰가능한 판정이 시스템의 정확한 기능을 보장하기 위해서 중요하다. 이를 위해, 회전비의 중복 측정은, 복수 개의 측정된 값의 타당성이 상기 값을 비교함으로써 판정될 수 있도록 실행될 수 있다.
회전비를 중복 측정하기 위해서, 복수 개의 독립적인 센서 장치를 사용할 수 있다. 그러나, 각각의 경우에, 전체 제조 비용이 각각의 센서 장치를 위해 초래되고, 센서 장치가 모터 차량에 별개로 통합되어야 하기 때문에 경제적인 면에서 문제가 있다. US 6 462 530 B1 은, 부여된 적절한 구조가 회전비의 중복 측정을 허용하는 복수 개의 회전비 센서 부재를 갖는 조립체를 포함하는 회전비 센서를 개시한다. 그 결과, 모터 차량으로의 회전비 센서 부재의 통합이 단순해지며, 예컨대 전압 공급장치와 같은 회전비 센서의 조립체가 복수 개의 회전비 센서 부재에 의해 동시에 사용될 수 있다.
본 발명의 목적은 회전비의 중복 측정의 경제적 실행 가능성을 더 개선하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 1 의 특징을 갖는 센서 장치에 의해 이루어진다. 센서 장치의 전개는 종속항들에서 특정된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 센서 부재는 2축의 제 1 회전비 센서 부재를 포함하며, 제 1 및 제 2 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비를 검출할 수 있고, 제 1 및 제 2 회전비 측정 축은 서로에 대해 직교하게 배향되는 것으로 제안된다.
센서 장치는, 제 1 및 제 2 회전비 측정 축과 함께 평면에 놓여지는 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비를 검출할 수 있는 적어도 하나의 다른 회전비 센서 부재를 포함하는 사실에 의해 규정된다.
직교 배향은, 예컨대 제조와 관련된 공차 때문에 비교적 작은 각도 범위 내에서 정확한 직교성과는 다를 수 있는 본질적인 직교 배향으로 본 발명의 범주 내에서 이해된다. 본 발명의 범주 내에서 평행 배향도 동일하게 적용된다. 특정 평면으로의 배치는 동일한 견지에서 이해된다. 본 명세서에서, 작은 편차에 기인하여, 2 개의 축 또는 방향은, 정교하게 평면을 형성하지 않도록 서로에 대해 배향될 수 있다. 게다가, 제 3 축 또는 방향은, 특정 평면에서 정교하게 놓이지 않도록 비교적 작은 편차를 가질 수 있다.
본 발명에 따라 구성된 센서 장치의 일 이점은, 회전비의 중복 측정이 적어도 하나의 회전비 측정 축에 대한 이루어질 수 있다는 사실이다. 그 결과, 특히,센서 장치의 기능의 정확한 방법을 보장하기 위해서 제 2 회전비 측정에 의해 회전비 측정의 타당성을 검사할 수 있다. 이는, 검출된 회전비가 안전과 관련된 기능을 실행하는데 사용된다면 센서 장치가 모터 차량에 사용되는 경우에 특히 중요하다. 모터 차량에서, 센서 장치는 모터 차량의 요 레이트, 모터 차량의 롤링 레이트 및 모터 차량의 피칭 레이트를 포함하는 군으로부터 하나 이상의 회전비를 검출하는데 적합하다.
2축 회전비 센서 부재의 사용에 기인하여, 센서 장치는 상이한 회전비 측정 축에 대한 회전비를 검출하기 위해 다양한 분야에서 유연한 방식으로 추가 사용될 수 있다. 그 결과, 센서 장치의 제조시 고 용적이 유리하게 얻어질 수 있다. 게다가, 2축 회전비 센서 부재의 경우에, 2 개의 회전비 측정 축에 대한 회전비를 측정하기 위해 다양한 조립체를 사용할 수 있다. 그 결과, 센서 장치의 경제적 실행 가능성이 증가되며, 단지 단일 축 회전비 센서로서 경제적으로 실행 가능한 방식으로 센서 장치의 사용을 구현할 수도 있다.
일 실시형태에서, 제 1 회전비 센서 부재는 횡방향으로 진동할 수 있는 센서 부재를 포함하며, 진동 축을 따라 진동하도록 횡방향으로 진동할 수 있는 센서 구조를 활성화시키는 수단과 편향 가능한 구조 질량체를 가지며, 이 구조 질량체는 제 1 및 제 2 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전중 발생하는 코리올리 힘에 기초하여 편향될 수 있고, 제 1 및 제 2 회전비 측정 축은 진동 축에 대하여 직교하게 배향된다. 제 1 및 제 2 회전 축을 중심으로 센서 장치의 회전 중 구조 질량체의 편향은, 회전비 측정 축에 각각 할단된 제 1 및 제 2 검출 유닛에 의해 바람직하게 검출된다.
이 구조에서, 단지 하나의 피동 구조 질량체는 2 개의 회전비 측정 축에 대한 회전비를 검출하는데 유리하게 사용된다. 이는, 사실상 단일 축 회전비 센서 부재의 부피에 해당하는 2축 회전비 센서 부재의 특히 컴팩트한 총 부피를 허용한다. 본질적으로 단지 하나의 검출 유닛이 추가되고 제 2 회전 축에 할당된다. 이에 반해, 회전비 센서 부재는 구조 질량체를 구동하기 위해서 단지 단일 구동 수단을 필요로 하고, 그 결과 회전비 센서 부재의 단지 더 컴팩트한 설계 뿐만 아니라 특히 효율적인 작동이 가능하다.
이에 반해, 대응하는 3축 회전비 센서 부재는 구동 방향과 회전비 측정 축의 필수의 직교성에 기인하여 추가의 피동 구조 질량체를 필요로한다. 이는 3축 회전비 센서 부재가, 예컨대 2축 회전비 센서 부재와 추가의 단일축 회전비 센서 부재의 조합과 비교하여 경제적 실행 가능성의 점에서 아주 미세한 이점을 갖는 상황을 초래한다.
회전비 측정의 타당성을 검사하기 위해서, 센서 부재는, 일 실시형태에서, 제 1 회전비 센서 부재에 의해 측정된 제 1 회전비와 추가의 회전비 센서 부재에 의해 측정된 제 2 회전비의 비교에 기초하여 제 1 회전비에 대한 타당성 신호를 판정하도록 구성된 타당성 검사 장치를 포함한다. 타당성 신호값은 바람직하게는 측정된 제 1 회전비의 타당성의 측정이다. 일 적용 분야에서, 타당성 신호는 그의 타당성에 따라서 측정된 회전비를 사용할 수 있도록 채용될 수 있다.
센서 장치의 일 양태에서, 타당성 검사 장치는, 적어도, 제 1 회전비 센서 부재에 의해 측정된 제 1 회전비와 다른 회전비 센서 부재에 의해 측정된 제 2 회전비에 의해 회전비 측정 축에 대한 회전비 출력 신호를 판정하도록 구성된다. 본 명세서에서, 예컨대, 미리 정해진 기능을 실행하기 위해서 회전비 신호로서 일 적용에 의해 사용될 수 있는 회전비 출력 신호는 유리하게는 복수 개의 측정된 회전비로부터 유리하게 판정되며, 그 결과 신호의 신뢰성이 개선될 수 있다.
센서 장치의 일 실시형태는, 다른 회전비 센서 부재가 제 1 또는 제 2 회전비 측정 축에 평행하게 배향된 제 3 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비를 검출할 수 있는 단일 축 회전비 센서 부재로서 형성되는 것을 제공한다. 그 결과, 제 1 또는 제 2 회전비 측정 축에 대한 회전비의 중복 측정이 유리하게 실행될 수 있다. 이들 회전비에 대한 타당성 신호는, 예컨대 회전비 간의 차이에 의해 용이하게 판정될 수 있다.
센서 장치의 추가의 실시형태에서, 다른 회전비 센서 부재가 제 1 또는 제 2 회전비 측정 축에 평행하게 배향되지 않은 제 4 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비를 검출할 수 있는 단일 축 회전비 센서 부재로서 형성되는 것이 제공된다. 제 4 회전비 측정 축에 대한 검출되는 회전비에 의해, 제 1 및 제 2 회전비 측정 축에 대한 검출되는 회전비에 대한 타당성 신호를 판정하는 것이 가능하다. 따라서, 유리하게는 이 구조에서, 단지 하나의 다른 회전비에 의해 2 개의 회전비에 대한 타당성 신호를 판정하는 것이 가능하다. 타당성 신호의 판정은, 바람직하게는, 회전비 측정 축중 하나에 대한 각속도가 2 개의 다른 회전비 측정 축에 대한 각속도의 선형 조합으로부터 얻어진다는 사실에 기초한다.
게다가, 센서 장치의 일 양태는, 서로 직교하게 배향된 2 개의 다른 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비를 검출할 수 있는 다른 회전비 센서 부재가, 2축 회전비 센서 부재로서 구성되며, 다른 회전 축 중 적어도 하나는 제 1 회전비 센서 부재의 제 1 또는 제 2 회전비 측정 축에 평행하게 배향되는 것이 규정된다. 그 결과, 회전비의 중복 측정이 제 1 회전비 센서 부재의 회전비 측정 축에 대한 유리하게 실행될 수 있다. 제 1 회전비 센서 부재에 대한 추가의 회전비 센서 부재의 배치에 따라, 제 1 회전비 센서 부재의 다른 회전비 측정 축에 대한 중복 측정을 실행할 수 있고, 또는 센서 장치가 다른 2축 회전비 센서 부재의 통합에 의해 확장되어 3축 회전비 센서를 형성할 수 있다.
마지막에 언급한 경우에서는, 예컨대, 다른 특성화된 회전비 측정 축 중 하나에 평행하게 배향된 회전비 측정 축에 대한 회전비를 검출할 수 있는 적어도 하나의 단일축 회전비 센서 부재가 추가로 제공될 수 있다. 그 결과, 회전비가 타당성 신호 판정을 위해서 이 회전비 측정 축에 대한 중복 검출될 수 있다.
다른 회전축 중 하나에 평행하게 배행되지 않은 것을 제외하고는 다른 회전비 측정 축을 갖는 평면에 놓여지는 회전비 측정 축에 대한 회전비를 검출할 수 있는 추가의 단일 축 회전비 센서 부재가 제공되는 것도 가능하다. 이를 위해, 센서 장치의 일 구조에서, 2축으로 형성된 다른 회전비 센서 부재 이외에 제 5 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비를 검출할 수 있는 다른 단일 축 회전비 센서 부재를 포함하는 센서 장치가 제공되며, 제 5 회전비 측정 축은 제 1 회전비 센서 부재의 회전비 측정 축과, 서로 평행하게 배치되지 않은, 다른 2축 회전비 센서 부재의 회전비 측정 축의 평면에 놓이며, 제 5 회전비 측정 축은 제 1 의 또는 다른 회전비 센서 부재의 이러한 회전비 측정 축 중 하나에 평행하게 배향되지 않는다. 평면에 놓여진 2 개의 회전비 측정 축은, 예컨대 서로 평행하게 배향되지 않은 2축 회전비 센서 부재의 2 개의 회전비 측정 축에 서로직교하게 배향된다.
그 결과, 특히, 2 개의 2축 회전비 센서 부재의 회전비 측정 축에 대한, 2 개의 2축 회전비 센서 부재에 의해 실행될 수 없는 중복 회전비 측정에 대하여 판정되는 회전비에 대한 타당성 신호를 판정하는데 단지 단일의 추가의 단일축 회전비 센서 부재를 사용할 수 있다. 따라서, 센서 장치의 관련된 구조는, 타당성 검사 장치가 평면에 놓이며 제 5 회전비 측정 축을 포함하는 회전비 측정 축에 대하여 판정되는 회전비와 비교하여, 평면에 놓이는 회전비 측정 축에 대하여 판정되는 회전비에 대한 타당성 신호를 판정하도록 구성되는 것을 제공한다. 이는 바람직하게는, 평면에서 직교하는 회전비 측정 축이다.
게다가, 센서 장치의 일 구조는, 다른 2축 회전비 센서 부재에 추가하여, 다른 2축 회전비 센서 부재를 포함하며, 센서 장치에 포함된 2축 회전비 센서 부재중 하나의 각각의 회전비 측정 축은 센서 장치의 다른 회전비 센서 부재의 다른 회전비 측정 축에 평행하게 배향된다. 이 구조에서, 센서 장치는 3 개의 2축 회전비 센서 부재를 유리하게 포함하는데, 각각의 경우에, 상이한 회전비 센서 부재의 2 개의 회전비 측정 축은 서로 평행하게 배향되고, 그 결과 회전비의 중복 측정은 대응하는 타당성 신호를 판정하기 위해 가능할 수 있다.
센서 장치의 일 양태는, 포함되는 회전비 센서 부재가 집적 회로의 부품인 것을 특징으로 한다. 그 결과, 센서 장치를 포함하는 조립체가 용이하게 장착될 수 있다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 조립체는, 전술한 형식의 센서 장치, 및 조립체 외부에서 입수할 수 있도록 센서 장치에 포함된 회전비 센서 부재의 적어도 하나의 회전비 측정 축에 대한 회전비 출력 신호 및/또는 타당성 신호를 조절하도록 구성된 신호 처리 장치를 포함하는 것이 제안된다. 특히, 신호 처리 장치는, 데이터 버스에서 입수가능할 수 있도록 회전비 출력 신호 및/또는 타당성 신호를 조절하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 신호 처리 장치는 회전비 출력 신호 및/또는 타당성 신호를 무선 방식으로 하나 이상의 수신기로 전송하도록 구성될 수 있다.
신호 처리 장치 외에, 조립체는 센서 장치 그리고 신호 처리 장치에 에너지를 공급하는 에너지 공급 장치를 포함할 수 있다. 에너지 공급 장치는, 조립체가 예컨대, 에너지 공급 장치 네트워크에 연결된다면 조립체 외부로부터 공급될 수 있다. 게다가, 조립체의 자발적인 에너지 공급 장치가 제공될 수 있다. 이는, 예컨대 조립체에 의해 입수될 수 있게 만들어진 측정 신호에 의존하는 기능을 유지할 수 있도록 특히 공급 장치 네트워크가 고장나는 경우에서 조차 조립체를 작동시킬 수 있게 한다.
센서 부재는 조립체에서 집적 회로로서 포함될 수 있는데, 이 조립체는 모듈로부터 조립체의 용이한 조립을 보장하며, 센서 장치는 모듈 중 하나를 구성한다. 대안으로, 그러나, 센서 장치에 포함된 회전비 센서 부재는 인쇄 회로 기판 상에서, 다른 부품, 특히 신호 처리 장치와 함께 직접 장착될 수 있는 것이 제공될 수 있다.
일 실시형태에서, 조립체는, 신호 처리 장치에 연결되며 회전비가 상이한 측정 변수를 검출하도록 구성된 적어도 하나의 다른 센서 부재를 포함하며, 신호 처리 장치는 이 측정 변수에 대한 출력 신호를 입수할 수 있도록 구성된다. 이는, 유리하게는 복수 개의 센서중 특히 신호 처리 장치를 포함하는 센서를 포함하는 센서 하부 구조 (infrastructure) 를 사용하며, 그 결과 조립체의 경제적 실행 가능성이 증가될 수 있다.
조립체가 모터 차량에 사용되는 경우, 다른 센서 부재는, 예컨대 가속 센서 부재일 수도 있다. 이를 위해, 가속 센서 부재는, 차량의 충돌시 특히 발생할 수 있는, 미리 정해진 방향으로의 차량 운동 동력학 가속 및/또는 미리 정해진 방향으로 비교적 높은 가속을 검출하도록 구성될 수도 있다. 이 방향은, 예컨대, 차량의 길이 방향, 횡 방향 또는 수직 방향일 수도 있다. 예컨대, 차량 운동 동력학 제어기로부터 차량 운동 동력학 가속의 값은 차량의 구동 상태의 판정 및/또는 평가를 위해 채용될 수도 있다. 전술한 비교적 큰 가속이 예컨대, 에어백과 같은 안전 시스템을 자극하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 추가의 양태는 전술한 유형의 센서 장치 및/또는 전술한 유형의 조립체를 포함하는 모터 차량에 관한 것이다.
전술한 바와 같이, 요 레이트, 롤링 레이트 및/또는 피칭 레이트는 센서 장치에 의해 모터 차량에서 검출될 수 있다. 조립체 내부에서, 특히, 차량의 길이 방향 가속, 측방향 가속 및/또는 수직 가속을 판정하기 위해 다른 센서 부재를 사용할 수 있다.
특히, 차량 운동 동력학 제어 작동은 그자체로 당업자에서 공지된 방식으로 특성화된 측정 변수에 의해 모터 차량에서 실행될 수 있다. 본 명세서에서, 차량의 실제 구동 상태는 측정된 변수에 의해 설명될 수 있다. 본 명세서에서, 차량의 요 레이트 및 길이 방향 가속 및 측방향 가속은, 모터 차량의 차량 운동 동력학 상태의 설명에 특히 관련된다. 실제의 구동 상태는, 대개 모델 기반 형식으로 계산되는 셋포인트 구동 상태와 통상적으로 비교된다. 이를 위해, 예컨대, 운전자에 의해 설정되는 차량의 속도와 차량의 조향가능한 휠의 휠 잠금 각도와 같은 변수가, 운전자에 의해 신중하게 변경될 수 있는 변수로 사용될 것이다. 실제 구동 상태가 셋포인트 구동 상태로부터 미리설정된 방식과 상이하다면, 차량은 목표로 하는 개입에 의해 구동 거동으로 안정화될 것이다.
게다가, 센서 장치에 의해 측정되는 회전비는 차량의 안전 수단을 자극하기 위해 차량 탑승자 보호 시스템에서 사용될 수 있다. 특히, 본 명세서에서, 전복 바와 같은 보호 시스템이 작동될 수 있는 것에 응답하여, 차량의 급박한 전복이 측정된 롤링 레이트에 의해 검출될 수 있다. 이는, 종종 고정된 전복 바를 갖지 않고 대신에 필요한 경우 활성화되는 보호 시스템을 갖는 컨버터블 차량 (convertibles) 의 경우에서 특히 유리하다. 게다가, 조립체는 충돌시 발생하는 높은 가속을 측정하기 위해 하나 이상의 가속 센서를 포함할 수 있다. 이들 센서의 측정 신호에 의해, 예컨대 충돌시 차량의 에어백 또는 다른 안전 시스템을 자극할 수 있다.
본 발명의 전술한 이점, 추가의 이점, 특별한 구성 및 적당한 양태가 도면을 참조로 하기에 설명된 예시적 실시형태를 통해 명확해질 것이다.
도 1 은 닮은 꼴로 존재하며 횡방향으로 진동할 수 있는 센서 부재의 회전비 센서의 센서 구조의 개략적인 사시도이다.
도 2 는 회전비 센서의 단순 구조의 개략도이다.
도 3 은 다른 회전비 센서의 확장 구조의 개략도이다.
도 4 는 단순 구조의 배선에 따른 회전비 센서의 개략도이다.
도 5 는 3 개의 2축 회전비 센서, 신호 처리 수단 및 하우징을 갖는 제 1 센서 부재의 개략도이다.
도 6 은 3 개의 2축 회전비 센서, 2 개의 3축 가속 센서 및 신호 처리 수단을 각각 갖는 다른 센서 부재의 개략도이다.
도 7 은 3 개의 2축 회전비 센서, 2 개의 3축 가속 센서 및 마이크로프로세서 기능이 통합된 신호 처리 수단을 각각 갖는 추가의 센서 부재의 개략도이다.
도 8 은 2축 회전비 센서 및 3축 가속 센서가 별개로 수용되는 추가의 센서 부재의 개략도이다.
도 9 는 단일 축 회전비 센서 및 2축 회전비 센서를 갖는 센서 부재의 제 1 구조의 개략도이다.
도 10 은 단일 축 회전비 센서 및 2축 회전비 센서를 갖는 다른 센서 부재의 추가의 구조의 개략도이다.
도 11 은 2 개의 2축 회전비 센서를 갖는 센서 부재의 추가의 구조의 개략도이다.
도 12 는 2 개의 2축 회전비 센서 및 제 2 중복성 감시 회로를 갖는 센서 부재의 구조의 개략도이다.
도 13 은 단일축 회전비 센서 및 2 개의 2축 회전비 센서 및 제 2 중복성 감시 회로를 갖는 센서 부재의 개략적 구조이다.
도 14 는 단일축 회전비센서 및 2 개의 2축 회전비 센서 및 3 개의 중복성 감시 회로를 갖는 센서 부재의 개략적 구조이다.
도 1 은 마이크로 기계의 2축의 모노리식 (monolithic) 회전비 센서 부재의 제 1 센서 구조 (1) 의 개략도이다. 이 센서 구조 (1) 는 바람직하게는 웨이퍼 형태로 제조된 결정질 실리콘으로부터 마이크로 기계 제조 방법에 의해 제조된다.
제 1 센서 구조 (1) 는 구동 유닛 (도시 생략) 에 의해 구동 방향 (5) 으로 미리 규정된 진동수로 진동될 수 있는 구조 프레임 (4) 을 포함한다. 도시된 예시적 실시형태에서, 구동 방향 (5) 은 직교 좌표계 (Cartesian coordinate system; 8) 중 x 축 (7) 과 일치한다. 구동 유닛은 정전식 또는 압전식으로 작동할 수 있다. 게다가, 구조 프레임 (4) 에 이동 가능하게 장착되는 구조 질량 부재 (3a, 3b) 가 제공된다. 특히, 구조 질량 부재 (3a, 3b) 는 도 1 에 도시된 바와 같이, 각각 구조 프레임 (4) 에 회전될 수 있게 일측에 장착될 수 있다.
제 1 센서 구조 (1) 의 진동을 감시하고 제어할 수 있도록, 제 1 센서 구조 (1) 는 적절한 구동 검출 수단 (11, 12) 을 갖는다. 일 구조에서, 정전식 구동 검출이 제공된다. 본 명세서에서, 구조 프레임 (4) 에 배치되고 예컨대, 빗형 (comb) 구조를 갖는 구동 검출 수단 (11, 12) 은 그의 용량이 구조 프레임 (4) 의 운동에 기초하여 변화되는 커패시터의 방식으로 대응하는 구동 검출 수단과 상호작용한다. 이러한 변화는 진동 운동을 감시하기 위해서 검출된다. 그러나, 구동 검출은 대안으로 압전 구조에 의해 실행될 수도 있다.
코리올리 힘 (Coriolis force) 이 구동 방향 (5) 에 직교하게 배향된 회전 축 (9, 10) 을 중심으로 센서 구조 (1) 의 회전에 기초하여 센서 구조 (1) 에 작용한다.
센서 구조 (1) 가 구동 방향 (5) 에 직교하고, 도시된 좌표계 (8) 의 y 축 (10) 에 대응하는 제 1 회전비 측정 축을 중심으로 회전하는 경우, 도시된 좌표계 (8) 의 z 방향 (9), 즉 구조 프레임 (4) 의 평면에 대해 수직한 방향을 가리키는 코리올리 힘이 구조 프레임 (4) 에 작용한다. 이 코리올리 힘은 코리올리 힘의 방향으로의 구조 질량 부재 (3a, 3b) 의 측정가능한 편향을 야기한다. 본 명세서에서, 2 개의 구조 질량 부재 (3a, 3b) 는 동일 방향, 즉 프레임의 평면에 대해 공통 방향으로 편향된다. 따라서, 이러한 편향은 정전식으로 검출될 수 있다. 본 명세서에서, 예컨대, 검출 장치 (13, 14) 는 구조 질량 부재 (3a, 3b) 의 편향에 기초하여 변화되는 용량을 갖는 커패시터의 방식으로 구조 질량 부재 (3a, 3b) 와 상호작용한다. 이러한 용량의 변화는 회전비 측정 축 (10) 에 대해 그로부터 회전비를 얻기 위해서 판정된다. 대안으로, 구조 질량 부재 (3a, 3b) 의 편향은 또한 압전식으로 검출될 수 있다.
센서 구조 (1) 가 구동 방향 (5) 에 직교하고, 도시된 좌표계 (8) 의 z 축 (9) 에 대응하는 제 2 회전비 측정 축을 중심으로 회전하는 경우, 도시된 좌표계 (8) 의 y 방향 (10), 즉 구조 프레임의 평면에서 그리고 구동 방향 (5) 에 수직한 방향을 가리키는 코리올리 힘이 구조 프레임 (4) 에 작용한다. 이 코리올리 힘은 동일한 구조 프레임 (4) 의 편향을 야기하여, 적합한 검출 장치 (17, 18) 에 의해 검출될 수 있다. 이는 일 구조에서 정전식으로 작동할 수 있고, 구동 검출 수단 (11, 12) 과 유사한 방식으로 구성될 수 있다. 본 실시형태에서, 예컨대, 빗형 구조를 가지며, 그의 용량이 구조 프레임 (4) 의 운동에 기초하여 변화되는 커패시터의 방식으로 대응하는 검출 수단과 상호작용하는 검출 장치 (17, 18) 가 구조 프레임 (4) 에 배치된다. 이러한 용량의 변화는 회전비 측정 축 (9) 에 대해 회전비를 그로부터 얻기 위해 판정된다. 대안으로, 그러나, 구동 검출이 압전 구조에 의해 실행될 수 있다.
대안으로, 구조 질량 부재 (3a, 3b) 는 그의 중력 중심이 프레임의 평면에 놓이지 않고 하방 또는 상방으로 후자에 대해 오프셋되도록 구성될 수 있다. 구조 질량 부재 (3a, 3b) 의 중력 중심의 이러한 배치로 인해, 회전 축 (9) 을 중심으로한 회전에 의해 발생된 코리올리 힘은 프레임의 평면 밖으로 구조 질량 부재 (3a, 3b) 의 편향을 야기한다. 그러나, 이 경우, 구조 질량 (3a, 3b) 은 서로에 대해 대향 방향으로 편향되는데, 즉 하나의 구조 질량 부재 (3a, 3b) 는 프레임의 평면에 대해 상방으로 편향되고, 다른 구조 질량 부재 (3a, 3b) 는 프레임의 평면에 대해 하방으로 편향된다. 따라서, 이러한 편향의 검출은 정전식으로 또는 압전식으로 실행될 수 있다.
바람직하게는, 제 1 센서 구조 (1) 에 추가하여, 제 1 센서 (1) 에 대해 180° 회전하며, 동일 방식으로 만들어지는 제 2 센서 구조 (2) 가 추가로 제공된다. 특히, 제 2 센서 구조 (2) 는 구동 유닛에 의해 구동 방향 (5) 으로 진동될 수 있는 구조 프레임 (4') 을 포함한다. 편향 가능한 구조 질량 부재 (3a, 3b) 는 구조 프레임 (4') 에 이동 가능하게 장착된다. 게다가, 구동 검출 수단 (11', 12'), 프레임의 평면에 대해 수직한 구조 질량 부재 (3a', 3b') 의 편향을 검출하는 검출 수단 (13', 14') 및 구동 방향 (5) 에 수직한 프레임의 평면에서 구조 프레임 (4') 의 편향을 검출하는 검출 수단 (11', 12') 이 제공된다. 제 2 센서 구조 (2) 의 특별한 부품의 작동 방법은 제 1 센서 구조 (1) 의 대응하는 부품의 작동 방법에 해당한다. 이들 센서 구조 (1, 2) 는 접속 영역 (6) 에서 서로 체결된다. 특히, 연결 부재 (19) 는 센서 구조 (1) 의 구조 질량 부재 (3a, 3b) 와 제 2 센서 구조 (2) 의 구조 질량 부재 (3a', 3b') 를 연결하기 위해 제공된다. 이러한 연결은 예컨대, 참조로 결합된 DE 10 2007 012 163 A1 에 개시되어 있다. 이러한 연결은 구조 프레임 (4, 4') 과 구조 질량 부재 (3a, 3b, 3a', 3b') 의 원치않는 진동 모드의 여기 및 편향 간섭의 회피 또는 감소를 허용한다. 연결로 인해, 2 개의 센서 구조 (1, 2) 는 동일한 공명 주파수 (resonant frequency) 를 가지며, 따라서 공통의 구동 유닛에 의해 구동될 수 있다.
도 2 는 전술한 형식의 센서 구조 (101) 를 갖는 단일의 2축 회전비 센서 부재 (120) 의 구성을 도시한다. 회전비 센서 부재 (120) 에 있어서, 횡방향으로 진동할 수 있는 센서 구조 (101) 는 구동 장치 (122) 에 의해 구동 방향 (105) 으로 진동할 수 있다. 진동의 세기는 구동 검출 장치 (111) 에 의해 판정될 수 있다. 구동 방향 (105) 에 수직한 2 개의 편향 방향 (109, 110) 에 대한 구조 질량 부재 (3a, 3b, 3a', 3b') 및 구조 프레임 (4, 4') 의 편향은, 회전비 센서 부재 (120) 의 회전 운동시 발생하는 회전비를 판정하기 위해서 추가의 검출 장치 (113, 115) 에 의해 측정될 수 있다. 편향 방향 (109, 110) 으로의 운동은, 편향 방향 (109, 110) 및 구동 방향 (105) 에 직각 (right angle) 으로 배향된 회전 축을 중심으로 회전하는 경우에 발생한다. 추가의 구동 방향 (105) 과 직교의 편향 방향 (109, 110) 을 추가로 도시하는 X-X 선을 따라 취한 단면도는 회전비 센서 부재 (120) 의 개략적인 평면도를 설명한다.
도 3 은 2축 회전비 센서 부재 (221) 의 개략적인 설명도이다. 이 센서 부재는 전술한 회전비 센서 부재 (120) 의 구성 요소 이외에, 편향 방향 (109, 110) 으로 구조 질량 부재 (3a, 3b, 3a', 3b') 의 구조 프레임 (4, 4') 의 편향물 위에 구동 방향 (105) 으로의 구동 움직임의 혼선을 억제하는 수단 (226) 을 포함한다. 특히, 이 수단 (226) 에 의해, 이상적인 구조로부터 센서 구조 (101) 의 제조와 관련된 편향에 대한 보상이 가능하다. 게다가, 구조 질량 부재 (3a, 3b, 3a', 3b') 의 구조 프레임 (4, 4') 의 편향을 재설정하는 수단 (227) 이 제공되며, 편향 방향 (109) 에 대해 편향 움직임의 관점에서 주파수를 조절하는 수단 (228) 이 제공된다. 게다가, 회전비 센서 부재 (221) 는 구조 질량 부재 (3a, 3b, 3a', 3b') 의 구조 프레임 (4, 4') 의 편향을 재설정하는 수단 (229) 과 편향 방향 (110) 에 대해 편향 움직임의 관점에서 주파수를 조절하는 수단 (230) 을 포함한다.
도 4 는 회전비 센서 부재 (321) 의 작동과 입수 가능한 회전비 측정 신호 (335, 336) 를 위해 사용되는 주변 부품과 2축 회전비 센서 부재 (321) 의 개략적인 블록선도이다. 회전비 센서 부재 (321) 는 전술한 실시형태로 구현된다. 측정 축 평가 회로 (332; 333) 가 여기서는 회전비 센서 부재의 각각의 회전비 측정 축 (309; 310) 각각에 할당된다. 상기 측정 축 평가 회로 (332; 333) 는 회전비 측정 축 (309; 310) 을 중심으로한 회전비 센서 부재 (321) 의 회전 중에 검출되는 구조 질량 부재 (3a, 3b, 3a', 3b') 의 편향 또는 구조 프레임 (4, 4') 의 편향에 기초하여 대응하는 회전 운동의 회전비를 판정한다. 회전비는 회전비 측정 신호 (335, 336) 로서 측정 평가 회로 (332; 333) 에 의해 출력된다. 또한, 구동 회로 (331) 가 회전비 센서 부재 (321) 의 구동을 제어하기 위해 제공된다. 회전비 센서 부재 (321) 의 기능의 정확한 수정 방법을 감시하고, 적절하다면 구동 회로 (331) 와 회전비 센서 (321) 를 작동시키기 위해 센서 감시 회로 (330) 가 제공된다. 특히, 회전 센서 (321) 의 구동 주파수는 구동 주파수를 미리 정해진 값으로 설정하기 위해서 센서 감시 회로 (330) 에 의해 조절될 수 있다. 회전비 센서 (321) 와 주변 부품 (330, 331, 332, 333) 의 전압 공급은 전압 공급 및 감시 시스템 (334) 에 의해 보장된다.
본 발명의 다양한 실시형태에 있어서, 전술한 형식의 2축 회전비 센서 부재는 하나 이상의 다른 센서 부재와 결합된다. 특히, 다른 단일축 또는 2축 회전비 센서 부재가 존재한다. 기본적으로, 2축 회전비 센서 부재는 사용 목적에 따라 하나 이상의 단일축 또는 2축 회전비 센서 부재와 임의의 소망하는 방식으로 결합될 수 있다. 이러한 유형의 다양한 구성에 대해 하기에 상세히 기술한다.
회전비 센서 부재는 더 광범위한 회로에서 부품로서 사용될 수 있는 집적 회로에 결합될 수 있다. 도 5 는, 예컨대 3 개의 2축 회전비 센서 부재 (421)(여기서, 도면 부호는 단지 예시를 위한 것임) 를 갖는 구조를 포함하는 집적 회로 (440) 를 도시한다. 회전비 센서 부재 (421) 의 주변 부품은 신호 처리 회로 (441) 에 함께 통합되고, 하우징 (443) 에 있는 기판 (442) 상의 회전비 센서 부재 (421) 와 결합된다. 대안으로, 회전비 센서 부재 (421) 에 각각 할당된 복수 개의 신호 처리 회로 (441) 가 제공된다. 인쇄 회로 기판 (442) 은 하우징 (443) 의 플로어 영역을 형성한다. 인쇄 회로 기판 (442) 근처에서, 하우징 (443) 을 지나 바깥으로 신장하는 전기 접속체 (444) 가 제공된다. 신호 처리 회로 (441) 와 회전비 센서 부재 (421) 의 전압 공급이 제공될 수 있으며, 신호 처리 회로 (441) 의 출력 신호가 접속체 (444) 를 통해 가능하다.
도 5 의 실시형태에서 도시된 집적 회로는 하우징 내의 인쇄 회로 기판 상에 추가의 부품에 의해 함께 배치될 수 있다. 이는 다양한 적용 분야, 예컨대, 모터 차량에서 회전비를 검출하기 위해 사용될 수 있는 조립체가 된다. 집적 회로 (440) 로 입수 가능한 것의 대안으로서, 회전비 센서 부재 (421) 와 이의 주변 부품 (441) 이 추가의 패킹없이 인쇄 회로 기판에 장착될 수 있다. 인쇄 회로 기판과의 전기적 접속은 예컨대, 와이어 본드 (wire-bond) 또는 플립 칩 (flip-chip) 조립 공정에 의해 이루어진다. 회전비 센서 부재 (421) 와 이의 주변 부품 (441) 이외에, 조립체는 공급 장치 네트워크에 접속될 수 있고 회전비 센서 부재 (421) 와 주변 부품 (441) 뿐만 아니라, 적절하다면, 존재하는 다른 부품을 위해 필수의 작동 전압을 입수할 수 있는 전압 공급 장치를 바람직하게 포함한다.
다른 부품과 조립체의 장착은 사용하고자 하는 분야에 따른다. 특히, 예컨대, 추가 사용을 위해 신호 처리 회로 (441) 또는 회전비 센서 부재 (421) 의 출력 신호를 조절하는 신호 조절 유닛이 제공될 수도 있다. 따라서, 예컨대, 데이터 버스를 통해 전송될 수 있도록 출력 신호를 조절하는 마이크로프로세서가 제공될 수도 있다. 조립체가 모터 차량에 사용되는 경우, 본 명세서에서, 예컨대, SPI, CAN 또는 FlexRay 버스를 통해 전송이 발생할 수 있다. 게다가 또한 대안으로, 예컨대, 출력 신호를 무선 방식으로 입수할 수 있게 조립체로 라디오 송신 일렉트로닉스 (radio transmission electronics) 를 일체화할 수 있다. 게다가, 공급 장치 네트워크에 의한 외부 전압 공급이 실패한다면, 특정 시간 주기 동안 조립체가 작동할 수 있게 하는 자발적 에너지 공급 장치를 조립체에 일체화할 수 있다. 이는, 특히, 회전비 측정 신호에 기초하는 에어백의 트리거링과 같은 비상시 안전과 관련된 기능을 연속해서 구동시킬 수 있도록 특히 모터 차량에서 중요하다. 자발적 에너지 공급 장치는 예컨대, 배터리, 커패시터 또는 화학 반응 등에 의해 열, 가속으로부터 에너지를 필요로 하는 에너지 변환기를 포함한다.
게다가, 다른 센서 부재가 회전비 센서 부재 (421) 와 함께 조립체에 일체화될 수 있다. 예컨대, 도 6 은 조립체 (540) 를 도시하는데, 이 조립체는 회전비 센서 부재 (521) 를 포함하고, 예컨대 3 개의 2축 회전비 센서 부재 (521) 를 포함하는 구조를 제공한다. 게다가, 조립체 (540) 는 예시적으로 3 개의 축이 각각 형성된 2 개의 가속 센서 부재 (544a, 544b) 를 포함한다. 3 개의 2축 회전비 센서 부재 (521) 와 2 개의 3축 가속 센서 부재 (544a, 544b) 각각은 주변부 (541)(도면 부호는 단지 예시를 위한 것임) 에 할당된다. 별개의 센서 부재 (521, 544a, 544b) 및 그의 주변부 (541) 는 각각 도시된 실시형태에서, 인쇄 회로 기판 (542) 에 장착된 칩 스택 (chip stack) 을 형성한다. 게다가, 전술한 부품에 대응할 수 있는 다른 부품이 인쇄 회로 기판 (542) 에 추가로 배치된다. 전압 공급 장치 (534), 무선 신호 전송 장치 (545) 및 센서 신호 조절을 위한 마이크로프로세서 (546) 가 예시적 실시형태로 제공된다. 추가의 구성 요소 (534, 545, 546) 가 센서 부재 (521, 544a, 544b) 모두에 의해 이용되고, 그 결과 조립체 (540) 의 높은 수준의 경제적 실행 가능성이 얻어진다. 조립체 (540) 는 또한, 외부 전기 접속체를 갖는 하우징 (도 5 에서 도시 생략) 을 포함할 수 있다. 조립체 (540) 는 전기 접속체를 통해 에너지 공급 장치 네트워크에 접속될 수 있다. 게다가, 조립체와 다른 시스템 사이의 데이터 교환을 위한 전기적 접속체가 제공될 수도 있다.
가속 센서 부재 (544a, 544b) 의 일체화는, 조립체 (540) 가 모터 차량에 사용될 때 특히 유리하다. 특히, 본 명세서에서, 가속 센서 부재 (544a) 는 차량의 길이 방향 축, 측 방향 축 및 수직 축을 따라 차량 운동의 동력학적 가속을 검출하도록 설계될 수 있다. 이러한 가속체는 차량 움직임 동력학 제어 시스템에서 차량의 구동 상태를 판정하고 평가하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 가속 센서 부재 (544b) 가 충돌시 발생할 수 있는 큰 가속을 검출하도록 구성될 수 있다. 이러한 가속체는 예컨대, 에어백과 같은 안전 수단을 활성화하기 위해 차량의 안전 시스템에 사용될 수 있다.
추가의 실시형태에서, 2 개의 가속 센서 부재 (544a, 544b) 대신에 단지 하나의 가속 센서 부재 (544a; 544b) 가 제공될 수 있다. 게다가, 하나 또는 두개의 가속 센서 부재 (544a, 544b) 대신에, 또는 추가로, 센서 장치 (540) 에 다른 센서 부재를 일체화할 수 있다. 예컨대, 지자기장에서 조립체 (540) 의 배향을 결정하기 위해 작동하는 하나 이상의 단일 축, 2축 또는 3축 자기장 센서 부재일 수도 있다. 조립체 (540) 가 모터 차량에 장착된다면, 결과적으로, 예컨대, 콤파스의 지점들에 대해 차량의 배향을 결정할 수 있다. 이는 예컨대, 위성 지원 위치 시스템에서 이동의 위치 및 방향의 판정중 도움을 제공할 수 있다.
도 7 은 3 개의 2축 회전비 센서 부재 (621) 와 2 개의 3축 가속 센서 부재 (644) 를 갖는 구조로 예시적으로 도시된 실시형태에 다시 포함되는 추가의 조립체 (640) 를 도시한다. 또한, 공급 전압 (634) 및 무선 신호 전송 장치 (645) 를 포함하는 다른 부품이 제공된다. 조립체 (640) 는 전술한 조립체 (540) 와 상이한테, 특히 단일 신호 처리 유닛 (647) 이 회전비 센서 부재 (621) 와 가속 센서 부재 (644) 에 할당되고, 신호 처리 유닛 (647) 이 센서 부재 (621, 644a, 644b) 의 주변 부품의 기능을 실행하고, 바람직하게는 마이크로프로세서 기능을 가정할 수 있다. 그 결과, 센서 장치 (540) 에 포함되는 추가의 마이크로프로세서 (546) 가 제거될 수 있다. 게다가, 센서 부재 (640) 는 특히 도 6 의 센서 부재 (540) 와 직접 비교하여, 전체적으로 더 컴팩트한 설계로 부여될 수 있다.
도 8 에 도시된 조립체 (740) 는 회전비 센서 부재의 구조를 포함하는데, 이 구조는 예시를 위해 도시된 실시형태에서 3 개의 2축 회전비 센서 부재 (421) 를 또한 포함한다. 게다가, 예시적 목적의 2 개의 3축 가속 센서 부재 (744) 인 추가의 센서 부재를 포함한다. 그러나, 전술한 실시형태에 비해, 회전비 센서 부재 (421) 는 이미 언급한 집적 회로 (440) 에 조합된다. 상기 회로 (440) 는 전술한 바와 같이 형성되며, 회전비 센서 부재 (421) 에 추가하여 회전비 센서 부재 (421) 의 주변 부품 (441) 을 포함한다. 또한, 가속 센서 부재 (744) 는 집적 회로 (750) 에서 그의 주변부 (741) 와 함께 결합된다. 집적 회로 (440, 750) 는 인쇄 회로 기판 (742) 상에 추가의 부품과 함께 자체적으로 장착된다. 예시적 실시형태에서, 추가의 부품은 전압 공급 장치 (734), 라디오 송신 회로 (745) 및 마이크로프로세서 (746) 를 포함한다. 집적 회로의 사용은 특히 조립체 (740) 의 용이한 장착을 특별히 허용한다.
전술한 유형의 조립체가 특히, 모터 차량에 사용될 수 있으므로, 예컨대 차량 운동 동력학 제어 시스템 또는 안전 기능과 같은 특별한 기능을 제어하기 위해 모터 차량의 다른 시스템에서 사용될 수 있는 모터 차량의 하나 이상의 회전비를 판정한다. 회전비는, 특히 차량 운동 동력학 제어 시스템에서 사용되는 차량의 요 레이트 및 차량의 롤링 레이트 및/또는 피칭 레이트일 수도 있다. 롤링 레이트는 차량의 급박한 전복을 검출하기 위한 안전 시스템에 사용될 수도 있다. 예컨대, 차량의 전방 및/또는 후방에서 주변 영역을 감시하는 주변 센서가 피칭 레이트에 의해 배향될 수 있다. 특히, 피칭 레이트의 부여된 지식으로, 노면에 대해 이러한 센서의 배향을 일정하게 유지할 수 있다. 조립체에 포함된 추가의 센서 부재의 측정 신호는 이미 설명한 바와 같이 차량의 다른 시스템에 의해 사용될 수 있다.
회전비 이외에, 검출된 회전비의 타당성 (plausibility) 이 판정되는 할당된 타당성 신호가 중복 실행된 회전비 측정에 기초하여 출력될 수 있다. 입력 변수로서 회전비를 사용하는 함수가 타당성 신호에 의해 채용될 수 있다. 타당성이 낮으면, 따라서 예컨대, 간섭을 감쇄시키거나, 기능을 완벽하게 비활성화시킬 수 있다. 이는 특히 부정확한 간섭의 회피를 허용한다.
전술한 바와 같이, 3 개의 2축 회전비 센서 부재의 조합은 2축 회전 센서 부재와 하나 이상의 추가의 회전비 센서 부재를 갖는 수개의 가능한 구조중 단지 하나로 구성된다. 하기 명세서에서, 다양한 가능한 구조가 예시를 위해 더 상세히 설명될 것이다.
도 9 에 개략적으로 도시된 구조 (850) 는, 단일 회전비 측정 축 (852) 과 회전비 센서 부재 (821) 를 갖는 단일 축 회전비 센서 부재 (851) 를 포함하는데, 이 회전비 센서 부재 (821) 는 서로에 대해 직교하게 배향된 2 개의 회전비 측정 축 (809, 810) 을 가지며, 2축으로 형성된다. 단일 축 회전비 센서 부재 (851) 의 단일 회전비 측정 축 (852) 은 2축 회전비 센서 부재 (821) 의 제 1 회전비 측정 축 (809) 에 평행하게 배향되어, 이 회전비 측정 축 (809) 을 중심으로 회전비에 대해 중복 측정을 허용할 수 있다. 각각의 경우에, 각각의 회전비 센서 부재 (851, 821) 를 위해 구동 회로 (831, 856) 및 센서 감시 회로 (830, 857) 를 포함하는 주변부가 회전비 센서 부재 (851, 821) 에 할당된다. 게다가, 대응하는 회전비 측정 축 (809, 810, 852) 에 대해 회전비 측정 신호를 판정하는 측정 축 평가 회로 (832, 833, 854) 가 각각의 회전비 측정 축 (809, 810, 852) 을 위해 제공된다.
2축 회전비 센서 부재 (821) 의 제 2 회전비 측정 축 (810) 에 관하여, 회전비 측정 신호는 회전비 출력 신호에 해당한다. 그러나, 단일축 회전비 센서 부재 (851) 의 회전비 측정 축 (852) 과 관련된 회전비 측정 신호와 2축 회전비 센서 부재 (821) 의 제 1 회전비 측정 축 (809) 에 관련된 신호가 한편으로는 회전비 출력 신호 (835) 및 다른 한편으로 타당성 신호 (855) 가 발생될 수 있는 중복성 (redundancy) 감시 회로 (853) 에 공급된다. 회전비 출력 신호 (835) 는 예컨대, 평균값을 형성하거나 최대값 또는 최소값을 형성함으로서 회전비 측정 신호중 하나 또는 2 개의 회전비 측정 신호에 의해 형성될 수 있다. 타당성 신호 (855) 는 바람직하게는 회전비 측정 신호 간의 차이에 의해 형성되며, 이는 연관된 회전비 출력 신호 (835) 의 타당성을 나타낸다.
도 10 에 도시된 추가의 구조 (950) 는 단일의 회전비 측정 축 (952) 과 회전비 센서 부재 (921) 를 갖는 단일축 회전비 센서 부재 (951) 를 포함하는데, 회전비 센서 부재 (921) 는 서로에 대해 직교하도록 배치된 2 개의 회전비 측정 축 (909, 910) 을 가지며 2축으로 형성된다. 따라서, 주변부 (941) 는 2축 회전비 센서 부재 (921) 에 할당된 제 1 센서 감시 회로 (930) 및 제 1 구동 회로 (931) 뿐만 아니라, 제 2 센서 감시 회로 (957) 및 단일 축 회전비 센서 부재 (951) 에 할당된 제 2 구동 회로 (956) 를 포함한다. 대응하는 회전비 측정 축 (909, 910, 952) 에 대한 회전비 측정 신호를 판정하는 측정 축 평가 회로 (932, 933, 954) 가 회전비 측정 축 (909, 910, 952) 에 각각 할당된다.
단일축 회전비 센서 (951) 의 단일 회전비 측정 축 (952) 은 2축 회전비 센서 (921) 의 2개의 회전비 측정 축 (909, 910) 에 의해 규정된 평면에 놓여진다. 그러나, 이는 제 1 회전비 측정 축 (909) 에 평행하게 배향되지 않으며, 또한 2축 회전비 센서 (921) 의 제 2 회전비 측정 축 (910) 에 평행하게 배향되지 않는다. 그 결과, 양 회전비 측정 축 (909, 910) 에 관해 회전비 센서 (921) 에 의해 측정된 회전비의 타당성 체크를 실행할 수 있다. 평면에 놓여진 3 개의 회전비 측정 축 (909, 910, 952) 의 경우에, 특히 회전비 측정 축 (909, 910, 952) 에 관한 각속도가 2 개의 다른 회전비 측정 축 (909, 91, 952) 에 대한 각속도의 선형 조합으로부터 얻어진다. 이는 측정된 회전비의 타당성 체크를 실행하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 측정된 회전비에 의해 각속도를 판정할 수 있다. 이후, 예컨대, 단일축 회전비 센서 (951) 의 회전비 측정 축 (952) 에 대한 각속도와 2축 회전비 센서 (921) 의 회전비 측정 축 (909, 910) 에 대한 각속도의 적절한 선형 조합을 비교할 수 있다. 타당성 신호는 이 차이로부터 측정된 회전비에 대해 판정될 수 있다.
이 점에서, 도 10 에 도시된 구조 (950) 에서, 특히, 적절한 중복성 감시 회로 (953) 에 의해, 한편으로 제 1 회전비 출력 신호 (935) 가 제 1 회전비 측정 축 (909) 에 대해 판정되고, 제 2 회전비 출력 신호 (936) 는 2축 회전비 센서 부재 (921) 의 제 2 회전비 출력 축 (910) 에 대해 판정된다. 회전비 출력 신호 (935, 936) 는 예컨대, 연관된 회전비 측정 신호에 해당한다. 게다가, 중복성 감시 회로 (955) 는, 전술한 방식으로, 제 1 회전비 측정 축 (909) 에 대해 제 1 회전비 출력 신호 (935) 에 할당된 제 1 타당성 신호 (955) 와 제 2 회전비 측정 축 (910) 에 대해 제 2 회전비 출력 신호 (936) 에 할당된 제 2 타당성 신호 (960) 를 판정한다.
도 11 은 2 개의 2축 회전비 센서 부재 (1021, 1051) 를 포함하는 구조 (1050) 를 도시한다. 주변부 (1041) 는 제 1 2축 회전비 센서 부재 (1021) 에 할당되는 제 1 센서 감시 회로 (1030) 및 제 1 구동 회로 (1031), 및 제 2 2축 회전비 센서 부재 (1051) 에 할당되는 제 2 센서 감시 회로 (1057) 및 제 2 구동회로 (1056) 를 포함한다. 2축 회전비 센서 부재 (1021, 1051) 는 서로 평행하게 배향된 제 1 회전비 측정 축 (1009, 1069) 을 갖는다. 따라서, 중복된 회전비 측정이 평행한 회전비 측정 축 (1009, 1069) 에 대해 실행될 수 있다. 제 2 회전비 센서 부재 (1021, 1051) 의 제 2 회전비 측정 축 (1010, 1070) 은 제 1 회전비 측정 축 (1009, 1069) 에 각각 직교하고 서로에 대해 직교하게 배향된다. 각각의 경우, 대응하는 회전비 측정 축 (1009, 1010, 1069, 1070) 에 대해 회전비 측정 신호를 판정하는 측정 축 평가 회로 (1032, 1033, 1066, 1067) 가 회전비 측정 축 (1009, 1010, 1069, 1070) 에 할당된다.
2 개의 회전비 센서 부재 (1021, 1051) 의 평행한 제 1 회전비 측정 축 (1009, 1069) 에 대한 회전비 측정 신호가 중복성 감시 회로 (1053) 에 공급된다. 감시 회로는 회전비 측정 신호로부터, 회전비 측정 축 (1009) 에 대한 회전비 출력 신호 (1035) 및 할당된 타당성 신호 (1055) 를 판정한다. 게다가, 이러한 회전비 측정 축 (1010, 1070) 에 대하여 판정되는 회전비 측정 신호에 대응하는 다른 회전비 측정 축 (1010, 1070) 에 대한 회전비 출력 신호 (1036, 1065) 가 입수가능하다.
따라서, 도 11 에 도시된 구조 (1050) 는 서로에 대해 쌍으로 배치된 3 개의 회전비 측정 축 (1009, 1010, 1070) 에 대한 회전비를 검출할 수 있는 센서 장치에 해당한다. 회전비의 중복 판정은 회전비 측정 축 (1009) 에 대해 가능하다.
도 12 에 도시된 구조 (1150) 는, 2 개의 회전비 센서 부재 (1021, 1051) 의 제 2 회전비 측정 축 (1010, 1070) 이 서로 평행하게 배향된다는 점에서 전술한 구조 (1050) 와 상이하다. 그러나, 이들 축은 2 개의 회전비 센서 부재의 제 1 회전비 측정 축 (1009, 1010) 에 다시 직교하게 배치된다. 그 결과, 회전비의 중복 측정은 제 1 2축 회전비 센서 부재 (1021) 의 양 회전 속도 측정 축 (1009, 1010) 에 대해 실행될 수 있고, 대응하는 타당성 신호가 판정될 수 있다. 이를 위해, 2 개의 회전비 센서 부재 (1021, 1051) 의 제 2 회전비 측정 축 (1010, 1070) 에 대해 검출되는 회전비 측정 신호는 중복성 감시 회로 (1170) 에 공급된다. 감시 회로는 회전비 측정 신호로부터 회전비 측정 축 (1010) 에 대한 회전비 출력 신호 (1155) 와 할당된 타당성 신호 (1160) 를 판정한다. 회전비 출력 신호 (1035) 와 연관된 타당성 신호 (1055) 는 중복성 감식 회로 (1053) 에 의해 제 1 회전비 센서 부재 (1021) 의 다른 회전비 측정 축 (1009) 에 대해 다시 입수가능하다.
따라서, 도 12 에 도시된 구조 (1150) 는 2 개의 직교하는 회전비 측정 축 (1009, 1010) 에 대해 회전비를 검출할 수 있는 센서 장치에 해당한다. 회전비의 중복 판정은 양 회전비 측정 축 (1009, 1010) 에 대해 가능하다.
도 13 은 단일 축 회전비 센서 부재 (1281) 와 2 개의 2축 회전비 센서 부재 (1221, 1251) 를 갖는 구조를 도시한다. 주변부 (1241) 는 제 1 2축 회전비 센서 부재 (1221) 에 할당되는 제 1 센서 감시 회로 (1230) 및 제 1 구동 회로 (1231), 및 제 2 2축 회전비 센서 부재 (1251) 에 할당되는 제 2 센서 감시 회로 (1257) 및 제 2 구동 회로 (1256) 를 포함한다.
2축 회전비 센서 부재 (1221, 1251) 는 서로 평행하게 배향된 제 1 회전비 측정 축 (1209, 1269) 을 갖는다. 2 개의 2축 회전비 센서 부재 (1221, 1251) 의 제 2 회전비 측정 축 (1210, 1270) 은 제 1 회전비 측정 축 (1209, 1269) 에 각각 직교하고 서로에 대해 직교하게 배향된다. 각각의 경우, 대응하는 회전비 측정 축 (1209, 1210, 1269, 1270) 에 대해 회전비 측정 신호를 판정하는 측정 축 평가 회로 (1232, 1233, 1266, 1267) 가 회전비 측정 축 (1209, 1210, 1269, 1270) 에 할당된다. 2 개의 2축 회전비 센서 부재 (1221, 1251) 의 평행한 제 1 회전비 측정 축 (1209, 1269) 에 대한 회전비 측정 신호가 중복성 감시 회로 (1253) 에 공급된다. 후자는 회전비 측정 신호로부터, 회전비 측정 축 (1209) 에 대한 회전비 출력 신호 (1235) 및 할당된 타당성 신호 (1255) 를 판정한다.
이 점에서, 도 13 에 도시된 구조 (1250) 는 전술한 도 11 에 도시된 구조 (1050) 에 해당한다.
그러나, 단일 축 회전비 센서 부재 (1281) 가 추가로 제공된다. 단일축 회전비 센서 부재 (1281) 의 회전비 측정 축 (1285) 에 대해 회전비 측정 신호를 판정하는 측정 축 평가 회로 (1284) 와 같이, 센서 감시 회로 (1282) 와 구동 회로 (1283) 가 주변부 (1241) 내에 할당된다. 단일 축 회전비 센서 (1281) 의 단일 회전비 측정 축 (1281) 은 2축 회전비 센서 부재 (1221, 1251) 의 제 2 회전비 측정 축 (1210, 1270) 에 의해 판정되는 평면에 놓인다. 그러나, 이는 2 개의 회전비 측정 축 (1210, 1270) 중 하나에 평행하게 배향되지 않는다. 그 결과, 이러한 회전비 측정 축 (1210, 1270) 에 대해 회전비의 타당성 검사를 실행할 수 있다. 이를 위해, 회전비 측정 축 (1210, 1270) 에 대해 판정된 회전비 측정 신호와 단일 축 회전비 센서 부재 (1281) 의 회전비 측정 축 (1285) 에 대해 판정된 회전비 측정 신호가 중복성 감시 회로 (1286) 에 공급된다. 감시 회로는 전술한 방식의 회전비 측정 신호로부터, 회전비 측정 축 (1210) 에 대해 회전비 출력 신호 (1287) 와 회전비 측정 축 (1270) 에 대해 회전비 출력 신호 (1288) 뿐만 아니라 연관된 타당성 신호 (1290) 및 연관된 타당성 신호 (1289) 를 판정한다.
따라서, 도 13 에 도시된 구조 (1250) 는 서로 직교하게 쌍으로 배향된 3 개의 회전비 측정 축 (1209, 1210, 1270) 에 대해 회전비를 검출할 수 있는 센서 장치에 해당한다. 검출된 회전비의 타당성 검사는 회전비 측정 축 (1209, 1210, 1270) 모두에 대해 실행될 수 있다. 이에 필요한 모든 것은 2개의 2축 회전비 센서 부재 (1221, 1251) 와 단일 축 회전비 센서 부재 (1281) 이다.
도 14 에 도시된 구조 (1350) 는 3 개의 2축 회전비 센서 부재 (1321, 1351, 1381) 를 포함한다. 주변부 (1341) 는 제 1 2축 회전비 센서 부재 (1321) 에 할당되는 제 1 센서 감시 회로 (1330) 및 제 1 구동 회로 (1331), 및 제 2 2축 회전비 센서 부재 (1351) 에 할당되는 제 2 센서 감시 회로 (1357) 및 제 2 구동 회로 (1356) 를 포함한다.
2축 회전비 센서 부재 (1321, 1351) 는 서로에 대해 평행하게 배향된 제 1 회전비 측정 축 (1309, 1369) 을 갖는다. 2 개의 2축 회전비 센서 부재 (1321, 1351) 의 제 2 회전비 측정 축 (1310, 1370) 은 제 1 회전비 측정 축 (1309, 1369) 에 각각 직교하고 서로에 대해 직교하게 배향된다. 대응하는 회전비 측정 축 (1309, 1310, 1369, 1370) 에 대해 회전비 측정 신호를 판정하는 측정 축 평가 회로 (1332, 1333, 1366, 1367) 가 회전비 측정 축 (1309, 1310, 1369, 1370) 에 할당된다. 2 개의 2축 회전비 센서 부재 (1321, 1351) 의 평행한 제 1 회전비 측정 축 (1309, 1369) 에 대한 회전비 측정 신호가 중복성 감시 회로 (1353) 에 공급된다. 감시 회로는 회전비 측정 신호로부터, 회전비 측정 축 (1309) 에 대한 회전비 출력 신호 (1335) 및 할당된 타당성 신호 (1355) 를 판정한다.
이 점에서, 도 14 에 도시된 구조 (1350) 는 전술한 도 11 에 도시된 구조 (1050) 에 해당한다.
그러나, 제 3 의 2축 회전비 센서 부재 (1381) 가 추가로 제공된다. 센서 감시 회로 (1382) 와 구동 회로 (1383) 가 주변부 (1341) 내에 할당된다. 제 3 2축 회전비 센서 부재 (1381) 는 2 개의 직교 회전비 측정 축 (1384, 1385) 및, 회전비 측정 축 (1384, 1385) 에 대해 회전비 측정 신호를 판정하고 이에 할당된 측정 축 평가 회로 (1386, 1387) 를 갖는다. 회전비 센서 부재 (1381) 의 2 개의 회전비 측정 축 (1384, 1385) 은 2 개의 다른 회전비 센서 부재 (1321, 1351) 의 제 2 회전 축 측정 축 (1310, 1370) 중 하나에 평행하게 각각 배향된다. 그 결과, 회전비의 중복 측정이 이들 회전비 측정 축 (1310, 1370) 을 위해 실행될 수 있다.
평행한 회전비 측정 축 (1310, 1384) 에 대한 회전비 측정 신호가, 회전비 측정 신호에 의해, 회전비 측정 축 (1310) 에 대한 회전비 출력 신호 (1390) 와 연관된 타당성 신호 (1391) 를 판정하는 중복성 감시 회로 (1389) 에 공급된다. 이에 따라, 평행한 회전비 측정 축 (1370, 1385) 에 대해 회전비 측정 신호가 중복성 감시 회로 (1392) 에 공급되며, 이 감시 회로는 회전비 측정 신호에 의해, 회전비 측정 축 (1370) 에 대한 회전비 출력 신호 (1393) 와 연관된 타당성 신호 (1394) 를 판정한다.
따라서, 도 14 에 도시된 구조 (1350) 는 서로 직교하게 쌍으로 배향된 3 개의 회전비 측정 축 (1309, 1310, 1370) 에 대해 회전비를 검출할 수 있는 센서 장치에 해당한다. 검출된 회전비의 타당성 검사는 회전비의 중복 검출에 의해 회전비 측정 축 (1309, 1310, 1370) 모두에 대해 실행될 수 있다.
본 발명이 도면 및 상세한 설명에 상세히 기재되어 있지만, 상기 설명은 설명과 예시를 위한 것이지, 제한되는 것을 이해되어서는 안되며, 특히, 본 발명은 설명된 예시적 실시형태로 제한되지 않는다. 본 발명의 추가의 변형예 및 본 발명의 구현예가 전술한 상세한 설명, 도면 및 특허청구범위를 참조하여 당업자에게 명확할 것이다.
특허 청구범위에 사용된 용어 "포함하는" 은 다른 부재 또는 단계를 배제하는 것이 아니다. 단수 형태를 사용한 것은 복수 형태를 제외하는 것은 아니다. 각각의 장치가 특허 청구범위에서 특정화된 복수 개의 유닛 또는 장치의 기능을 실행할 수 있다.
특허 청구범위에 부여된 참조 심볼은 사용된 수단 및 단계를 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다.

Claims (14)

  1. 2축의 제 1 회전비 센서 부재를 포함하는 센서 장치로서,
    상기 2축의 제 1 회전비 센서 부재에 의해, 제 1 및 제 2 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비가 검출되고, 제 1 및 제 2 회전비 측정 축은 서로에 대해 직교하게 배향되는, 센서 장치에 있어서,
    상기 센서 장치는, 제 1 및 제 2 회전비 측정 축과 함께 평면에 놓여지는 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비를 검출할 수 있는 적어도 하나의 다른 회전비 센서 부재를 포함하는, 센서 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 회전비 센서 부재는 횡방향으로 진동할 수 있는 센서 부재를 포함하며, 진동 축을 따라 진동하도록 횡방향으로 진동할 수 있는 센서 구조를 활성화시키는 수단과 편향 가능한 구조 질량체를 가지며, 이 구조 질량체는 제 1 및 제 2 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전중 발생하는 코리올리 힘에 기초하여 편향될 수 있고, 제 1 및 제 2 회전비 측정 축은 진동 축에 대하여 직교하게 배향되는, 센서 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 회전비 센서 부재에 의해 측정된 제 1 회전비와 추가의 회전비 센서 부재에 의해 측정된 제 2 회전비의 비교에 기초하여 타당성 신호를 판정하도록 구성된 타당성 검사 장치를 더 포함하는, 센서 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타당성 검사 장치는, 적어도, 제 1 회전비 센서 부재에 의해 측정된 제 1 회전비와 다른 회전비 센서 부재에 의해 측정된 제 2 회전비에 의해 회전비 측정 축에 대한 회전비 출력 신호를 판정하도록 구성되는, 센서 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다른 회전비 센서 부재는, 제 1 또는 제 2 회전비 측정 축에 평행하게 배향된 제 3 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비를 검출할 수 있는 단일 축 회전비 센서 부재로서 형성되는, 센서 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다른 회전비 센서 부재는, 제 1 또는 제 2 회전비 측정 축에 평행하게 배향되지 않은 제 4 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비를 검출할 수 있는 단일 축 회전비 센서 부재로서 형성되는, 센서 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 직교하게 배향된 2 개의 다른 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비를 검출할 수 있는 상기 다른 회전비 센서 부재는, 2축 회전비 센서 부재로서 구성되며, 상기 다른 회전 축 중 적어도 하나는 제 1 또는 제 2 회전비 측정 축에 평행하게 배향되는, 센서 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제 5 회전비 측정 축을 중심으로 센서 장치의 회전 운동의 회전비를 검출할 수 있는 단일 축 회전비 센서 부재를 더 포함하며, 상기 제 5 회전비 측정 축은 제 1 회전비 센서 부재의 회전비 측정 축과, 서로 평행하게 배치되지 않은, 다른 2축 회전비 센서 부재의 회전비 측정 축의 평면에 놓이며, 제 5 회전비 측정 축은 제 1 의 또는 다른 회전비 센서 부재의 이러한 회전비 측정 축 중 하나에 평행하게 배향되지 않은, 센서 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 타당성 검사 장치는, 평면에 놓이며 제 5 회전비 측정 축을 포함하는 회전비 측정 축에 대하여 판정되는 회전비와 비교하여, 평면에 놓이는 회전비 측정 축에 대하여 판정되는 회전비에 대한 타당성 신호를 판정하도록 구성된, 센서 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    2축 회전비 센서 부재를 더 포함하며, 센서 장치에 포함된 2축 회전비 센서 부재중 하나의 각각의 회전비 측정 축은 센서 장치의 다른 회전비 센서 부재의 다른 회전비 측정 축에 평행하게 배향되는, 센서 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    포함된 회전비 센서 부재는 집적 회로의 조립체인, 센서 장치.
  12. 적어도 하나의 회전비 검출 조립체에 있어서,
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 센서 장치, 및 조립체 외부에서 입수할 수 있도록 센서 장치에 포함된 회전비 센서 부재의 적어도 하나의 회전비 측정 축에 대한 회전비 출력 신호 및/또는 타당성 신호를 조절하도록 구성된 신호 처리 장치를 포함하는, 회전비 검출 조립체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    신호 처리 장치에 연결되며, 회전비가 상이한 측정 변수를 검출하도록 구성된 적어도 하나의 다른 센서 부재를 더 포함하며, 신호 처리 장치는 이 측정 변수에 대한 출력 신호를 입수할 수 있도록 구성되는, 회전비 검출 조립체.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 센서 장치 및/또는 제 12 항 또는 제 13 항에 기재된 조립체를 포함하는, 모터 차량.
KR1020107022594A 2008-03-11 2009-03-11 회전 운동의 적어도 하나의 회전비를 검출하는 센서 장치 KR20100119903A (ko)

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