KR20130022303A - 차량의 조향각 센서의 절대각을 측정하는 방법 - Google Patents

차량의 조향각 센서의 절대각을 측정하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 조향 센서의 절대각을 계산하는 방법은 제1 서브 기어와 제2 서브 기어로부터 홀 센서를 이용하여 각각의 각도를 검출하는 단계; 제1 서브 기어의 각도와 제2 서브 기어의 각도로부터 델타값을 계산하는 단계; 상기 델타값으로부터 상기 절대각의 제1 인자를 획득하는 단계; 및 상기 제2 서브 기어의 각도로부터 상기 절대각의 제2 인자를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

차량의 조향각 센서의 절대각을 측정하는 방법{A METHOD FOR MEASURING ABSOLUTE ANGLE OF TORQUE ANGLE SENSOR IN A VEHICLE}
본 발명은 차량의 조향각 센서의 절대각을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 차량의 전동식 파워 스티어링 휠의 조향각 센서의 메인 기어의 조향각을 측정하는 알고리즘에 관한 것이다.
본 발명은 자동차의 조향 센서의 절대각을 계산하기 위한 방법과 관련된다. 종래에는 조향 센서의 절대각을 계산하기 위해 복수 개의 서브 기어의 회전 각도를 측정하여, 서브 기어들과 메인 기어 간의 상대적인 비율을 통해 계산하였다. 그러나, 이러한 서브 기어들과 메인 기어 간의 상대적인 비율을 이용함으로써, 실제 기어들의 기구 오차와 상대적인 비율에 의한 선형성의 열화가 발생하는 단점이 발생했다.
따라서, 조향 센서의 절대각을 계산하기 위해, 상대적인 비율을 이용하더라도 기구 오차와 선형성을 증가시키기 위한 방법이 필요하다.
본 발명은 앞서 기술한 문제점을 해소하기 위한 조향각 센서의 절대각을 측정하는 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조향 센서의 절대각을 계산하는 방법은 제1 서브 기어와 제2 서브 기어로부터 홀 센서를 이용하여 각각의 각도를 검출하는 단계; 제1 서브 기어의 각도와 제2 서브 기어의 각도로부터 델타값을 계산하는 단계; 상기 델타값으로부터 상기 절대각의 제1 인자를 획득하는 단계; 및 상기 제2 서브 기어의 각도로부터 상기 절대각의 제2 인자를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 델타값을 획득하는 단계는 상기 획득한 델타값을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 델타값을 획득하는 단계에서, 획득한 델타값이 음인 경우, 상기 획득한 델타값에 미리 결정된 상수를 더하고, 상기 획득한 델타값이 상기 미리 결정된 상수를 초과하는 경우, 상기 획득한 델타값에 상기 미리 결정된 상수를 뺄 수 있다. 여기서, 미리 결정된 상수는 각도의 값을 데이터로 변환하는 비트의 수에 따라 결정되며, n 비트로 나타내는 경우, 미리 결정된 상수는 (2n-1) 일 수 있다.
또한, 상기 방법은 상기 제1 인자 및 상기 제2 인자를 결합하여 상기 절대각을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 인자는 조향 센서의 절대각을 90도 단위로 누적하여 나타내는 값이며, 상기 제2 인자는 절대각을 0 내지 90도의 범위에서 나타내는 값일 수 있다. 또한, 상기 제2 인자는 상기 메인 기어에 대한 상기 제2 서브 기어의 기어비를 이용하여, 상기 메인 기어의 절대각을 0 내지 90도의 범위에서 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절대각의 제2 인자를 계산하는 경우에 제2 서브기어에 대한 각도 정보만을 이용함으로써 제1 서브 기어의 기구상의 오차를 제거할 수 있고, 이로 인해 계산된 조향 센서의 절대각의 선형성이 개선되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 센서 내의 기어들을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 측정되거나 계산된 조향 센서 내의 기어들의 각도와
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 센서의 절대각 측정 방법의 순서도를 나타낸다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 센서(TAS; Torque Angle Sensor)에 구비된 기어를 간략히 도시한다. 메인 기어(10), 제1 서브 기어(20), 및 제2 서브 기어(30)가 회전하도록 설계되어 있으며, 메인 기어(10), 제1 서브 기어(20), 및 제2 서브 기어(30)는 각각의 기어비가 미리 결정되어 있다. 본 명세서에서는, 조향 센서가 0° 내지 1620° 회전하면, 메인 기어(10)는 4.5바퀴, 제1 서브 기어(20)는 8바퀴, 그리고 제2 서브 기어(30)는 9바퀴 회전하도록 설계된 것으로 가정한다.
각 서브 기어의 회전을 홀 센서(미도시)를 이용하여 검출하고, 이에 대한 각도 검출은 도 2에 도시된다. 참고로, 본 발명의 일 실시예에 따라 조향 센서의 절대각을 계산하는 방법은, 2개의 서브 기어의 회전을 홀 센서를 이용하여 감지하고, 이로부터 각 서브 기어의 각도를 획득할 수 있다. 따라서, 이러한 서브 기어들의 각도를 통해 메인 기어의 회전 각도를 도출하고, 이를 통해 조향 센서의 절대각을 계산할 수 있다.
메인 기어(10)가 1620° 회전함에 따라, 메인 기어(10)에 대한 각도 검출선(A)은 4.5회 회전하며, 제1 서브 기어(20)에 대한 각도 검출선(B)은 8회 회전하고, 제2 서브 기어(30)에 대한 각도 검출선(C)은 9회 회전하는 것을 확인할 수 있다. 각도 검출선(D)은 메인 기어(10), 제1 서브 기어(20), 및 제2 서브 기어(30)가 각각 4.5회, 8회 및 9회 회전했을 때, 1회전을 하는 가상의 기어의 회전 각도를 도시한 것이다. 이러한 각 기어의 각도를 아래의 표 1에서 도시했다.
표 1에서 도시된 각도는 각 기어의 회전 각도를 표시하며, 맨 왼쪽 열의 "전체 각도"와 다음 오른쪽 열의 "메인 기어"는 제1 서브 기어 및 제2 서브 기어의 회전 각도를 통해 산출한 값이다. "전체 각도"는 메인 기어(10)의 회전을 누적하여 산출한 각도이며, "메인 기어"는 메인 기어(10)의 회전을 0° 내지 360°의 범위로 표시한 것이다.
"전체 각도"는 모든 기어가 회전하기 직전의 상태로 다시 복귀했을 경우, 즉 메인 기어(10)는 4.5바퀴, 제1 서브 기어(20)는 8바퀴, 그리고 제2 서브 기어(30)는 9바퀴 회전하는 것을 1 주기로 가정하여, 메인 기어(10)의 누적된 회전 각도를 나타낸다. 아래에선, 제1 및 제2 서브 기어의 검출된 각도를 통해, 표 1의 "전체 각도"와 "메인 기어"를 계산하는 방법을 자세하게 설명하도록 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 조향 센서의 절대각, 즉 메인 기어(10)의 전체 회전 각도를 계산하기 위해, 먼저 제1 서브 기어(20)에 대한 각도와 제2 서브 기어(30)에 대한 각도를 차감하여, 델타값(△)을 도출할 수 있다. 이 도출된 델타값(△)은 제1 서브 기어(20)와 제2 서브 기어(30) 간의 회전 각도 차이로 인해, 음의 값을 가지는 경우도 있으므로, 이 경우에는 델타값(△)에 360°를 가산하여, 보정된 델타값(△)을 구할 수 있다.
전체 각도
(°)		 메인 기어
(°)		 제1 서브 기어
(°)		 제2 서브 기어
(°)		 Δ=(SG2-SG1)
(°)		 보정된 Δ
(°)
0 0 0 0 0 0
45 45 80 90 10 10
90 90 160 180 20 20
135 135 240 270 30 30
180 180 320 360 40 40
225 225 40 90 50 50
270 270 120 180 60 60
315 315 200 270 70 70
360 360 280 360 80 80
405 45 360 90 -270 90
450 90 80 180 100 100
495 135 160 270 110 110
540 180 240 360 120 120
585 225 320 90 -230 130
630 270 40 180 140 140
675 315 120 270 150 150
720 360 200 360 160 160
765 45 280 90 -190 170
810 90 360 180 -180 180
855 135 80 270 190 190
900 180 160 360 200 200
945 225 240 90 -150 210
990 270 320 180 -140 220
1035 315 40 270 230 230
1080 360 120 360 240 240
1125 45 200 90 -110 250
1170 90 280 180 -100 260
1215 135 360 270 -90 270
1260 180 80 360 280 280
1305 225 160 90 -70 290
1350 270 240 180 -60 300
1395 315 320 270 -50 310
1440 360 40 360 320 320
1485 45 120 90 -30 330
1530 90 200 180 -20 340
1575 135 280 270 -10 350
1620 180 360 360 0 0(360)
표 1을 검토하면, 보정된 델타값(△)은 위에서 언급한 1 주기 동안 각 기어가 회전할 때, 이에 맞춰 가상의 기어가 1 회전한 것과 대응하도록 획득됨을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 조향 센서의 절대각 또는 모든 기어의 각도를 도(°) 단위로 나타낼 수도 있고, 실제 구현상에서 적용되는 값을 나타내는 데이터 범위로도 나타낼 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 일 실시예에서 데이터를 예컨대 14비트로 나타낸다고 가정하면, 0° 내지 360°범위의 각을 0 내지 16383의 범위로 나타낼 수 있다.
이러한 메인 기어(10), 제1 서브 기어(20), 및 제2 서브 기어(30)의 상대적인 관계를 이용하여, 조향 센서의 절대각을 계산할 수 있다. 조향 센서의 절대각을 제1 인자 및 제2 인자로 구성됨을 가정하도록 한다.
제1 인자는 조향 센서의 절대각을 90°단위로 분할하여, 절대각이 90°의 간격으로 분할했을 때 어디에 해당하는지를 알 수 있는 값이며, 따라서 제1 인자는 0 내지 18의 값을 가질 수 있다(절대각이 0° 내지 1620°이므로).
또한, 제2 인자는 상기 제1 인자의 전체 절대각 분할에 더하여, 조향 센서의 전체 절대각이 어느 값인지를 계산하기 위해 0° 내지 90°의 값을 갖도록 설계된 값이다. 따라서, 조향 센서의 절대각(°) = 제1 인자*90°+ 제2 인자(°)로써 계산될 수 있도록 한다. 한편, 상기 제2 인자는 그 디멘존이 도(°)임을 유의해야 한다.
또한, 제1 인자와 제2 인자의 값의 범위는, 위의 설명에서는 90°의 범위로 분할되었지만, 이 값은 적용 환경에 따라 가변할 수 있을 것이다.
제1 인자와 제2 인자를 계산하기 위해, 델타값(△)과 제2 서브 기어의 각도를 이용할 수 있다. 이에 대한 설명은 표 2를 참조하여 설명하도록 한다.
전체 각도
(°)		 메인 기어의 각도의 비트값 제1 서브 기어
의 각도의 비트값		 제2 서브 기어
의 각도의 비트값		 보정된 △의 비트 값 제1 인자
(RG)		 제2 인자
(FG)의 비트 값
0 0 0 0 0 0 0
45 2048 3641 4096 455 0 4096
90 4096 7281 8192 910 1 0
135 6144 10922 12287 1365 1 4096
180 8192 14563 16383 1820 2 0
225 10239 1820 4096 2275 2 4096
270 12287 5461 8192 2731 3 0
315 14335 9102 12287 3186 3 4096
360 16383 12742 16383 3641 4 0
405 2048 16383 4096 4096 4 4096
450 4096 3641 8192 4551 5 0
495 6144 7281 12287 5006 5 4096
540 8192 10922 16383 5461 6 0
585 10239 14563 4096 5916 6 4096
630 12287 1820 8192 6371 7 0
675 14335 5461 12287 6826 7 4096
720 16383 9102 16383 7281 8 0
765 2048 12742 4096 7736 8 4096
810 4096 16383 8192 8192 9 0
855 6144 3641 12287 8647 9 4096
900 8192 7281 16383 9102 10 0
945 10239 10922 4096 9557 10 4096
990 12287 14563 8192 10012 11 0
1035 14335 1820 12287 10467 11 4096
1080 16383 5461 16383 10922 12 0
1125 2048 9102 4096 11377 12 4096
1170 4096 12742 8192 11832 13 0
1215 6144 16383 12287 12287 13 4096
1260 8192 3641 16383 12742 14 0
1305 10239 7281 4096 13197 14 4096
1350 12287 10922 8192 13653 15 0
1395 14335 14563 12287 14108 15 4096
1440 16383 1820 16383 14563 16 0
1485 2048 5461 4096 15018 16 4096
1530 4096 9102 8192 15473 17 0
1575 6144 12742 12287 15928 17 4096
1620 8192 16383 16383 16383 18 0
표 2에서는, 각도를 데이터 값(비트 값)으로 나타냈다. 0° 내지 360°를 비트값 0 내지 16383(0 내지 214-1)로 변환하여 나타낸 것이다.
제1 인자(RG)는 조향 센서의 절대각을 90°를 기준으로 분할한 값이므로, 델타값(△)을 90°로 나눈 결과의 몫으로서 획득할 수 있다. 즉, 델타(△)의 비트 값을 910으로 나눈 결과의 몫이 제1 인자가 될 수 있다.
또한, 제2 인자(FG)는 조향 센서의 절대각을 상기 제1 인자(RG)에 더하여, 절대각의 나머지 값을 0° 내지 90°사이의 값으로 나타낸 값이다. 따라서, 제2 서브 기어(30)의 각도를 180°로, 즉 비트 값으로 8192로 나누어, 그 결과의 나머지(mod 연산)로서 획득할 수 있다.
한편, 제2 서브 기어(30)와 메인 기어(10)는 회전수의 비가 2:1이므로, 표 2에서 표시된 제2 인자(FG)를 그대로 절대각의 계산에 적용해서는 안된다. 즉, 제2 서브 기어와 조향 센서의 절대각 또는 메인 기어(10)의 각도는 서로 다른 디멘존의 값이므로, 다시 변환이 필요하다.
다시 말하면, 제2 인자(FG)의 값은 절대각 계산시에 0° 내지 90° 사이의 값을 가져야하므로(정확하게는, 메인 기어의 각도로 0° 이상 90°미만, 실제로 제2 서브 기어(30)의 각도로는 0° 이상 180°미만), 제2 서브 기어의 각도의 비트값을 이용하여 계산한 제2 인자(FG)를 조향 센서의 절대각으로 변환이 필요하다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에서는 메인 기어(10)와 제2 서브 기어(30)는 회전수의 비가 1:2이므로, 제2 서브 기어의 각도의 비트값을 이용하여 계산한 제2 인자(FG)를 2로 나누어 사용해야 한다.
위에서, 제2 서브 기어(30)의 각도의 비트 값을 8192로 나눈 결과의 나머지(제2 인자(FG))는, 0 내지 8191의 값을 가질 것이다. 이를 메인 기어(10)의 각도 값으로 다시 변환하면, 제2 인자(FG)의 비트 값은 0 내지 4095의 값을 가져야 하는 것이다.
다른 표현으로 제1 인자와 제2 인자를 계산하는 방법을 요약하면, 표 2에서 검정 바탕에 흰 글씨로 표시해둔 행을 참조하면 된다. 제1 인자 및 제2 인자를 계산하는 것은, 조향 센서의 절대각(맨 왼쪽 열의 "전체 각도(°)")을 90°를 기준으로 분할하는 것이므로, 델타의 비트값(910) 또는 제2 서브 기어의 각도의 비트값(8192)을 조향 센서의 절대각의 90°에 해당하는 값으로 나누어 몫 또는 나머지를 취하여 계산할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 계산한 제1 인자(RG)와 제2 인자(FG)를 조향 센서의 절대각을 기준으로 도시한 그래프이다. 제1 인자(RG)는 0 내지 18의 정수 범위로 증가하는 것을 확인할 수 있고, 제2 인자(FG)는 0° 내지 90°사이의 범위에서 변하는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각 센서의 메인 기어의 절대각을 측정하는 방법의 순서도를 도시한다. 상기 방법은 제1 서브 기어와 제2 서브 기어로부터 홀 센서를 이용하여 각각의 각도를 검출하는 단계(S410); 제1 서브 기어의 각도와 제2 서브 기어의 각도로부터 델타값을 계산하는 단계(S420); 상기 델타값으로부터 상기 절대각의 제1 인자를 획득하는 단계(S430); 및 상기 제2 서브 기어의 각도로부터 상기 절대각의 제2 인자를 획득하는 단계(S440)를 포함할 수 있다.
상기 델타값을 획득하는 단계(S420)는 상기 획득한 델타값을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 단계 S420에서, 획득한 델타값이 음인 경우, 상기 획득한 델타값에 미리 결정된 상수를 더하고, 상기 획득한 델타값이 상기 미리 결정된 상수를 초과하는 경우, 상기 획득한 델타값에 상기 미리 결정된 상수를 뺄 수 있다. 여기서, 미리 결정된 상수는 각도의 값을 데이터로 변환하는 비트의 수에 따라 결정되며, n 비트로 나타내는 경우, 미리 결정된 상수는 (2n-1) 일 수 있다.
또한, 상기 방법은 상기 제1 인자 및 상기 제2 인자를 결합하여 상기 절대각을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 조향 센서의 절대각을 도출하기 위해, 제1 서브 기어, 제2 서브기어 또는 델타값을 이용하여 제1 인자 및 제2 인자를 계산하고, 이들을 결합하여 조향 센서의 절대각을 산출할 수 있다.
한편, 상기 제1 인자는 조향 센서의 절대각을 90도 단위로 누적하여 나타내는 값이며, 상기 제2 인자는 절대각을 0 내지 90도의 범위에서 나타내는 값일 수 있다. 또한, 상기 제2 인자는 상기 메인 기어에 대한 상기 제2 서브 기어의 기어비를 이용하여, 상기 메인 기어의 절대각을 0 내지 90도의 범위에서 나타낼 수 있다.
위에서 본 발명의 실시예들이 설명되었으며, 당해 기술 분야에 속한 통상의 지식을 가진 자는 이러한 실시예들은 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 예시적인 것임을 인식할 수 있고, 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 변형, 수정 등이 가능함을 인식할 것이다.
10: 메인 기어
20: 제1 서브 기어
30: 제2 서브 기어

Claims (7)

  1. 조향각 센서의 메인 기어의 절대각을 측정하는 방법으로서,
    제1 서브 기어와 제2 서브 기어로부터 홀 센서를 이용하여 각각의 각도를 검출하는 단계;
    제1 서브 기어의 각도와 제2 서브 기어의 각도로부터 델타값을 계산하는 단계;
    상기 델타값으로부터 상기 절대각의 제1 인자를 획득하는 단계; 및
    상기 제2 서브 기어의 각도로부터 상기 절대각의 제2 인자를 획득하는 단계를 포함하는, 절대각 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 델타값을 획득하는 단계는
    상기 획득한 델타값을 보정하는 단계를 포함하는, 절대각 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 획득한 델타값이 음인 경우, 상기 획득한 델타값에 미리 결정된 상수를 더하고,
    상기 획득한 델타값이 상기 미리 결정된 상수를 초과하는 경우, 상기 획득한 델타값에 상기 미리 결정된 상수를 빼는, 절대각 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인자 및 상기 제2 인자를 결합하여 상기 절대각을 산출하는 단계를 더 포함하는, 절대각 측정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 인자는 절대각을 90도 단위로 누적하여 나타내는 값인, 절대각 측정 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 인자는 절대각을 0 내지 90도의 범위에서 나타내는 값인, 절대각 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 인자는 상기 메인 기어에 대한 상기 제2 서브 기어의 기어비를 이용하여, 상기 메인 기어의 절대각을 0 내지 90도의 범위에서 나타내는, 절대각 측정 방법.


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