KR20140106593A - 선형 액추에이터의 절대 위치를 결정하는 방법 - Google Patents

Abstract

선형 액추에이터의 절대 위치를 결정하는 방법이 설명된다. 프로세스에서, 선형 액추에이터의 대응하는 전기 모터의 로터의 회전 각 위치가 제 1 센서에 의해 결정된다. 추가로, 로터에 커플링된 제 2 센서의 트랜스미터 휠의 회전 각 위치는 특정 트랜스미션 비에 의해 결정된다. 선형 액추에이터의 절대 위치는 결정된 회전 각 위치들의 차이 값으로부터 도출된다. 그 방법은 간단하고 저렴한 방식으로 구현될 수 있다.

Description

선형 액추에이터의 절대 위치를 결정하는 방법{METHOD FOR DETERMINING THE ABSOLUTE POSITION OF A LINEAR ACTUATOR}

본 발명은 선형 액추에이터의 절대 위치를 결정하는 방법에 관한 것이다.

다수의 전자 기계적으로 작동되는 시스템들, 특히 브레이크 시스템들에서, 실제 액추에이터 엘리먼트에 부가하여, 그 액추에이터 엘리먼트를 구동하기 위해 다운스트림 접속된 적어도 하나의 트랜스미션 및 전기 모터를 갖는 선형 액추에이터들이 사용된다. 그러한 트랜스미션의 일 예는 볼 스크류 (ball screw) 드라이브이다.

그러한 시스템들을 동작시킬 때, 선형 액추에이터의 이동 경로 이외에, 그 절대 위치를 아는 것이 필요하다. 선형 측정식 액추에이터 위치 센서의 사용은 본원에서 선형 액추에이터의 위치를 결정하는 가능한 방법이다.

다른 가능성은 센서에 의해 선형 액추에이터의 연관된 전기 모터의 로터의 각 위치의 변경을 결정하고, 상기 변경으로부터 선형 액추에이터의 위치의 변경을 계산하는 것이다. 그러한 로터 위치 센서는, 예컨대 동기식 머신과 같은 전자 정류식 모터가 사용될 경우, 그 모터를 동작시키는데 필요하다. 선택된 트랜스미션 비들 때문에, 전체 액추에이터 스트로크를 통과하기 위해서 모터의 복수의 회전들이 통상적으로 필요하다. 선형 액추에이터 위치 및 로터 위치가 동일한 레졸루션 및 정확도를 갖는 것으로 판독되는 것이 가정된다면, 로터 위치의 변경을 합산함으로써, 액추에이터 위치 센서의 신호보다 더 정확하고 더 고도로 다수 회 리졸브되는, 액추에이터 위치에 대한 대체 신호를 형성하는 것이 가능하다.

그러나, (로터 위치의 변경을 검출함으로써) 액추에이터 위치 대체 신호를 사용하기 위하여, 로터 위치는 실제 액추에이터 위치로 참조되어야만 한다. 시스템 시작부에서, 액추에이터가 알려진 위치 (래칫, 스프링) 에 로케이팅될 것을 보장하는 구조적 조치들에 의해 이를 구현하는 것이 본원에 공지된다. 다른 조치는 액추에이터의 레퍼런스 런 (reference run) 을 제공하는 것을 포함한다. 그러나, 양자의 방법들은 단점들을 갖는다. 추가의 구조적 엘리먼트들의 제공은 추가의 비용들을 수반하고, 가능한 에러 소스들의 필드를 확장시키며, 대응하는 기능성이 또한 다른 곳 (예컨대, 주차 브레이크용 래칫) 에서 요구될 경우에만 통상적으로 적절하다. 시스템 시작부에서 레퍼런스 런을 실행하기 위해, 다수의 주변 조건들이 만족되어야만 한다. 액추에이터는 자유롭게 이동가능하여야 하고, 시스템에 대하여 어떤 외부 영향도 존재하지 않아야 하며, 레퍼런스 런을 실행하기 위한 시간은 매 시스템 시작마다 가능하여야 한다. 이는 시스템 사용가능성에 대한 제약들 및 레퍼런스 런에 대한 외부 영향들을 확실히 제외시켜야할 필요성을 초래한다.

본 발명은 특히 간단하고 비용 효율적인 방식으로 실행될 수 있는, 선형 액추에이터의 절대 위치를 결정하는 방법을 사용가능하게 하는 목적에 기반한다.

이러한 목적은 선형 액추에이터의 절대 위치를 결정하는 방법에 의해 본 발명에 따라 달성되며, 그 방법은 이하 단계들을 포함한다:

제 1 센서로 선형 액추에이터의 연관된 전기 모터의 로터의 회전 각 위치를 결정하는 단계;

제 2 센서의, 특정 트랜스미션 비로 로터에 커플링된, 트랜스미터 휠의 회전 각 위치를 결정하는 단계; 및

결정된 회전 각 위치들로부터 차이 값을 계산하고, 결정된 차이 값으로부터 선형 액추에이터의 절대 위치를 도출하는 단계.

그러므로, 본 발명에 따르면, 특정 선택된 트랜스미션 비로 커플링된 제 2 회전 센서를 선형 액추에이터에 제공하는 것이 제안되며, 그 결과, 로터의 회전 각 위치와, 트랜스미션 비를 갖는 로터의 회전으로부터 발생하는 회전 각 위치가 검출될 수 있다. 선형 액추에이터의 선형 절대 위치가 도출될 수 있는 차이 값은 결정된 회전 각도들로부터 계산된다.

그러므로, 액추에이터의 절대 위치는 이하 관계식으로부터 획득된다:

액추에이터의 절대 위치 = 결정된 차이 각도×이론적인 전체 스트로크/360°

용어 "이론적인 전체 스트로크" 는 시스템의 경사도가 곱해진 검출 범위를 의미하는 것으로 본원에서 이해되어야 한다.

차이 각도가 회전들의 수에 걸쳐 변화하기 때문에, 선형 액추에이터의 절대 위치가 이로부터 결정될 수 있다.

제 2 센서의 트랜스미터 휠을 로터에 커플링하는 것은 포지티브 로킹 변속에 의해 발생한다. 이를 위해 트랜스미션 비 1:x 가 바람직하게 선택되며, 여기서 x 는 정수와 약간 상이한 값을 나타낸다. 특히 바람직한 실시형태에서, 1:2.1 의 트랜스미션 비가 사용되며, 본원에서, 예컨대 42 개 톱니들을 갖는 제 2 센서의 트랜스미터 휠이 사용되고, 20 개 톱니들을 갖는 제 1 센서의 트랜스미터 휠이 사용된다.

트랜스미션 비가 i = 1:2.1 인 예에 대하여, 이하 계산 규칙,

차이 각도 X = 로터의 회전 각도 - 2 * 제 2 센서의 회전 각도

을 적용함으로써, 모터의 대략 10 회 회전에 걸쳐 단조 증가 신호를 생성하는 것이 가능하며, 그 신호는 트랜스미션 비를 곱하고 선형 오프셋으로 오프셋함으로써 위치 신호로서 직접 사용될 수 있다.

선형 액추에이터의 절대 위치는 바람직하게 선형 오프셋을 고려하면서 회전 각 차이로부터 일반적으로 결정된다.

각 오프셋에 대하여, 상기 방법에 대한 더 정확한 세부사항들은 다음과 같다:

시스템의 생산 동안 또는 레퍼런스 런 동안, 2 개 센서들의 각 오프셋들은 공지된 위치에서 측정되고 저장된다. 공지된 위치는 대략적으로 종단 위치이다. 시스템이 스위칭 온 된 후에, 각도 1 는 angle_1 = atan(sin1/cos1) - angular offset_1 로부터 형성되고 각도 2 는 angle_2 = atan(sin2/cos2) - angular offset_2 로부터 형성된다. 종단 위치에서, 양자의 각도들 모두는 0 이다. 설명된 식들에 의해, 추가의 평가가 실행될 수 있다. 전기 모터를 동작시키기 위해서는, atan(sin1/cos1) 으로부터 형성된 로터 각도와 영구 자석들의 위치 간의 각도 차이를 설명하는 추가의 각도 오프셋이 필요하다. 이에 의해 angle_motor = atan(sin/cos) - angular offset_motor 가 형성되고, 모터를 조정하기 위해 사용된다.

선형 액추에이터의 절대 위치가 결정된 후에, 수반된 계산 노력을 제거하도록, 선형 액추에이터의 선형 위치를 포착하기 위해 오직 제 1 센서만을 사용하는 것이 유리하다.

전기 모터 위치에 대하여 직접적으로 절대적이지 않은 로터 위치 센서들 (제 1 센서들) (예컨대, 기수의 폴 부분들을 갖는 MR 센서 및 동기식 모터) 이 사용될 경우, 모터의 일 회전에 대하여 절대적인 로터 위치 대체 신호가 액추에이터 위치 대체 신호를 사용하여 형성될 수 있다. 그 후에, 모터의 정류를 위해 필요한 전기 모터의 전기 각 위치는 상기 신호로부터 (그리고 메모리에 저장된 오프셋 값들로부터) 직접 획득될 수 있다. 이러한 방식으로, 모터 폴 쌍들의 수와 사용된 로터 위치 센서 (제 1 센서) 의 선택은 시스템이 구성될 때 서로에 대해 독립적으로 실행될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 용이하고 비용 효율적으로 실행될 수 있다. 오직 하나의 제 2 센서만이 필요하다. 액추에이터가 시스템 시작부에서 공지된 위치에 로케이팅되는 것을 보장할 경우, 구조적 조치들은 필요하지 않다. 추가로, 시스템 시작부에서 레퍼런스 런을 실행해야할 필요가 없다.

본 발명은 도면들을 참조한 예시적인 실시형태에 의해 이하 더 상세히 설명될 것이다.
도 1 은 로터 센서 (제 1 센서) 및 제 2 센서의 원시 (raw) 신호들의 다이어그램을 도시한다.
도 2 는 모터의 회전들에 대하여 출력 신호를 보여주는 다이어그램을 도시한다.

본원에 설명된 예시적인 실시형태에서, 제 1 센서 (로터 위치 센서) 는 모터 샤프트의 중심에 위치되고, 20 개의 톱니들을 갖는 기어휠을 갖는다. 제 2 센서는 그 트랜스미터 휠이 42 개의 톱니들을 가지고 제 1 센서의 기어휠과 맞물리며, 제 1 센서 다음에 평행하게 배열된다. 그러므로, 제 2 센서는 i = 1:2.1 의 트랜스미션 비로 제 1 센서에 커플링된다.

기어휠들의 대응하는 센싱이 자석들에 의해 발생한다. 신호들의 평가는 2 개의 센서/IC들을 갖는 회로 기판들에 의해 실행된다.

다른 실시형태에서, 기어휠의 각 위치는 자석들의 방출된 자기장의 방향을 측정함으로써 결정되며, 그 자석들은 2 개의 자기 센서들 (바람직하게 MR 센서들) 에 의해 기어휠들에 포지티브 로킹 방식으로 연결된다

도 1 은 모터의 회전들에 대하여 측정된 회전들을 프로파일을 제시하는, 로터 센서 (제 1 센서) 와 제 2 센서의 원시 신호들을 도시한다. 다음 계산 규칙,

회전 각도 차이 X = 로터 각도 - 2 * 각도 센서 2

에 의해, 단조 증가 신호가 모터의 대략 10 회 회전들에 걸쳐 생성될 수 있고, 그 신호는 트랜스미션 비를 곱하고 선형 오프셋으로 오프셋함으로써 위치 신호로서 직접 사용될 수 있다. 이 신호가 도 2 에 도시된다. 언급된 것과 같이, 계산이 실행되기 전에, 2 개의 센서들의 오프셋들, 즉 선형 액추에이터가 종단 위치에 로케이팅될 경우 획득되는 각도 값들이 감산되어야만 한다.

Claims (6)

1. 선형 액추에이터의 절대 위치를 결정하는 방법으로서,
   제 1 센서로 상기 선형 액추에이터의 연관된 전기 모터의 로터의 회전 각 위치를 결정하는 단계;
   제 2 센서의, 특정 트랜스미션 비로 상기 로터에 커플링된 트랜스미터 휠의 회전 각 위치를 결정하는 단계;
   결정된 회전 각 위치들로부터 차이 값을 계산하고, 결정된 차이 값으로부터 상기 선형 액추에이터의 절대 위치를 도출하는 단계를 포함하는, 선형 액추에이터의 절대 위치를 결정하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   1:x 의 트랜스미션 비가 선택되며, 상기 x 는 정수와는 약간 상이한 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터의 절대 위치를 결정하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   1:2.1 의 트랜스미션 비가 사용되는 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터의 절대 위치를 결정하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   42 개 톱니들을 갖는 상기 제 2 센서의 트랜스미터 휠이 사용되고, 20 개 톱니들을 갖는 상기 제 1 센서의 트랜스미터 휠이 사용되는 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터의 절대 위치를 결정하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선형 액추에이터의 상기 절대 위치는 선형 오프셋을 고려하면서 상기 회전 각 차이로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터의 절대 위치를 결정하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선형 액추에이터의 상기 절대 위치가 결정된 이후, 상기 선형 액추에이터의 선형 위치를 포착하기 위해 오직 상기 제 1 센서만이 사용되는 것을 특징으로 하는 선형 액추에이터의 절대 위치를 결정하는 방법.

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