KR20180086227A

KR20180086227A - 휠 스피드 센서 및 휠 스피드 센싱 시스템

Info

Publication number: KR20180086227A
Application number: KR1020187017753A
Authority: KR
Inventors: 랄프 엔드러스
Original assignee: 콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-07-30
Also published as: EP3380848A1; WO2017089561A1; US20170144672A1; EP3380848B1; CN108496085B; CN108496085A

Abstract

본 발명은, 하나의 유형의 데이터 패킷이 순시 센서 신호 진폭 정보를 포함하는, 2개의 유형의 데이터 패킷을 송신하도록 구성된 휠 속력 센서에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 휠 속력 센서를 포함하는 휠 속력 센싱 시스템에 관한 것이다. 상기 진폭 정보는 예를 들어, 상기 센서의 전류 브리지 전압을 나타내고, 자극의 전이들 사이의 시간이 매우 길 수 있는 저속에서 고해상도로 속력과 위치를 결정할 수 있게 한다. 상기 진폭 데이터는 또한 예를 들어, 상기 센서의 정현파 전류 센서 신호로부터 도출된 보간된 각도 위치 신호를 나타낼 수 있다.

Description

휠 스피드 센서 및 휠 스피드 센싱 시스템

본 발명은, 휠 속력 센서로서,

- 다수의 자극 또는 자극 쌍을 갖는 인코더 휠(encoder wheel);

- 상기 인코더 휠의 회전 각도에 따라 신호를 센싱하는 센싱 유닛; 및

- 상기 센싱 유닛과 연결된 송신 유닛을 포함하되;

- 상기 송신 유닛은 상기 센싱 유닛에서 각각의 자극의 전이를 나타내는 제1 유형의 데이터 패킷을 송신하도록 구성된, 상기 휠 속력 센서에 관한 것이다.

본 발명은 또한 이러한 휠 속력 센서를 포함하는 휠 속력 센싱 시스템에 관한 것이다.

알려진 휠 속력 센서는 휠이 회전하는 것으로 인해 휠 속력에 관한 특성 해상도 및 차량이 이동하는 대응하는 거리를 제공한다. 예를 들어, 전형적인 종래 기술의 휠 속력 센서는 약 2㎝의 해상도를 제공한다. 이 해상도는 통상적인 순항 속도에서는 일반적으로 충분하지만 자동화된 주차와 같은 저속 주행 보조 기능에서는 더 높은 해상도가 바람직한 것으로 밝혀졌다.

이러한 휠 속력 센서의 해상도에 중요한 파라미터는 자극의 수이다. 원칙적으로, 자극 쌍의 수를 증가시킴으로써 해상도를 높일 수 있다. 그러나, 본 발명의 발명자는 이 접근법이 많은 새로운 문제를 야기한다는 것을 발견했다.

휠 속력 센서 요소의 반복 성능(지터)은 인코더 신호의 대역폭과 직접 연관된다. 인코더 자극 쌍의 수 및 신호 주파수의 수를 순수 2배로 하거나 다른 크기로 증가시키는 것으로는 향후 지터 요구조건을 더 이상 충족시킬 수 없다. 또한, 인코더 자극 쌍의 수를 2배로 하면 센서 요소들의 자기 에어 갭 성능이 저하함과 함께 인코더 자기장 강도가 7.4배 저하한다. 또한, 인코더의 피치와 센싱 유닛의 피치가 일치해야 할 필요가 있다. 현재 사용되는 모든 센싱 유닛은 이러한 해법에 적용 가능하지 않다.

따라서, 본 발명의 목적은 더 높은 해상도에 특히 적합한 대안적인 휠 속력 센서를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 이러한 휠 속력 센서를 포함하는 휠 속력 센싱 시스템을 제공하는 것이다.

이것은 청구항 1에 따른 휠 속력 센서 및 청구항 10에 따른 휠 속력 센싱 시스템에 의해 해결된다. 예를 들어, 바람직한 실시예는 종속 청구항으로부터 도출될 수 있다.

본 발명은 휠 속력 센서를 포함한다. 상기 휠 속력 센서는 다수의 자극 또는 자극 쌍을 갖는 인코더 휠을 포함한다. 상기 휠 속력 센서는 상기 인코더 휠의 회전 각도에 따라 신호를 센싱하기 위한 센싱 유닛을 포함한다. 상기 인코더 휠은 전형적으로 적어도 하나의 휠과 동일하게 회전하도록 액슬 또는 휠 장착부 상에 장착되도록 장착되거나 적응된다는 것이 주목된다.

상기 휠 속력 센서는 상기 센싱 유닛에 연결된 송신 유닛을 더 포함하고, 상기 송신 유닛은 상기 센싱 유닛에서 각각의 자극의 전이를 나타내는 제1 유형의 데이터 패킷을 송신하도록 구성된다. 상기 데이터 패킷은 또한 속력 펄스로 표시될 수 있거나 또는 상기 송신 유닛은 또한 속력 펄스를 송신하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 데이터 패킷이 송신될 수 있는 외부 엔티티, 예를 들어, 전자 제어 유닛(ECU)은 각각의 자극의 전이를 인식한다. 연속적인 자극들 사이의 각도 거리가 알려지므로, 상기 ECU는 연속적인 데이터 패킷들 간의 시간 거리로부터 휠 속력을 쉽게 계산할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 송신 유닛은 또한 상기 신호의 진폭을 나타내는 제2 유형의 데이터 패킷을 송신하도록 구성된다.

상기 제2 유형의 데이터 패킷을 사용하면 상기 진폭이 상기 외부 엔티티로 전달될 수 있고 상기 외부 엔티티는 두 자극 전이 사이에 상기 인코더 휠의 임의의 작은 회전에 대해 매우 정확한 표시를 제공할 수 있다. 이것은 위에서 설명한 문제를 피하면서 상당히 향상된 해상도를 얻을 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 유형의 데이터 패킷은 차량 속력이 임계값보다 낮으면 송신되고, 상기 제2 유형의 데이터 패킷은 상기 차량 속력이 상기 임계값보다 높으면 송신된다. 이것은 고속에서는 종래 기술에 따라 동작할 수 있게 하고, 저속에서는, 예를 들어, 주차 동작 동안에는, 본 발명에 따라 증가된 해상도에서 동작할 수 있게 한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 자극은 자석의 자극이다. 이것은 일반적인 응용 분야에 적합한 것으로 입증되었다. 이 경우, 상기 센싱 유닛은 바람직하게는 자기 센싱 유닛, 예를 들어, 코일일 수 있다. 그러나, 대안적으로, 예를 들어, 광학 인식에 기초하여 다른 자극도 또한 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다.

바람직하게는, 상기 제1 유형의 데이터 패킷은 상기 인코더 휠과 상기 센싱 유닛 사이의 거리에 관한 정보를 포함한다. 이것은 예를 들어 상기 거리가 특정 범위를 벗어난 경우 에러 인식을 할 수 있게 한다. 상기 거리는 전형적으로 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 알려진 방식으로 상기 휠 속력 센서에 의해 측정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 송신 유닛은 상기 데이터 패킷을 전자 제어 유닛(ECU)에 송신한다. 상기 전자 제어 유닛은 전형적으로, 수신된 데이터 패킷으로부터 휠 속력 및/또는 차량 속력 및/또는 차량 변위를 계산할 수 있다.

바람직하게는, 각각의 데이터 패킷은 상기 데이터 패킷이 상기 제1 유형인지 또는 상기 제2 유형인지를 나타내는 비트를 포함한다. 이것은 외부 엔티티, 예를 들어, ECU가 상기 패킷의 유형을 신속하게 식별할 수 있게 한다.

바람직하게는, 상기 데이터 패킷은 상기 데이터 패킷이 상기 제1 유형인 경우 상기 인코더 휠과 상기 센싱 유닛 사이의 거리를 나타내고, 상기 데이터 패킷이 상기 제2 유형인 경우 진폭을 나타내는, 다수의 비트, 바람직하게는 3개의 비트를 포함한다. 종래 기술의 휠 센서는 일반적으로 상기 거리를 나타내기 위해 3개의 비트를 사용한다. 특히 보안 문제를 야기하지 않으면서 저속에서 거리를 감시하는 것이 중단(interrupted)될 수 있으므로 이들 비트는 상기 진폭을 나타내는데 사용될 수 있다. 특히 필요한 해상도에 따라, 임의의 다른 수의 비트, 예를 들어, 2개의 비트, 4개의 비트 또는 5개의 비트가 사용될 수 있다는 것에 유의해야 한다.

바람직하게는, 상기 송신 유닛은 적어도 미리 결정된 시간 기간, 바람직하게는 150㎳ 후에 데이터 패킷을 송신하도록 구성된다. 이것은, 특히 자극의 전이에 의해 트리거되는 데이터 패킷이 일반적으로 더 큰 간격으로 송신되는 저속에서, 휠 속력, 차량 속력 및/또는 차량 변위를 지속적으로 감시할 수 있게 한다. 그러나, 또한 다른 시간 기간, 예를 들어, 100㎳ 내지 200㎳, 120㎳ 내지 180㎳, 또는 100㎳, 50㎳ 또는 250㎳가 사용될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 진폭은 등거리 전압 값을 사용하여 상기 제2 유형의 데이터 패킷으로 인코딩된다. 이것은 쉽게 구현될 수 있게 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 진폭은 등거리 시간 값에 대응하는 전압 값을 사용하여 상기 제2 유형의 데이터 패킷으로 인코딩된다. 이러한 전압 값은 상기 인코더 휠이 일정한 각속력으로 회전될 때 특히 등거리 시간 값에 대응할 수 있다. 이것은 중요한 신호 부분에서 더 높은 해상도를 제공한다.

나아가 본 발명은 차량 속력 센싱 시스템에 관한 것이다.

상기 휠 속력 센싱 시스템은 본 발명의 휠 속력 센서를 포함한다. 본 명세서에 개시된 모든 실시예 및 변형예가 적용될 수 있다.

상기 휠 속력 센싱 시스템은 상기 휠 속력 센서의 상기 송신 유닛에 통신 가능하게 결합된 전자 제어 유닛(ECU)을 더 포함한다. 상기 전자 제어 유닛은 상기 제1 유형의 데이터 패킷으로부터 그리고 상기 제2 유형의 데이터 패킷으로부터 휠 속력, 차량 속력 또는 차량 변위를 계산하도록 구성된다.

본 발명의 휠 속력 센싱 시스템을 통해, 전술한 본 발명의 휠 속력 센서의 장점은 휠 속력 센싱 시스템에 적용될 수 있다.

본 발명은 특히 높은 공간 해상도 요구조건을 갖는 응용에 스마트한 해법을 제공한다. 기존의 표준화된 직렬 데이터 프로토콜의 내용은 수정될 수 있다. 직렬 데이터 프로토콜을 사용하면 상기 속력 펄스 정보 외에 추가적인 데이터가 상기 전자 제어 유닛(ECU)으로 송신될 수 있다. 상기 데이터 비트 내용은 의미가 변하지 않는 필수 데이터 비트와 자유 할당 가능한 비트로 나눌 수 있다. 상기 직렬 데이터 프로토콜의 가능한 현재 표준 내용은 다음 표 1에 제시된다:

[표 1]

비트0 비트1 비트2 비트3 비트4 비트5 비트6 비트7 비트8

ERR M EC GDR DR LM0 LM1 LM2 P

상기 ECU에 고해상도 신호를 제공하기 위한 새로운 방법은 다음 표 2에 도시된 바와 같이 저속 차량에서 비트(비트5, 비트6, 및 비트7)가 센서 내부 브리지 신호(BS[0], BS[1] 및 BS[2])의 정보를 상기 ECU에 제공하는 것에 기초할 수 있다:

[표 2]

비트0 비트1 비트2 비트3 비트4 비트5 비트6 비트7 비트8

ERR M LS GDR DR BS0 BS1 BS2 P

약어는 다음 의미를 갖는다:

ERR: 에러를 나타내는 비트

M: 모드 비트

EC: 에러 보정 활성화를 나타내는 비트

LS: 제1 유형 또는 제2 유형의 패킷을 나타내는 비트

GDR: 각도 방향의 유효성(validity)을 나타내는 비트

DR: 각도 방향을 나타내는 비트

LM: 인코더 휠과 센싱 유닛 사이의 거리를 나타내는 비트

BS: 진폭을 나타내는 비트

P: 패리티 비트

일 실시예에 따르면, 비트2('LS')는 비트(비트5, 비트6 및 비트7)의 내용이 중간 및 고속 차량 속력(LM ='0')에서 측정된 에어 갭인지 또는 비트(비트5, 비트6 및 비트7)의 내용이 일반적으로 진폭을 나타내는 3-비트 디지털화된 브리지 전압(LM ='1')인지를 나타낼 수 있다.

기존의 최신 직렬 데이터 프로토콜에 비해 장점은, 상기 브리지 신호의 현재 값이 더 자주 상기 ECU에 제공되고, 상기 ECU는 속력 및 길이를 계산하는데 이용 가능하기 위해 더 세밀한 데이터 포인트 그리드를 갖는다는 것이다. 일 변형예로서, 2개의 정지 프로토콜 간의 시간 간격은 특히 150㎳의 종래 기술의 공통 값에 비해 감소될 수 있다.

추가적인 상세 및 장점은 첨부된 도면 및 실시예의 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 휠 속력 센싱 시스템을 도시한 도면.
도 2는 전압 레벨의 제1 가능한 분포를 도시한 도면.
도 3은 전압 레벨의 제2 가능한 분포를 도시한 도면.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠 속력 센싱 시스템(1)을 개략적으로 도시한다.

휠 속력 센싱 시스템(1)은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠 속력 센서(5)를 포함한다.

휠 속력 센서(5)는 인코더 휠(10)을 포함한다. 인코더 휠은 그 표면 둘레에 균일하게 분포된 총 8개의 자극(12)을 포함한다.

휠 속력 센서는 인코더 휠(10)에 할당된 센싱 유닛(20)을 포함한다. 센싱 유닛(20)은 자극(12)의 각도 운동에 응답하여 전압을 유도하는 코일을 포함한다.

휠 속력 센서(5)는 송신 유닛(30)을 포함한다. 송신 유닛(30)은 센싱 유닛(20)에 연결되고, 이에 따라 인코더 휠(10)의 각도 운동 및/또는 각도 배향에 응답하여 센싱 유닛(20)에 의해 센싱된 신호를 인식한다.

송신 유닛(30)은 신호에 응답하여 데이터 패킷을 생성한다. 신호는 차량 속력이 임계값보다 높은지 또는 낮은지를 결정하기 위해 송신 유닛(30)에 의해 평가된다.

차량 속력이 임계값보다 높으면, 송신 유닛(30)은 인코더 휠(10)의 각각의 자극의 전이마다, 즉 자극(12)이 센싱 유닛(20)에 대해 특정 배향에 있을 때마다, 특히 자극이 센싱 유닛(20) 바로 아래에 있을 때마다 제1 유형의 데이터 패킷을 생성한다. 제1 유형의 데이터 패킷은 본 명세서에서 표 1에 도시된 바와 같이 구성된다. 특히 이 데이터 패킷은 인코더 휠(10)과 센싱 유닛(20) 사이의 거리를 나타내는 비트를 포함한다. 각각의 데이터 패킷은 자극의 전이를 나타내므로, 휠 속력, 차량 속력 또는 차량 변위를 쉽게 계산할 수 있다.

차량 속력이 임계값보다 낮으면, 송신 유닛(30)은 미리 결정된 시간 간격으로 제2 유형의 데이터 패킷을 생성한다. 예를 들어, 50㎳의 시간 간격이 사용될 수 있다. 제2 유형의 데이터 패킷은 본 명세서에서 표 2에 도시된 바와 같이 구성된다. 특히, 이 데이터 패킷은 센싱 유닛(20)에서 측정된 신호의 현재 진폭을 나타내는 비트를 포함한다.

휠 속력 센싱 시스템(1)은 송신 유닛(30)과 연결된 전자 제어 유닛(40)을 더 포함한다. 송신 유닛(30)은 방금 설명한 데이터 패킷을 전자 제어 유닛(40)에 송신한다. 전자 제어 유닛(40)은, 고속에서는 제1 유형의 패킷을 사용하여 및 저속에서는 제2 유형의 패킷을 사용하여, 휠 속력, 차량 속력 또는 차량 변위를 계산하기 위해 이들 데이터 패킷을 사용할 수 있다.

도 2 및 도 3은 센서 유닛 또는 센서 요소의 내부 브리지 신호를 3-비트 코드로 변환하는 두 가지 접근법을 도시한다. 이들 도면의 각각의 하부 부분은 내부 브리지 신호를 도시하고, 이들 도면의 각각의 상부 부분은 대응하는 3-비트 코드를 갖는 디지털화된 신호를 도시한다.

도 2는 신호 진폭을 8개의 균등 영역으로 분할하는 접근법을 도시한다.

이 접근법의 장점은 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)에 구현하는 것이 어렵지 않다는 것이다. 단점은 특히 신호의 최소/최대 구역에서 비선형이라는 것이다.

도 3은, 인코더 기간을 8개의 균등 영역으로 분할하는 접근법을 도시한다.

이 접근법의 장점은 디지털 신호가 선형이라는 것이다. 단점은 방향 검출 알고리즘이 필요함과 함께 구현 노력이 더 많이 든다는 것이다.

두 접근법은 모두 현재의 인코더 휠 및 ECU 하드웨어에 완전히 순응한다. ECU 소프트웨어의 적응은 일반적으로 두 변형예에 모두 필요하다. 이러한 접근법은 디지털 로직에 기초하여 센서 요소들과 협력하기 때문에 타깃 적용에 기초하여 새로운 기능이 활성화 및 비활성화될 수 있다. 따라서 센서 요소들은 모든 향후 적용에 사용될 수 있으며, 적은 양의 애플리케이션을 위해 새로운 센서 요소들을 개발할 필요가 없어진다.

본 명세서에 포함된 청구범위는 더 넓은 보호 범위를 포기하는 것을 나타내는 것이 아니다.

출원 절차 동안 특징 또는 항목 또는 특징이나 항목 그룹이 절대적으로 필요한 것은 아니라 것이 밝혀지면 본 출원인은 특징 또는 항목 또는 특징이나 항목 그룹을 포함하지 않는 형식을 제출할 때 이미 의도한다. 이것은, 예를 들어, 출원일에 출원된 청구범위의 서브조합일 수 있고 또는 출원일에 출원된 청구범위의 서브조합이 추가적인 특징이나 항목에 의해 더 제한될 수 있다. 이러한 방식으로 형식화된 청구범위 또는 특징 조합은 본 명세서의 내용에 포함된 것으로 이해되어야 한다.

다양한 구현예 및 실시예에서 설명되고 및/또는 도면에 도시된 본 발명의 배열, 특징 및 변형예는 서로 임의로 조합될 수 있는 것으로 더 이해되어야 한다. 특징들은 단독으로 또는 조합하여 서로 임의로 교환할 수 있다. 이로부터 얻어지는 특징 조합은 본 명세서의 내용에 포함된 것으로 이해되어야 한다.

종속 청구항의 내용은 종속 청구항의 특징을 별도로 보호하는 것을 포기하는 것을 나타내는 것으로 이해되어서는 안 된다. 이러한 특징들은 다른 특징과 임의로 조합될 수도 있다.

상세한 설명 또는 청구범위에만 기재되어 있는 특징 또는 항목, 또는 다른 특징과 관련하여 청구범위에만 기재되거나 상세한 설명에만 개시된 특징들 또는 항목들은 일반적으로 별도의 발명의 중요성을 가질 수 있다. 따라서, 이들 특징 또는 항목은 종래 기술과 구별하기 위해 청구범위에 별도로 포함될 수도 있다.

Claims

휠 속력 센서로서,
- 다수의 자극을 갖는 인코더 휠(encoder wheel);
- 상기 인코더 휠의 회전 각도에 따라 신호를 센싱하는 센싱 유닛; 및
- 상기 센싱 유닛과 연결된 송신 유닛을 포함하되;
- 상기 송신 유닛은 상기 센싱 유닛에서 각각의 자극의 전이를 나타내는 제1 유형의 데이터 패킷을 송신하도록 구성되고,
- 상기 송신 유닛은 상기 신호의 진폭을 나타내는 제2 유형의 데이터 패킷을 송신하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는 휠 속력 센서.
제1항에 있어서,
- 상기 자극은 자석의 자극인 것을 특징으로 하는 휠 속력 센서.
제1항 또는 제2항에 있어서,
- 상기 제1 유형의 상기 데이터 패킷은 상기 인코더 휠과 상기 센싱 유닛 사이의 거리에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 속력 센서.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 송신 유닛은 상기 데이터 패킷을 전자 제어 유닛(ECU)으로 송신하는 것을 특징으로 하는 휠 속력 센서.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
- 각각의 데이터 패킷은 상기 데이터 패킷이 상기 제1 유형인지 또는 상기 제2 유형인지 여부를 나타내는 비트를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 속력 센서.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 데이터 패킷은, 상기 데이터 패킷이 상기 제1 유형인 경우 상기 인코더 휠과 상기 센싱 유닛 사이의 거리를 나타내고, 상기 데이터 패킷이 상기 제2 유형인 경우 상기 진폭을 나타내는, 다수의 비트, 바람직하게는 3개의 비트를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 속력 센서.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 송신 유닛은 적어도 미리 결정된 시간 기간, 바람직하게는 150㎳ 후에 데이터 패킷을 송신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 휠 속력 센서.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 진폭은 등거리 전압 값을 사용하여 상기 제2 유형의 상기 데이터 패킷으로 인코딩되는 것을 특징으로 하는 휠 속력 센서.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 진폭은 등거리 시간 값에 대응하는 전압 값을 사용하여 상기 제1 유형의 상기 데이터 패킷으로 인코딩되는 것을 특징으로 하는 휠 속력 센서.
휠 속력 센싱 시스템으로서,
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 휠 속력 센서; 및
- 상기 휠 속력 센서의 상기 송신 유닛에 통신 가능하게 결합된 전자 제어 유닛(ECU)을 포함하되,
- 상기 전자 제어 유닛은, 상기 제1 유형의 데이터 패킷으로부터 그리고 상기 제2 유형의 데이터 패킷으로부터, 휠 속력, 차량 속력 또는 차량 변위를 계산하도록 구성된, 휠 속력 센싱 시스템.