KR20200077556A - 액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법, 및 방법의 용도 - Google Patents

액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법, 및 방법의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유도성 부하(L) 및 저항성 부하(R)를 포함하는 액추에이터 2-단자 네트워크(1)에 의해 액추에이터 전류(iA) 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법에 관한 것이며, 액추에이터 2-단자 네트워크(1)의 제1 극(1.1)은 펄스폭 변조 스위치(3)를 통해 공급 전압(U0)에 연결되고, 역방향으로 배열된 프리휠링 다이오드(2)를 통해 접지(M)에 연결되며, 액추에이터 2-단자 네트워크(1)의 제2 극(1.2)은 접지(M)에 연결된다.

Description

액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법, 및 방법의 용도
본 발명은 이하에서 액추에이터로서 지칭되는 전자 유압 또는 전자 기계 디바이스를 제어하는데 사용되는 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 자동차에서의 액추에이터, 예를 들어 자동 변속기에서 전기적으로 제어되는 밸브 또는 전자 유압식으로 작동되는 기어 셀렉터에서 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법에 관한 것이다.
펄스폭 대 주기의 비율로서 듀티 사이클이 변하는, 인가된 전압의 펄스폭 변조에 의한 주기적 제어 신호에 의해 액추에이터가 제어되는 방법이 종래 기술로부터 공지되어 있다. 측정 회로는 액추에이터를 통해 평균 전류를 검출하며, 평균 전류는 듀티 사이클에 의존한다. 예를 들어, 순수하게 옴 저항으로 공지된 션트 저항기(shunt resistor) 양단의 전압을 측정하는 것에 의해 전류를 검출하기 위한 측정 회로는 종래 기술로부터 공지되어 있다.
전류 측정의 타당성을 검사하기 위해, 종래 기술로부터의 방법에서, 사전 결정된 듀티 사이클이 설정되고, 결과적인 평균 액추에이터 전류가 측정되고 기준값과 비교된다. 측정된 전류가 기준값 주위의 허용오차 대역 밖에 있으면, 전류 측정은 타당하지 않은 것으로 식별된다. 타당하지 않은 전류 측정의 가능한 원인은 구성 요소의 노화, 접지 또는 공급 전압에 대한 단락, 또는 온도 유도형 파라미터 변수에 있을 수 있다.
본 발명의 목적은 액추에이터를 위한 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 개선된 방법을 규정하는 것이다. 본 발명의 목적은 특히 유도성 부하를 포함하는 액추에이터를 통해 전류의 타당성을 검사하기 위한 방법을 규정하는 것이며, 이 방법은 공급 전압, 온도 또는 노화와 같은 영향을 주는 파라미터에 관계없이, 그리고 액추에이터의 유도성 부하 및/또는 저항성 부하에 관계없이, 그러므로 또한 상이한 디자인의 액추에이터에 대해 좁은 허용오차 대역 내에서 타당성 검사를 허용한다.
액추에이터의 전류 측정의 타당성을 검사하기 위해 아래에 설명된 방법은 특히 솔레노이드 밸브, 특히 솔레노이드 포핏 밸브(solenoid poppet valve), 신속 전환 밸브, 전자기 비례 밸브, 전자기 온/오프 밸브, 전자기 인젝터 또는 기어 셀렉터 밸브에서 사용된다.
본 발명의 세부 사항 및 예시적인 실시 형태는 도면을 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명된다:
도 1은 종래 기술에 따른 액추에이터를 위한 제어 회로를 개략적으로 도시한 도면;
도 2는 액추에이터를 제어하기 위한 제어 디바이스를 개략적으로 도시한 도면;
도 3은 액추에이터의 펄스폭 변조식 제어 동안 총합 전류(summation current) 및 액추에이터 전류의 시간적 파형(temporal waveform)을 개략적으로 도시한 도면;
도 4a 및 도 4b는 2개의 상이한 비율(tPWM 대 타우)에 대한 펄스폭 변조식 제어의 듀티 사이클의 함수로서 평균 액추에이터 전류 및 평균 총합 전류의 곡선을 개략적으로 도시한 도면; 및
도 5는 측정된 전류값을 결정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면.
대응하는 부분 및/또는 물리적 변수는 모든 도면에서 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 1은 액추에이터(1)를 위한 제어 디바이스(10)를 개략적으로 도시하며, 제어 디바이스는 종래 기술로부터로부터 공지되어 있다. 제어 디바이스(10)는 마이크로 제어기(11), 및 드라이버 및 측정 회로(12)를 포함한다. 마이크로 제어기(11)는 액추에이터(1)를 제어하기 위한 펄스폭 변조식 제어 신호(13)를 발생시킨다. 제어 디바이스(10)는 펄스폭 변조식 제어 신호(13)의 듀티 사이클(TV)에 비례하는 전류를 액추에이터(1)에 공급한다. 액추에이터(1)를 통한 전류는 드라이버 및 측정 회로(12)에 의해 2회 검출되고, 검출된 전류는, 전류 측정 신호(14a)가 스위치(3)의 개방 시간 길이(toff) 동안 프리휠링 다이오드(freewheeling diode)(2)를 통한 전류를 포함하고, 전류 측정 신호(14b)가 스위치(3)의 개방 시간 길이(toff) 동안 프리휠링 다이오드(2)를 통한 전류를 포함하지 않는다는 점에서 서로 다르다. 드라이버 및 측정 회로(12)는 전류 측정 신호(14a) 및 전류 측정 신호(14b)를 마이크로 제어기(11)로 전달한다. 마이크로 제어기(11)는 3개의 상이한 듀티 사이클(TV)에서 각각 측정된 전류 측정 신호(14a, 14b)로부터 Tv = 0 및 Tv = 1에서의 양 전류 측정 신호의 곡선을 계산한다. Tv = 0 또는 Tv = 1에서 계산된 값이 서로 너무 광범위하게 다르면 타당하지 않은 전류 측정이 식별된다.
도 2는 제어 디바이스(10)의 부분을 상세하게 도시한다. 마이크로 제어기(11)에 의해 발생된 펄스폭 변조식 제어 신호(13)는 드라이버 및 측정 회로(12)의 스위치(3)를 제어하며, 스위치(3)는 펄스폭 변조식 제어 신호(13)의 펄스 길이(ton) 동안 폐쇄되며, 2-단자 액추에이터(1)의 형태를 하는 액추에이터(1)의 제1 단자(1.1)는 제1 션트 저항기(R1)를 통해 공급 전압(U0)에 연결된다. 제1 단자(1.1)는 또한 역방향 바이어스로 연결된 프리휠링 다이오드(2)를 통해 접지(M)에 연결된다. 2-단자 액추에이터(1)의 제2 단자(1.2)는 제2 션트 저항기(R2)를 통해 접지(M)에 연결된다.
폐쇄된 스위치(3)를 통해 흐르는 전류(총합 전류(iS))는 저항기(R1), 액추에이터(1), 및 션트 저항기(R2)(액추에이터 전류(iA))를 통해 흐른다. 이 시점에서, 역방향 바이어스된 프리휠링 다이오드(2)를 통해 흐르는 전류는 없다(다이오드 전류 iD = 0). 스위치(3)가 개방되는 것에 의해, 션트 저항기(R1)를 통해 전류가 흐르지 않는다(iS = 0). 액추에이터(1)가 유도성 부하(L)를 포함하면, 전류는 션트 저항기(R2)(iA) 및 현재 순방향 바이어스된 프리휠링 다이오드(2)(iD)를 통해 동일한 방향으로 계속 흐른다.
총합 전류(iS)의 시간 평균값(Is)은 제1 측정 체인(15)에 의해 검출되고, 여기에서, 제1 션트 저항기(R1) 양단의 전압 강하(u)는 측정되어 평활 저역 통과 필터(4)에 입력되고, 그런 다음 증폭기(5)에 의해 증폭되어, 저역 통과 필터, 앤티 에일리어싱 저역 통과 필터(anti-aliasing low-pass filter) 또는 평균화 저역 통과 필터와 같은 노이즈 억제 필터(6)로 입력된다. 앤티 에일리어싱 저역 통과 필터 또는 평균화 저역 통과 필터(6)의 출력으로부터, 이러한 방식으로 형성되고 평균 총합 전류(Is)를 포함하는 전류 측정 신호(14b)는 마이크로 제어기(11)에 있는 아날로그-디지털 변환기(7)에 입력되며, 여기에서 디지털 값(Z(Is))으로 이산화되어(discretized) 아래에 보다 상세히 설명된 바와 같이 평가된다.
액추에이터 전류(iA)의 시간 평균값(IA)은 제2 측정 체인(16)에 의해 검출되며, 여기에서 제2 션트 저항기(R2) 양단의 전압 강하(u)가 측정되어 증폭기(5)에 입력되고, 앤티 에일리어싱 필터 또는 평균화 저역 통과 필터(6)에서 대역 제한되고 평균화된다. 앤티 에일리어싱 저역 통과 필터 또는 평균 저역 통과 필터(6)의 출력으로부터, 이러한 방식으로 형성되고 평균 액추에이터 전류(IA)를 포함하는 전류 측정 신호(14a)는 마이크로 제어기(11)에 있는 아날로그-디지털 변환기(7)에 입력되며, 여기에서 디지털 값(Z(IA))으로 이산화되어 아래에 보다 상세히 설명된 바와 같이 평가된다.
도 3은 예로서 80%(TV = 0.8)의 펄스폭 변조식 제어 신호(13)의 듀티 사이클(TV)에 대해 정상 상태에서 스위치(3)의 스위칭 상태의 함수로서 총합 전류(iS) 및 액추에이터 전류(iA)의 시간 파형(time waveform)을 개략적으로 도시한다. 도면에서, 제어 신호(13)의 값 1은 ON 지속 시간(ton)을 갖는 폐쇄된 스위치(3)에 대응하고, 제어 신호(13)의 값 0은 OFF 지속 시간(toff) 및 결과적인 기간(tPWM)의 개방 스위치(3)에 대응한다.
스위치(3)가 제어 신호(13)의 펄스 길이(ton) 동안 폐쇄되면, 프리휠링 다이오드(2)가 역방향 바이어스되고 따라서 다이오드 전류가 0(iD = 0)이기 때문에 동일한 전류(iS = iA)가 양 션트 저항기(R1, R2)를 통해 흐른다.
스위치(3)가 개방된 상태에서, 즉 제어 신호(13)의 펄스 사이에서, 스위치(3)가 개방되는 순간으로부터 전류가 제1 션트 저항기(R1)을 통해 흐르지 않는다(iS = 0). 액추에이터(1)가 유도성 부하(L)를 포함하면, 대조적으로, 액추에이터 전류(iA)는 점진적으로만 붕괴되고, 즉 시정수(
Figure pct00001
)에서의 유도 법칙에 따라 지수 함수적으로 붕괴되며, 여기에서, R >> R2는 액추에이터(1)에서의 저항성 부하(R)이다. 붕괴되는 액추에이터 전류(iA)는 스위치(3)가 개방될 때 프리휠링 다이오드(2)를 통해 순방향으로 흐르는 다이오드 전류에 의해서만 생성된다.
그러므로, 액추에이터 전류의 시간 평균값(IA)은 정확히 다이오드 전류의 시간 평균값(ID)만큼 총합 전류의 시간 평균값(IS)과 상이하며, 이는 액추에이터 전류(iA)의 지수 함수형 붕괴의 시정수(τ), 스위치(3)의 개방 시간 길이(toff) 및 스위치(3)의 ON 시간 길이(ton)의 말기에서 액추에이터 전류(iA)의 최대 값(iA,max)에 의해 결정된다. 액추에이터 전류의 최대 값(iA,max)은 차례로 스위치(3)의 ON 지속 시간 또는 펄스 길이(ton) 및 스위치(3)가 온일 때 유효한 전체 저항성 부하(R1 + R2 + R) 및 액추에이터(1)의 유도 부하(L)을 통합하는 시정수(
Figure pct00002
)에 의존한다. 여기에서, 이는
Figure pct00003
인 R >> R1, R .. R2이기 때문에 근사치로서 추정될 수 있다.
그러므로, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 정상 상태에서 주기 길이(
Figure pct00004
)의 펄스폭 변조식 제어 신호(13)의 각각의 듀티 사이클(
Figure pct00005
)에 대해 관련 평균 액추에이터 전류(IA(TV)), 및 관련 평균 총합 전류(IS(TV))을 결정하는 것이 가능하다. 도 4a는 시정수(τ)의 1/10과 동일한주기 길이(tPWM)에 대한 평균 전류의 곡선을 개략적으로 도시한다. 도 4b는 시정수(τ)의 100배와 동일한 주기 길이(tPWM)에 대한 평균 전류의 곡선을 개략적으로 도시한다.
평균 액추에이터 전류(IA(TV))는 ON 지속 시간(ton)에 비례하고, 그러므로 지점(IA(TV = 0) 및
Figure pct00006
)에 의해 규정된 직선에 놓인다.
평균 총합 전류(IS(TV))는 이러한 직선 아래로 흐르고, 평균 액추에이터 전류와 평균 총합 전류 사이의 차이(IA(TV) - IS(TV))는 평균 다이오드 전류(ID(TV))와 정확히 동일하며, 이는 마찬가지로 듀티 사이클(TV)에 의존한다. 스위치(3)가 (TV = 0일 때) 영구적으로 개방되고 마찬가지로 스위치(3)가 (TV = 1일 때) 영구적으로 폐쇄되기 때문에, 다이오드 전류는 0이거나 무시할 정도로 작으며, 그런 다음 정확하거나 타당할 것 같은 전류 측정이 주어지면, 평균 액추에이터 전류(IA(TV))의 곡선 및 평균 총합 전류(IS(TV))의 곡선은 듀티 사이클(TV = 0 및 TV = 1) 동안 서로 만나야만 하거나 매우 근접하게 놓여야 한다. 본 발명에 따르면, 저항성 부하(R)(저항기(R1, R2, RA)를 포함)과 유도성 부하(L)에 의존하고 그러므로 알려지지 않은 평균 전류(IA(TV), IS(TV))의 실제 곡선 곡선은 각각의 다항식(
Figure pct00007
)에 의해 모델링된다. 이러한 목적을 위해, 평균 액추에이터 전류(IA(TV,i)) 및 평균 총합 전류(IS(TV,i))는 각각 샘플 지점으로서 선택된 N 듀티 사이클(TV,i,i = 1.2...N)에 대해 각각 측정된다.
액추에이터 전류 다항식(
Figure pct00008
)의 계수(aA,0,aA,1,... aA,N-1)는 샘플 지점에서의 액추에이터 전류 다항식이 측정된 액추에이터 전류를 취하도록 선택된다:
Figure pct00009
.
유사하게, 총합 전류 다항식(
Figure pct00010
)의 계수(aS,0,as,1,...aS,N-1)는 샘플 지점에서의 총합 전류 다항식이 측정된 총합 전류를 취하도록 선택된다:
Figure pct00011
.
다항식 계수(aA,0,aA,1, ...aA,N-1, aS,0,as,1, ...aS,N-1)를 효율적으로 결정하기 위한 방법은 종래 기술로부터 공지되어 있다. 예를 들어, 다항식(
Figure pct00012
,
Figure pct00013
)은 뉴턴 다항식으로 작성될 수 있으며, 그 계수는 계차상(divided difference)의 방법에 따라서 얻어질 수 있다. 예를 들어 N = 3개의 샘플 지점에 대해, 이의 결과는,
Figure pct00014
의 형태의 2차 다항식을 유발하며, 여기서, 샘플 지점(TV,1,TV,2,TV,3)에서의 각각의 평균 전류값(IA(TV,i),IS(TV,i))은 다항식 계수의 계산에서 사용된다.
스위치(3)가 오프되었을 때 액추에이터 전류(iA)의 지수적 감소는 도 3에서 명백한 바와 같이 절대 OFF 지속 시간(toff)에 의존한다. 그러므로, 주기(tPWM)가 일정한 듀티 사이클(TV)동안 변하면 평균 총합 전류(IS(TV))가 또한 변한다.
액추에이터(1)의 전기적 파라미터가 드라이버/측정 회로(12)의 치수(dimensioning)와 호환 가능하면, 액추에이터(1)에서의 변동은 일정한 주기(tPWM)가 주어지면 동일한 전류 곡선(총합 전류(Is)를 근사)을 초래한다는 것이 또한 중요하다. 다시 말해서, 일정한 PWM 주파수가 주어지면 타당성 검사 방법은 존재하는 드라이버/측정 회로(12)에 이들 액추에이터가 적합한 한 다른 액추에이터(1)에 대해 적합하다.
시정수(τ)에 대한 주기(tPWM)의 비율(tPWM/τ)은 적절하게 치수화된 회로/액추에이터 조합에 핵심적이다. 최적으로 치수화된 액추에이터 회로에서, 비율(tPWM/τ)은 다음과 같다:
1.) 1 미만; 이것은 평균 총합 전류(Is)에 대해 대략 포물선 곡선을 초래한다(도 4a에 도시됨). 실제로, 이것은 유도성 액추에이터의 작동에 대응한다.
또는
2.) 50 초과 또는 양호하게는 100 초과; 이것은 평균 총합 전류(Is)에 대해 대략 선형 곡선을 초래한다(도 4b에 도시됨). 실제로, 이것은 저항성 액추에이터에 의한 작동에 대응한다.
두 비율 모두에 대해, 타당성은 유리하게 작은 허용오차로 결정될 수 있다. 전술한 2개의 비율 사이의 비율, 즉 1 < tPWM/τ < 50의 범위에서의 비율은 예를 들어 다소 불만족스럽게 치수화된 회로/액추에이터 조합을 나타내며, 이는 실제로 회피되어야 할 밸브 시트 바운스(valve seat bounce)를 초래할 수 있다. 타당성 검사 방법이 이러한 회로/액추에이터 조합에서 사용되면, 이는 어느 정도의 편차 자체로 이어지며, 이는 차례로 허용오차를 넓히는 것에 의해 보상되어야만 하고, 이에 의해 타당성 검사 방법의 장점(좁은 허용오차)을 제거한다.
도 4a/도 4b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 듀티 사이클의 전체 범위에 걸친 평균 총합 전류(IS(TV))의 곡선은 비율(tPWM/τ)이 0/무한대를 향하는 경향이 있을 때 포물선/선형 곡선에 근사한다. 이러한 곡선은 2차 다항식(
Figure pct00015
)에 의해 특히 잘 근사될 수 있으며, 이는 샘플 지점으로서 작용하는 N = 3 듀티 사이클(TV,1,TV,2,TV,3)에 의해 고유하게 결정될 수 있다. 샘플 지점이 균등하게 분배되는 것은 필수적이 아니다. 실제로는 전체 범위(0 ≤ Tv ≤ 1)에 걸쳐서 균등하게 분포된 샘플 지점을 "선택"하는 것이 때때로 가능하지 않다. 여기에서 조건은 쌍 내에서 달라야만 한다는 것이다(Tv1 ≠ Tv2, Tv1 ≠ Tv3, Tv2 ≠ Tv3).
도 5는 예를 들어 측정 체인(15)에 의해 션트 저항기(R1, R2)를 통해 평균 전류를 측정하기 위한 개략적인 배열을 도시한다. 션트 저항기는 공급 전압(U0)과 스위치(3) 사이의 총합 전류(iS)의 경로에서 제1 션트 저항기(R1)로서 배열될 수 있다. 션트 저항기는 또한 2-단자 액추에이터(1)의 제2 단자(1.2)와 접지(M) 사이의 액추에이터 전류(iA)의 경로에서 제2 션트 저항기(R2)로서 배열될 수 있다. 측정 체인(15)은 증폭기(5), 앤티 에일리어싱 저역 통과 필터/평균 저역 통과 필터(6) 및 출력 측에서 아날로그-디지털 변환기(7)를 포함한다. 측정 체인(15)은 입력측에서 평활 저역 통과 필터(4)를 선택적으로 포함한다.
전류 흐름은 션트 저항기(R1, R2) 양단에서 전압 강하(u)를 유발한다. 전압 강하(u)는 선택적으로 평활 저역 통과 필터(4)에 입력되고 이러한 필터에 의해 평활화된다. 평활 저역 통과 필터(4)의 출력에서 평활화된 출력 전압(uLP)은 증폭기(5)에 입력된다. 평활 저역 통과 필터(4)가 생략되면, 전압 강하(u)는 증폭기(5)에 직접 입력된다. 총합 전류 측정에서, 평활 저역 통과 필터(4)는 주로 노이즈 억제를 위해, 그리고 신호에서의 고주파 성분, 특히 가파른 스위치 온/스위치 오프 에지를 필터링하기 위해 사용된다.
유도성 액추에이터(1) 자체가 RL 저역 통과 필터로서 "작용"하기 때문에, 평활 저역 통과 필터(4)는 액추에이터 전류 측정에서 생략될 수 있다.
증폭기(5)의 출력에서 평활화되어 증폭된 출력 전압(Uv,LP)은 앤티 에일리어싱 저역 통과 필터/평균화 저역 통과 필터(6)에 입력된다. 앤티 에일리어싱 저역 통과 필터/평균화 저역 통과 필터(6)의 상위 차단 주파수(fg)는 하류의 아날로그-디지털 변환기(7)의 샘플링 주파수(fa)의 절반보다 작도록 샘플링 이론에 따라 선택된다(fg < ½fA). 아날로그-디지털 변환기(7)는 사전 결정된 변환 또는 특성에 따른 앤티 에일리어싱 저역 통과 필터/평균 저역 통과 필터(6)의 평활화, 증폭 및 대역 제한 출력 전압(
Figure pct00016
)을, 비트 패턴으로서 표현되고 예를 들어 부호있는 정수(signed integer) 또는 부동 소수점값으로서 마이크로 제어기(11)에 의해 해석될 수 있는 디지털 값(Z)으로 변환한다.
마이크로 제어기(11)에서, 이러한 디지털 값(Z)은 선형 함수(
Figure pct00017
)를 적용하는 것에 의해 전류값으로 변환되며, 여기에서 수치 값(Z = 0)과 관련된 구배(α(T)) 및 전류(β(T))는 션트 저항기(R1, R2)의 온도(T)에 따라서 규정된다.
추가적인 간섭이 평활 저역 통과 η 필터(4)의 출력 및/또는 증폭기(5)의 출력 및/또는 앤티 에일리어싱 저역 통과 필터(6)의 출력 및/또는 아날로그-디지털 변환기(7)의 출력에 중첩될 수 있다는 것이 종래 기술로부터 공지되어 있으며, 이러한 간섭은 오프셋의 형태로 시간 경과에 따라 일정할 수 있거나, 또는 드리프트 또는 노이즈의 형태로 시간 경과에 따라 변할 수 있다.
측정 체인(15) 내로, 그러므로 전류값(i(Z))의 계산 내로의 간섭(η)의 도입은 임의의 듀티 사이클(TV,i)에서 측정된 평균 전류(IS(TV,i), IA(TV,i))에 대한 측정값에서의 차이를 초래하며, 그러므로 간섭이 없는 측정 체인(15)에 대해 상이한 샘플 지점을 정확히 통과하도록 선택된 적어도 하나의 다항식(
Figure pct00018
)을 위한 샘플 지점을 초래한다. 그러므로, 다항식(
Figure pct00019
)은 이론적으로 예상되는 관계에 따라서 2개의 경계점(TV = 0, TV = 1) 중 적어도 하나에 부합되지 못한다. 이에 의해, 측정 체인(15)을 따르는 간섭은 본 발명에 따른 타당성 검사 방법에 의해 유리하게 식별될 수 있다.
1: 2-단자 액추에이터, 액추에이터
1.1: 제1 단자
1.2: 제2 단자
2: 프리휠링 다이오드
3: 스위치
4: 평활 저역 통과 필터
5: 증폭기
6: 앤티 에일리어싱 저역 통과 필터
7: 아날로그-디지털 변환기
10: 제어 디바이스
11: 마이크로 제어기
12: 드라이버 및 측정 회로
13: 제어 신호
14a: 전류 측정 신호
14b: 중복된 전류 측정 신호
15, 16: 제1, 제2 측정 체인
M: 접지
fg: 차단 주파수
η: 추가 간섭
U0: 공급 전압
L: 유도성 부하
R: 저항성 부하
R1: 제1 션트 저항기
R2: 제2 션트 저항기
T: 온도
TV: 듀티 사이클
TV,i,i =1,2 … n: 듀티 사이클
tPWM: 주기
ton: ON 길이, 펄스 지속 시간
toff: OFF 시간 길이, 개방 시간 길이
τ: 시정수
iS: 총합 전류
iA: 액추에이터 전류
iA,max: 액추에이터 전류의 최대 값
iD: 다이오드 전류
IS: 평균 총합 전류
IA: 평균 액추에이터 전류
ID: 평균 다이오드 전류
IS(Tv,i),i =1,2 … n: 평균 총합 전류의 측정값, 샘플 지점
IA(Tv,i),i =1,2 … n: 평균 액추에이터 전류의 측정값, 샘플 지점
Z: 디지털 값
u: 전압, 션트 저항기 양단의 전압 강하
uLP: 평활화된 출력 전압
uv,LP: 평활화되고 증폭된 출력 전압
Figure pct00020
: 대역 제한되고 평활화되고 증폭된 출력 전압

Claims (17)

  1. 유도성 부하(L) 및 저항성 부하(R)를 포함하는 2-단자 액추에이터(1)를 통한 액추에이터 전류(iA) 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법으로서,
    상기 2-단자 액추에이터(1)의 제1 단자(1.1)는 펄스폭 변조 스위치(3)를 통해 공급 전압(UO)에, 역방향 바이어스로 배열된 프리휠링 다이오드(freewheeling diode)(2)를 통해 접지(M)에 연결되고, 상기 2-단자 액추에이터(1)의 제2 단자(1.2)는 상기 접지(M)에 연결되고, 상기 스위치(3)를 통한 평균 총합 전류에 대한 측정값(IS(TV,i)) 및 상기 제2 단자(1.2)를 통한 평균 액추에이터 전류에 대한 측정값(IA(TV,i))은 정상 상태에서 상기 스위치(3)의 펄스폭 변조의 적어도 3개의 상이한 듀티 사이클(TV,i,i = 1...N, N ≥ 3)에 대해 얻어지며, 상기 듀티 사이클(TV)의 평균 총합 전류(IS(TV))의 의존성은 상기 적어도 3개의 총합 전류 측정값(IS(TV,i)i = 1...N)에 맞추어진 다항식 계수(
    Figure pct00021
    )를 갖는 총합 전류 다항식(
    Figure pct00022
    )에 의해 근사되며, 상기 듀티 사이클(TV)의 평균 액추에이터 전류(IA(TV))의 의존성은 상기 적어도 3개의 액추에이터 전류 측정값(IA(TV,i)i = 1...N)에 맞추어진 다항식 계수(
    Figure pct00023
    )를 갖는 액추에이터 전류 다항식(
    Figure pct00024
    )에 의해 근사되며, 상기 액추에이터 전류 다항식(
    Figure pct00025
    )과 상기 총합 전류 다항식(
    Figure pct00026
    ) 사이의 절대차는 1의 듀티 사이클(TV = 1) 및 0의 듀티 사이클(TV = 0)에 대해 계산되어 사전 결정된 허용오차와 비교되고, 액추에이터 전류(iA)의 측정은 상기 사전 결정된 허용오차 중 적어도 하나가 초과될 때 타당하지 않은 것으로 결정되는, 액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터 전류 다항식(
    Figure pct00027
    ) 및 상기 총합 전류 다항식(
    Figure pct00028
    )은 각각의 측정값(IS(TV,i)) 및 (IA(TV,i))을 통과하는 뉴턴 보간 다항식으로 선택되며, 상기 다항식 계수(
    Figure pct00029
    ,
    Figure pct00030
    )는 계차상의 방법에 따라서 얻어지는 것을 특징으로 하는 액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액추에이터 전류 측정값(IA(TV,i)i = 1...N) 및 상기 총합 전류 측정값(IS(TV,i)i = 1...N)은 규정된 듀티 사이클(TV,i, i = 1, 2...N)에서 검출되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 3개의 액추에이터 전류 측정값(IA(TV,i)i = 1...3) 및 3개의 총합 전류 측정값(IS(TV,i)i = 1...3)이 검출되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위치(3)의 펄스폭 변조의 주기(tPWM)는 시정수(τ)보다 작거나 상기 시정수(τ)의 50배보다 크도록, 바람직하게는 시정수(τ)보다 작거나 상기 시정수(τ)의 100배보다 크도록 선택되며, 상기 시정수는 상기 2-단자 액추에이터(1)의 스위치(3)가 폐쇄될 때 공급 전압(UO)과 접지(M) 사이의 유도성 부하(L) 및 저항성 부하(R)의 비율(τ = L/R)로서 규정되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터 전류 다항식(
    Figure pct00031
    )의 2차 다항식 계수(αA,2)의 크기는 사전 결정된 제한 값과 비교되고, 상기 액추에이터 전류(iA)의 측정은 상기 2차 다항식 계수(αA,2)의 크기가 상기 사전 결정된 제한 값을 초과할 때 타당하지 않은 것으로 결정되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 션트 저항기(R1)가 상기 스위치(3)와 상기 공급 전압(U0) 사이에 배열되고, 제2 션트 저항기(R2)가 상기 스위치(3)와 상기 공급 전압(U0) 사이에 배열되며, 상기 평균 총합 전류(IS)는 상기 스위치(3)가 ON 지속 시간(ton) 동안 온일 때 상기 제1 션트 저항기(R1) 양단의 전압(μ)을 측정하는 것에 의해 얻어지며, 상기 평균 액추에이터 전류(IA)는 전체 주기(tPWM)에서 상기 제2 션트 저항기(R2) 양단의 전압(μ)을 측정하는 것에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 평균 전류(IS,IA)에 대한 디지털 값(Z)은 측정 체인(15, 16)에 의해 션트 저항기(R1, R2) 양단의 전압(μ)을 평가하는 것에 의해 얻어지며, 이러한 공정에서, 션트 저항기(R1, R2) 양단의 전압(μ)은 평활 저역 통과 필터(4)에 의해 평활화되고, 증폭기(5)에 의해 증폭되며, 그런 다음 필터, 특히 앤티 에일리어싱 저역 통과 필터/평균화 저역 통과 필터(6)에 의해 주파수 제한되거나 또는 평균화되고, 그런 다음 아날로그-디지털 변환기(7)에 의해 샘플링되고 이산화되며, 상기 평균 전류(IS,IA)는 사전 결정된 전압/전류 특성에 따라서 이산화된 값으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 사전 결정된 전압/전류 특성은 각각 온도(T)에 따라서 결정되는 구배(α(T)) 및 오프셋(β(T))을 갖는 선형 함수(i = α(T)ㆍμ + β(T))인 것을 특징으로 하는 액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 양 측정 경로의 전체적인 이득은 1의 듀티 사이클(TV = 1) 및 0의 듀티 사이클(TV = 0)에 대한 관련 전류 다항식(
    Figure pct00032
    Figure pct00033
    )의 2개의 값 사이의 차이로부터 각각 결정되며, 상기 2개의 전체적인 이득의 비율, 또는 그 사이의 절대 또는 상대 차이가 형성되어 값 범위 검사를 받고, 상기 액추에이터 전류(iA)의 전류값의 측정은 상기 2개의 전체적인 이득의 비율, 또는 그 사이의 절대 또는 상대 차이가 사전 결정된 값 범위를 초과할 때 타당하지 않은 것으로서 식별되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 전류 다항식(
    Figure pct00034
    )은 0의 듀티 사이클(TV = 0)에 대해 결정되고, 사전 결정된 증폭기 오프셋값과 비교되며, 상기 액추에이터 전류(iA)의 전류값의 측정은 상기 전류 다항식(
    Figure pct00035
    )의 값이 사전 결정된 제한 값만큼 상기 사전 결정된 증폭기 오프셋값과 다를 때 타당하지 않은 것으로 결정되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 전류 측정의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  12. 솔레노이드 포핏 밸브를 위한, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 청구된 방법의 용도.
  13. 전자기 신속 전환 밸브를 위한, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 청구된 방법의 용도.
  14. 전자기 기어 셀렉터 밸브를 위한, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 청구된 방법의 용도.
  15. 전자기 비례 밸브를 위한, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 청구된 방법의 용도.
  16. 전자기 온/오프 밸브를 위한, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 청구된 방법의 용도.
  17. 전자기 인젝터를 위한, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 청구된 방법의 용도.
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