KR20230017290A - 각도 위치 검출 방법 및 검출 시스템 - Google Patents

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KR20230017290A
KR20230017290A KR1020227046002A KR20227046002A KR20230017290A KR 20230017290 A KR20230017290 A KR 20230017290A KR 1020227046002 A KR1020227046002 A KR 1020227046002A KR 20227046002 A KR20227046002 A KR 20227046002A KR 20230017290 A KR20230017290 A KR 20230017290A
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KR
South Korea
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angular position
sensor
analysis
sensor signals
sensor signal
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Application number
KR1020227046002A
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Inventor
이에 초우
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 센서 유닛(102)을 통해 회전축을 중심으로 회전 가능한 회전 부품의 각도 위치(
Figure pct00238
)를 검출하기 위한 방법(100)에 관한 것으로서, 상기 센서 유닛은 고정된 센서 요소 및 이 센서 요소에 상대적으로 그리고 상기 회전 부품과 함께 회전 가능한 회전 요소를 구비하고, 상기 센서 요소는 각각 상기 각도 위치(
Figure pct00239
)에 따라 제1 검출 위치에 할당된 제1 센서 신호(
Figure pct00240
)와 상기 회전축을 중심으로 상기 제1 검출 위치에 수직으로 놓인 제2 센서 신호(
Figure pct00241
)를 평가 유닛(104)으로 출력하며, 이 평가 유닛은 평가 단계(118)에서 제1 및 제2 검출 위치에 따라 atan2 함수를 통해 상기 각도 위치(
Figure pct00242
)를 계산하며, 상기 평가 단계(118) 이전의 처리 단계(110)에서 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00243
,
Figure pct00244
)의 가능한 진폭 오차 및 가능한 직교 오차가 총합 오차로서 상기 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00245
,
Figure pct00246
)의 주성분 분석을 통해 상기 제1 및 2 센서 신호의 진폭차로 변환된다. 또한, 본 발명은 상기와 같은 방법(100)에 의해 회전 부품의 각도 위치(
Figure pct00247
)를 검출하기 위한 검출 시스템에 관한 것이다.

Description

각도 위치 검출 방법 및 검출 시스템
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 각도 위치 검출 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 각도 위치 검출을 위한 검출 시스템과도 관련이 있다.
회전 부품의 각도 위치 검출 방법은 예컨대, WO 2018/219388 A1호에 공지되어 있다. 상기 문서에서는 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 회전 부품의 각도 위치 검출 방법이 설명되며, 이 경우 상기 회전 부품의 각도 위치는 회전축에 대해 방사상으로 이격되어 배치된 센서 시스템에 의해 포착된다. 회전하는 부품 상에 동심으로 고정 배치된 자기 링(magnetic ring)은 센서 시스템에 상대적으로 변경되고, 이러한 센서 시스템에 의해 검출되는 자기장을 발생시키며, 이 경우 상기 센서 시스템에 의해 포착된 신호는 각도 위치와 관련하여 평가된다. 센서 시스템에 의해 포착된 신호는 자기장의 진폭 정보와 관련하여 평가되고, 상기 진폭 정보로부터는 보정 매개변수가 측정되며, 이러한 보정 매개변수에 의해서는 센서 시스템의 신호에서 포착된 각도 위치의 각도 오차(angle error)가 결정된다. 그 다음 상기 각도 오차는 센서 시스템으로부터 출력된 신호에서 측정된 각도 위치를 보정하는 데 사용된다.
본 발명의 과제는 회전 부품의 각도 위치를 보다 정확하고 신속하게 검출하는 것이다. 상기 회전 부품의 각도 위치는 가능한 한 적은 계산 수고(calculation effort)로 측정될 수 있어야 한다. 또한, 상기 각도 위치의 검출은 보다 비용 효율적으로 수행되어야 한다.
상기 과제 중 적어도 하나는, 센서 유닛을 통해 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 회전 부품의 각도 위치를 검출하기 위한 방법에 의해서 해결되며, 이때 상기 센서 유닛은 고정된 센서 요소 및 이 센서 요소에 상대적으로 그리고 상기 회전 부품과 함께 회전할 수 있는 회전 요소를 구비하고, 이 경우 상기 센서 요소는 각각 상기 각도 위치에 종속하고 제1 검출 위치에 할당된 제1 센서 신호와 상기 회전축을 중심으로 상기 제1 검출 위치에 수직으로 놓인 제2 센서 신호를 평가 유닛으로 출력하며, 이 평가 유닛은 평가 단계에서 제1 및 제2 검출 위치에 따라 atan2 함수를 통해 상기 각도 위치를 계산하며, 이 경우 상기 평가 단계 이전의 처리 단계에서 제1 및 제2 센서 신호의 가능한 진폭 오차 및 가능한 직교 오차는 총합 오차로서 상기 제1 및 제2 센서 신호의 주성분 분석을 통해 상기 제1 및 2 센서 신호의 진폭차로 변환된다.
그 결과 회전 부품의 각도 위치가 더 정확하게 검출될 수 있다. 각도 오차는 더 감소할 수 있다.
센서 유닛과 회전 부품은 차량 내에 배치될 수 있다. 회전 부품은 주차 로크 장치에 할당될 수 있다. 회전 부품은 상기 주차 로크 장치를 조정하거나 차량의 클러치를 작동시키기 위해 액추에이터 상에 배치될 수 있다. 회전 부품과 회전 요소는 동심으로 회전 가능하게 배치될 수 있다.
센서 유닛은 각도 센서로서 설계될 수 있다. 센서 유닛은 회전 부품에 대해 방사상으로 이격되어 배치될 수 있다. 센서 유닛은 회전 부품으로부터 축 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
센서 요소는 홀 센서(hall sensor)일 수 있다. 회전 요소는 자기 링일 수 있다. 회전 요소는 영구 자석일 수 있다. 회전 요소는 직경 방향으로 자화될 수 있다.
제1 및/또는 제2 센서 신호는 특히, 회전 요소의 회전에 의해 야기되는 주기적인 신호일 수 있다. 제1 센서 신호는 코사인 신호(cosine signal)일 수 있고, 제2 센서 신호는 사인 신호(sine signal)일 수 있다.
제1 센서 신호 및 제2 센서 신호는 가능한 진폭 오차 및 가능한 직교 오차를 가질 수 있다. 각도 위치(
Figure pct00001
)를 검출하는 제1 센서 신호(
Figure pct00002
)와 제2 센서 신호(
Figure pct00003
)에서의 진폭 오차와 직교 오차는 다음과 같이
Figure pct00004
각각의 진폭(
Figure pct00005
,
Figure pct00006
)과 직교 오차(
Figure pct00007
)를 사용하여 설명될 수 있다. 직교 오차(
Figure pct00008
)는, 이론적으로 제1 및 제2 검출 위치의 수직 위치로 인해 서로 수직으로 진행되어야 하는 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00009
,
Figure pct00010
) 간의 편차를 설명한다. 진폭 오차는 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00011
,
Figure pct00012
) 상호 간의 진폭 편차를 나타낸다.
진폭 오차와 직교 오차(
Figure pct00013
)는 항등(identical)이며 종래보다 더 효율적으로 보상될 수 있음이 확인되었다. 이에 사용되는 방법은 하기에서 더 자세히 설명된다.
센서 유닛에 의해 출력된 제1 센서 신호(
Figure pct00014
) 및 제2 센서 신호(
Figure pct00015
)는 평가 단계로 넘어가기 전에 준비 단계에서 먼저 처리될 수 있다. 이 경우 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00016
,
Figure pct00017
)에 중첩된 오프셋 오차가 보상될 수 있고, 이와 같이 수정된 제1 전처리 센서 신호(
Figure pct00018
)와 이와 같이 수정된 제2 전처리 센서 신호(
Figure pct00019
)가 출력될 수 있다. 오프셋 오차는 예를 들어 max-min 방법을 적용하여 측정될 수 있다. 이와 동시에 회전 부품이 적어도 1회 회전하는 동안, 각 센서 신호의 최대 및 최소 센서값이 검출된 다음 각 센서 신호의 오프셋이 측정될 수 있다. 이어서 상기 계산된 오프셋이 보상될 수 있다.
전처리된 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00020
,
Figure pct00021
)는 준비 단계에 후속하는 처리 단계에 입력될 수 있다. 상기 처리 단계에는 다수의 개별 단계가 포함될 수 있다. 처리 단계는 분석 단계, 변환 단계 및 조정 단계를 가질 수 있다. 상기 분석 단계와 변환 단계는 조정 단계 전에 진행될 수 있다.
분석 단계는 변환 단계 전에 수행될 수 있다. 전처리된 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00022
,
Figure pct00023
)는 분석 단계에서 처리될 수 있다. 분석 단계에서는 아래와 같은 상관관계(correlation)에 따라 전처리된 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00024
,
Figure pct00025
)를 외접하는 좌표 회전이 가정될 수 있다.
Figure pct00026
여기서 A 및 B는 회전 행렬의 계수이고,
Figure pct00027
및
Figure pct00028
은 외접 센서 신호의 진폭이며,
Figure pct00029
은 위상 변이이다. 이 경우 전처리된 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00030
,
Figure pct00031
)의 가능한 진폭 오차 및 가능한 직교 오차가 함께 상기 외접 센서 신호의 진폭 오차로 변환될 수 있음이 확인되었다. 이와 동시에 외접 센서 신호들은 전처리된 제1 및 제2 전처리된 센서 신호(
Figure pct00032
,
Figure pct00033
)에 상대적으로 위상 변이(
Figure pct00034
)를 갖는다.
회전 행렬과 진폭(
Figure pct00035
및
Figure pct00036
)의 매개변수들은 분석 단계에서 계산될 수 있다. 이를 위해 주성분 분석이 사용될 수 있다. 이러한 분석은 재차 특이값 분해(singular value decomposition) 또는 주축정리(principal axis theorem)를 사용하여 수행될 수 있다. 후속해서는 특히, 계산 공정을 덜 필요로 하는 주축정리가 사용된다.
회전 행렬은 상관 행렬의 고유 벡터로 구성되고, 이는 다음과 같이
Figure pct00037
측정점의 개수로서
Figure pct00038
으로 계산된다. 이어서 상관 행렬(
Figure pct00039
)의 고유값(
Figure pct00040
및
Figure pct00041
)들과 관련 고유 벡터(
Figure pct00042
및
Figure pct00043
)들이 측정되고, 그에 따라 회전 행렬은 다음과 같이 설명된다.
Figure pct00044
그리고 나서 진폭(
Figure pct00045
및
Figure pct00046
)들은 아래와 같은 상관관계에 따라 고유값(
Figure pct00047
및
Figure pct00048
)들을 통해
Figure pct00049
를 사용하여 계산될 수 있다.
Figure pct00050
이로부터 식 (2)와 함께 아래 식을 통해 위상 변이(
Figure pct00051
)가 계산될 수 있다.
Figure pct00052
후속하는 변환 단계에서, 전처리된 제1 센서 신호 및 전처리된 제2 센서 신호는 회전 행렬로 회전될 수 있으며, 그에 따라 아래 식을 사용하여
Figure pct00053
상기 전처리된 제1 센서 신호(
Figure pct00054
)는 변환된 제1 센서 신호(
Figure pct00055
)로, 상기 전처리된 제2 센서 신호(
Figure pct00056
)는 변환된 제2 센서 신호(
Figure pct00057
)로 변환된다.
후속하는 조정 단계에서, 상기 변환된 제1 센서 신호(
Figure pct00058
) 및 변환된 제2 센서 신호(
Figure pct00059
)는 식 (4)의 진폭(
Figure pct00060
) 및 식 (5)의 진폭(
Figure pct00061
)으로 정규화될 수 있다. 특히, 변환된 제1 센서 신호(
Figure pct00062
)에 제1 분석 매개변수(
Figure pct00063
)를 곱하고, 변환된 제1 센서 신호(
Figure pct00064
)에 제2 분석 매개변수(
Figure pct00065
)를 곱하여 정규화될 수 있다.
이러한 방식으로 출력된, 처리된 제1 센서 신호(
Figure pct00066
) 및 처리된 제2 센서 신호(
Figure pct00067
)는 atan2 함수를 사용하여 상기 두 센서 신호로부터 출력된 각도 위치(
Figure pct00068
)를 계산하는 후속 평가 단계로 넘어갈 수 있다.
평가 단계에서 출력된 각도 위치(
Figure pct00069
)는, 분석 단계를 통해 계산된 제3 분석 매개변수로서 일정한 위상 변이(
Figure pct00070
)가 상기 출력된 각도 위치(
Figure pct00071
)에서 감산되고, 그에 따라 처리된 각도 위치(
Figure pct00072
)가 출력됨으로써 보정 단계를 통해 변경된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 처리 단계가 분석 단계를 포함할 경우가 바람직한데, 상기 분석 단계는 제1 및 제2 센서 신호의 주성분 분석을 실행하고, 이때 제1 및/또는 제2 센서 신호를 변경하기 위해 적어도 하나의 처리 단계에서 사용되는 적어도 하나의 분석 매개변수를 측정한다. 그 결과 제1 및 제2 센서 신호는 후속해서, 각도 오차를 줄이기 위해 적어도 하나의 분석 매개변수에 따라 변경될 수 있다.
본 발명의 특수한 일 실시예에서는, 주성분 분석이 회전 행렬과 함께 주축정리를 적용하는 것이 바람직하다. 그 결과 분석 매개변수가 적은 계산 공정으로 계산될 수 있다. 분석 매개변수는 주축정리의 적어도 하나의 고유값에 직접적으로 종속될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 처리 단계가 전환 단계를 포함하고, 이때 상기 전환 단계는 회전 행렬을 사용한 좌표 회전에 의해 제1 및 제2 센서 신호를 각각 변환된 제1 및 제2 센서 신호로 변환한다. 그 결과 제1 및 제2 센서 신호의 가능한 진폭 오차와 가능한 직교 오차가 변환된 제1 및 제2 센서 신호의 공통 진폭 오차로 변경될 수 있다. 공통 진폭 오차와 더불어, 변환된 제1 및 제2 센서 신호는 제1 및 제2 센서 신호에 상대적인 위상 변이를 더 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 변환 단계에 후속하는 조정 단계에서 변환된 제1 센서 신호가 분석 단계에서 측정된 제1 분석 매개변수로 정규화되고, 변환된 제2 센서 신호는 분석 단계에서 측정된 제2 매개변수로 정규화되어 처리된 제1 및 제2 센서 신호로서 출력된다. 그 결과 변환된 1차 및 2차 센서 신호의 공통 진폭 오차가 보상될 수 있다.
본 발명의 특수한 일 실시예에서는, 제1 및 제2 분석 매개변수가 주축정리의 고유값에 종속하는 경우가 바람직하다. 제1 분석 매개변수는 주축정리 중에 측정된 제1 고유값에만 종속할 수 있다. 제2 분석 매개변수는 주축정리 중에 측정된 제2 고유값에만 종속할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 조정 단계가 처리된 제1 및 제2 센서 신호로부터 시작하여 atan2 함수를 적용하여 출력된 각도 위치로서 각도 위치를 계산하는 평가 단계로 이어진다. atan2 함수는 아크탄젠트(arc tangent) 역삼각 함수의 확장이며, 마찬가지로 탄젠트(tangent) 삼각 함수의 역함수이다. 상기 atan2 함수는 하나의 실수(real number)만 인수(argument)로 사용하는 일반 아크탄젠트와 달리, 2개의 실수를 인수로 간주한다. 따라서 상기 atan2 함수는 360°의 값 범위(즉, 4개의 사분면 모두)에서 함수 값을 출력할 수 있는 충분한 정보를 가지며, (일반 아크탄젠트와 같이) 2개의 사분면으로 한정할 필요가 없다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 평가 단계 다음에는 보정 단계가 뒤따르며, 이러한 보정 단계에서는 각도 위치가 분석 단계에서 측정된 제3 분석 매개변수에 의해 보정된다. 분석 단계에서 계산 후, 제1, 제2 및/또는 제3 분석 매개변수는 검색 가능한 메모리에 저장될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예는 제3 분석 매개변수가 각각의 전처리된 센서 신호와 관련하여 각각 변환된 센서 신호의 위상 변이에 상응하는 경우에 바람직하다. 출력된 각도 위치는 위상 변이에 의해 수정된 후 처리된 각도 위치로서 출력될 수 있다.
또한, 앞서 제시된 과제 중 적어도 하나는, 평가 유닛 및 센서 유닛을 구비하고, 전술한 특징 중 적어도 하나를 갖는 방법에 의해 회전 부품의 각도 위치를 검출하기 위한 검출 시스템에 의해서 달성되며, 상기 센서 유닛은 고정된 센서 요소와 이에 상대적으로 그리고 상기 회전 부품과 함께 회전할 수 있는 회전 요소를 구비한다.
본 발명의 추가 장점들 및 바람직한 구현예들은 도면 설명 및 도면들에 나타난다.
본 발명은 하기에서 도면들을 참조하여 상세히 설명된다. 도면부에서:
도 1은 본 발명의 특수한 실시 형태의 방법을 나타낸 흐름도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 방법의 개별 처리 단계들에 따른 센서 신호의 각 곡선 그래프를 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 방법의 개별 처리 단계들에 따른 센서 신호의 각 각도 오차 곡선을 도시한다.
도 4는 측정점의 개수에 따른 계산 정확도의 추이를 도시한다.
도 5는 다수의 방법을 비교하여 신호 품질에 따라 최대 각도 오차의 곡선을 도시한다.
도 1은 본 발명의 특수한 일 실시 형태로 방법(100)의 흐름도를 도시한다.
방법(100)은 센서 유닛(102)을 통해 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 회전 부품의 각도 위치(
Figure pct00073
)를 검출하며, 이때 상기 센서 유닛은 각도 위치(
Figure pct00074
)에 종속하고 제1 검출 위치에 할당되는 제1 센서 신호(
Figure pct00075
) 및 상기 회전축을 중심으로 상기 제1 검출 위치에 수직으로 놓인 제2 검출 위치에 할당된 제2 센서 신호(
Figure pct00076
)를 평가 유닛(104)으로 출력한다.
상기 평가 유닛(104)은 다수의 처리 단계를 거쳐 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00077
,
Figure pct00078
)로부터 각도 위치(
Figure pct00079
)를 계산한다. 도 2에는 상기 방법(100)의 개별 처리 단계들 후에 출력되는 센서 신호들의 개별 곡선 그래프가 x-y 좌표로 도시되어 있고, 도 3에는 상기 방법(100의 상응하는 처리 단계들 후에 출력되는 센서 신호들의 각도 오차(
Figure pct00080
)의 개별 각도 오차 곡선이 도시되어 있다. 달리 언급되지 않는 한, 하기 설명은 도 1에 따른 절차 100과 관련되지만, 명시적으로는 도 2 및 도 3을 부분적으로 참조한다.
제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00081
,
Figure pct00082
)를 통해 각도 위치(
Figure pct00083
)를 측정할 때는, 각도 위치(
Figure pct00084
)를 통해 도 3에 도시된 각도 오차(
Figure pct00085
)가 발생할 수 있다. 각도 오차(
Figure pct00086
)는 측정 부정확성에 해당하며, 고려하지 않을 경우 측정된 각도 위치(
Figure pct00087
)가 부정확해질 수 있다. 그러나 각도 오차(
Figure pct00088
)는 방법(100)의 후속하는 추가 처리 단계에 의해 고려되고 보상될 수 있다.
제1 센서 신호(
Figure pct00089
) 및 제2 센서 신호(
Figure pct00090
)는 센서 유닛(102)에 의해 평가 유닛(104)으로 출력된다. 평가 유닛(104)은 준비 단계(106)를 포함하며, 이러한 준비 단계에서는 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00091
,
Figure pct00092
)에 중첩된 오프셋 오차가 보상되고 이러한 방식으로 수정된, 전처리된 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00093
,
Figure pct00094
)가 출력된다. 오프셋 오차는 예를 들면, 최대-최소 방법(108)을 적용하여 측정될 수 있다. 이와 동시에 회전 요소의 적어도 1회 회전 동안, 각각의 센서 신호(
Figure pct00095
,
Figure pct00096
)의 최대 및 최소 센서값이 검출될 수 있고, 이어서 각각의 센서 신호(
Figure pct00097
,
Figure pct00098
)의 오프셋이 측정될 수 있다. 그 다음 상기 계산된 오프셋은 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00099
,
Figure pct00100
)에서 보상될 수 있다. 도 2에서 준비된 해당 센서 신호(
Figure pct00101
)는 준비 단계 후 영점을 중심으로 하는 타원이다. 도 3에는 전처리된 제1 및 제2 센서 신호에 포함된 각도 오차(
Figure pct00102
)의 관련 곡선을 도시되어 있다.
이어서 전처리된 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00103
,
Figure pct00104
)는 준비 단계(106)에 후속하는 처리 단계(110)에 입력된다. 상기 처리 단계(110)에서는, 다수의 개별 처리 단계, 여기서는 분석 단계(112), 변환 단계(114) 및 조정 단계(116)가 실행될 수 있다. 전처리된 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00105
,
Figure pct00106
)는 분석 단계(112)에서 먼저 처리된다. 분석 단계(112)에서는 식 (2)에 따라, 전처리된 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00107
,
Figure pct00108
)의 좌표 회전이 가정된다. 좌표 회전은 회전 행렬을 통해 계산된다. 이 경우 전처리된 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00109
,
Figure pct00110
)의 가능한 진폭 오차 및 가능한 직교 오차는 함께 좌표 회전을 통해 수신된 센서 신호들의 진폭 오차로 변환될 수 있음이 확인되었다.
회전 행렬은 식 (3)에 따른 주성분 분석을 적용하여 분석 단계(112)에서 계산된다. 이것은 재차 주축정리를 사용하여 수행되며, 이 주축정리에 의해서는 회전 행렬이 기반으로 하는 상관 행렬의 고유값 및 관련 고유 벡터가 측정될 수 있다. 분석 단계(112)에서는, 제1 고유값에 종속하는 제1 분석 매개변수(
Figure pct00111
) 및 제2 고유값에 의존하는 제2 분석 매개변수(
Figure pct00112
)가 계산되고 나중에 액세스하기 위해 저장된다.
제3 분석 매개변수는 식 (6)에 따른 위상 변이(
Figure pct00113
)에 의해 형성된다.
분석 단계(112)에 이어지는 변환 단계(114)에서는, 전처리된 제1 및 제2 전처리된 센서 신호(
Figure pct00114
,
Figure pct00115
)가 (2)에 따른 회전 행렬을 사용하여 회전되고, 그에 따라 상기 전처리된 제1 센서 신호(
Figure pct00116
)는 변환된 제1 센서 신호(
Figure pct00117
)로 그리고 전처리된 제2 센서 신호(
Figure pct00118
)는 변환된 제2 센서 신호(
Figure pct00119
)로 식 (7)에 따라 변환된다. 상기 변환된 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00120
,
Figure pct00121
)의 경우, 총합 오차로서 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00122
,
Figure pct00123
)에 존재하는 가능한 진폭 오차와 직교 오차가 진폭차로 변환되었다.
도 2에서, 변환된 센서 신호(
Figure pct00124
)는 준비된 센서 신호(
Figure pct00125
)의 회전으로부터 발생하며, 이 경우 타원의 주축은 영점에 의해 정의된 좌표계의 좌표축에 놓여 있다. 도 3의 관련 각도 오차(
Figure pct00126
)는 좌표 회전에 의해 이동되었다.
후속 조정 단계(116)에서, 변환된 제1 센서 신호(
Figure pct00127
)는 제1 분석 매개변수(
Figure pct00128
)에 의해 정규화되며, 이 경우
Figure pct00129
은 식 (4)에 따라 계산되고, 변환된 제2 센서 신호(
Figure pct00130
)는 제2 분석 매개변수(
Figure pct00131
)에 의해 식 (5)의
Figure pct00132
을 사용하여 정규화된다. 그 결과 변환된 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00133
,
Figure pct00134
) 간의 진폭차가 보상되어 처리된 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00135
,
Figure pct00136
)로 출력된다.
도 2의 처리된 센서 신호(
Figure pct00137
)는 중심이 영점인 원이다. 이와 관련된 도 3의 각도 오차(
Figure pct00138
)는 각도 위치(
Figure pct00139
)와 무관하게 진행된다.
이러한 방식으로 출력된, 처리된 제1 및 제2 센서 신호(
Figure pct00140
,
Figure pct00141
)는 이후 atan2 함수를 적용하여 처리된 제1 및 제2 처리된 센서 신호(
Figure pct00142
,
Figure pct00143
)로부터 각도 위치를 계산하는 후속 평가 단계(118)로 이어진다. 평가 단계(118)는 계산된 각도 위치를 출력된 각도 위치(
Figure pct00144
)로서 보정 단계(120)로 출력한다.
상기 보정 단계(120)에서는, 분석 단계(112)를 통해 계산된 제3 분석 매개변수로서 위상 변이(
Figure pct00145
)가 출력된 각도 위치(
Figure pct00146
)에서 감산되고, 그에 따라 처리된 각도 위치(
Figure pct00147
)가 출력됨으로써 출력된 각도 위치(
Figure pct00148
)가 변경된다.
이에 따라 도 3의 계산된 각도 오차(
Figure pct00149
)가 보상되고, 회전 부품의 각도 위치(
Figure pct00150
)가 정확하게 계산될 수 있다.
도 4는 측정점의 개수(
Figure pct00151
)에 따른 계산 정확도(
Figure pct00152
)의 추이를 도시한다. 앞서 설명한 주성분 분석을 적용하여 각도 위치를 검출할 때 계산 공정을 최대한 효율적으로 사용하기 위해서는 방법을 비용 효율적이면서 신속하게 수행할 수 있도록 필요한 측정점 개수를 결정해야 한다.
계산 정확도를 지정하면, 필요한 측정점 개수(
Figure pct00153
)가 결정될 수 있다. 측정점 개수(
Figure pct00154
), 계산 정확도(
Figure pct00155
) 및 측정 분해능(
Figure pct00156
) 사이의 상관관계는 다음과 같다.
Figure pct00157
여기서
Figure pct00158
및
Figure pct00159
은 0보다 크다.식 (8)에 따라 예를 들어 0.5°의 분해능(
Figure pct00160
)에서 1°의 계산 정확도(
Figure pct00161
)가 필요한 경우, 각 센서 신호에 대해 최소 58개의 측정점이 있어야 한다.
도 5는 다수의 방법을 비교하여 신호 품질(
Figure pct00162
)에 따라 최대 각도 오차(
Figure pct00163
)의 곡선을 도시한다. 최대 각도 오차(
Figure pct00164
)는 신호 대 잡음비로 표시되는 신호 품질에 종속한다. 각도 위치 검출 시 최대 각도 오차(
Figure pct00165
)는 직교 오차가 보정되지 않은 최대-최소 방법(Ma)을 사용할 때 가장 높다. 최대 각도 오차(
Figure pct00166
는 종래 기술에 따른 방법(Ms)에서 이미 감소하였다. 이와 비교하여 DE 10 2020 102 064.3호에 기술된 방법(Mc)은 최대 각도 오차(
Figure pct00167
)를 더 줄이면서 종래 기술에 따른 방법(Ms)에 비해 계산 공정을 현저히 줄이도록 설계되었다.
최대 각도 오차(
Figure pct00168
와 관련하여, 본 발명의 특수한 일 실시예에에서 제안된 방법(Me)이 가장 우수하다. 이 경우 최대 각도 오차(
Figure pct00169
)는, 예를 들어 잡음이 적고, 즉
Figure pct00170
이 높을 경우 Mc 방법에 비해 약 50% 정도로 줄일 수 있다.
100: 방법
102: 센서 유닛
104: 평가 유닛
106: 준비 단계
108: 최대-최소 방법
110: 처리 단계
112: 분석 단계
114: 변환 단계
116: 조정 단계
118: 평가 단계
120: 보정 단계
Figure pct00171
: 각도 위치
Figure pct00172
: 출력된 각도 위치
Figure pct00173
: 위상 변이
Figure pct00174
: 각도 오차
Figure pct00175
:각도 오차
Figure pct00176
: 각도 오차
Figure pct00177
: 각도 오차
Figure pct00178
: 각도 오차
Figure pct00179
: 최대 각도 오차
Figure pct00180
: 제1 고유값
Figure pct00181
: 제2 고유값
Figure pct00182
: 제1 센서 신호
Figure pct00183
: 제2 센서 신호
Figure pct00184
: 준비된 제1 센서 신호
Figure pct00185
: 준비된 제2 센서 신호
Figure pct00186
: 준비된 센서 신호
Figure pct00187
: 변환된 제1 센서 신호
Figure pct00188
: 변환된 제2 센서 신호
Figure pct00189
: 변환된 센서 신호
Figure pct00190
: 처리된 제1 센서 신호
Figure pct00191
: 처리된 제2 센서 신호
Figure pct00192
: 처리된 센서 신호
Figure pct00193
: 제1 분석 매개변수
Figure pct00194
: 제2 분석 매개변수

Claims (10)

  1. 센서 유닛(102)을 통해 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 회전 부품의 각도 위치(
    Figure pct00195
    )를 검출하기 위한 방법(100)으로서, 상기 센서 유닛은 고정된 센서 요소 및 이 센서 요소에 상대적으로 그리고 상기 회전 부품과 함께 회전 가능한 회전 요소를 구비하고, 상기 센서 요소는 각각 상기 각도 위치(
    Figure pct00196
    )에 종속하고 제1 검출 위치에 할당된 제1 센서 신호(
    Figure pct00197
    )와 상기 회전축을 중심으로 상기 제1 검출 위치에 수직으로 놓인 제2 센서 신호(
    Figure pct00198
    )를 평가 유닛(104)으로 출력하며, 이 평가 유닛은 평가 단계(118)에서 제1 및 제2 검출 위치에 따라 atan2 함수를 통해 상기 각도 위치(
    Figure pct00199
    )를 계산하는, 각도 위치 검출 방법에 있어서, 상기 평가 단계(118) 이전의 처리 단계(110)에서 제1 및 제2 센서 신호(
    Figure pct00200
    ,
    Figure pct00201
    )의 가능한 진폭 오차 및 가능한 직교 오차가 총합 오차로서 상기 제1 및 제2 센서 신호(
    Figure pct00202
    ,
    Figure pct00203
    )의 주성분 분석을 통해 상기 제1 및 2 센서 신호의 진폭차로 변환되는 것을 특징으로 하는, 각도 위치(
    Figure pct00204
    ) 검출 방법(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리 단계(110)가 분석 단계(112)를 포함하며, 이 분석 단계는 상기 제1 및 제2 센서 신호(
    Figure pct00205
    ,
    Figure pct00206
    )의 주성분 분석을 수행하고, 이와 동시에 상기 제1 및/또는 제2 센서 신호(
    Figure pct00207
    ,
    Figure pct00208
    )를 변경하기 위해 하나 이상의 후속 처리 단계에서 사용되는 하나 이상의 분석 매개변수를 결정하는 것을 특징으로 하는, 각도 위치(
    Figure pct00209
    ) 검출 방법(100).
  3. 제2항에 있어서, 상기 주성분 분석이 회전 행렬에 의한 주축정리를 적용하는 것을 특징으로 하는, 각도 위치(
    Figure pct00210
    ) 검출 방법(100).
  4. 제3항에 있어서, 상기 처리 단계(110)가 변환 단계(114)를 포함하며, 이 변환 단계는 상기 신호 행렬 적용 하에 좌표 회전에 의해 상기 제1 및 제2 센서 신호(
    Figure pct00211
    ,
    Figure pct00212
    )를 각각 변환된 제1 및 제2 센서 신호(
    Figure pct00213
    ,
    Figure pct00214
    )로 변환하는 것을 특징으로 하는, 각도 위치(
    Figure pct00215
    ) 검출 방법(100).
  5. 제4항에 있어서, 상기 변환 단계(114)에 후속하는 조정 단계(116)에서, 상기 변환된 제1 센서 신호(
    Figure pct00216
    )가 상기 분석 단계(112)에서 결정된 제1 분석 매개변수에 의해 정규화되고, 상기 변환된 제2 센서 신호(
    Figure pct00217
    )가 상기 분석 단계(112)에서 결정된 제2 분석 매개변수에 의해 정규화되어 처리된 제1 및 제2 센서 신호(
    Figure pct00218
    ,
    Figure pct00219
    )로서 출력되는 것을 특징으로 하는, 각도 위치(
    Figure pct00220
    ) 검출 방법(100).
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 분석 매개변수가 상기 주축정리의 고유값(
    Figure pct00221
    ,
    Figure pct00222
    )들에 종속하는 것을 특징으로 하는, 각도 위치(
    Figure pct00223
    ) 검출 방법(100).
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 조정 단계(116) 다음에 평가 단계(118)가 뒤따르고, 이 평가 단계는 상기 처리된 제1 및 제2 센서 신호(
    Figure pct00224
    ,
    Figure pct00225
    )로부터 시작하여 atan2 함수를 적용하여 각도 위치를 출력된 각도 위치(
    Figure pct00226
    )로서 계산하는 것을 특징으로 하는, 각도 위치(
    Figure pct00227
    ) 검출 방법(100).
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평가 단계(118) 다음에 보정 단계(120)가 뒤따르고, 이러한 보정 단계에서는 상기 각도 위치(
    Figure pct00228
    )가 상기 분석 단계(112)에서 결정된 제3 분석 매개변수(
    Figure pct00229
    )에 의해 보정되는 것을 특징으로 하는, 각도 위치(
    Figure pct00230
    ) 검출 방법(100).
  9. 제8항에 있어서, 상기 제3 분석 매개변수(
    Figure pct00231
    )가 각각의 전처리된 센서 신호(
    Figure pct00232
    ,
    Figure pct00233
    )와 관련하여 상기 변환된 센서 신호(
    Figure pct00234
    ,
    Figure pct00235
    )의 위상 변이에 상응하는 것을 특징으로 하는, 각도 위치(
    Figure pct00236
    ) 검출 방법(100).
  10. 고정된 센서 요소와 이 센서 요소에 상대적으로 그리고 상기 회전 부품과 함께 회전 가능한 회전 요소를 갖는 센서 유닛(102) 및 평가 유닛(104)을 구비하는, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법(100)에 의해 회전 부품의 각도 위치(
    Figure pct00237
    )를 검출하기 위한 검출 시스템.
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