KR20090073057A

KR20090073057A - 다수턴 회전 센서

Info

Publication number: KR20090073057A
Application number: KR1020087031338A
Authority: KR
Inventors: 제프리 톨라; 케네쓰 에이. 브라운
Original assignee: 티티 일렉트로닉스 테크놀러지 리미티드
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2009-07-02
Also published as: WO2007139868A3; US20100222967A1; CN101534630A; EP2020840A2; WO2007139868A2

Abstract

몸체(body)에 고정된 제1 부분을 포함하여 그 몸체와 함께 일제히 회전하고 복수의 제1 기기 신호들을 제공하는 제1 센싱 기기, 그 몸체에 기계적으로 연결된 제2 부분을 포함하여 그 몸체에 관하여 기계적 턴 비로 회전하고 복수의 제2 기기 신호들을 제공하는 2 센싱 기기, 및 그 제1 기기 신호들에 응답하여 그 기계적 턴 비 및 1과 다른 가상 턴 비로 그 몸체에 관한 그 제1 부분의 회전을 나타내기 위한 신호 프로세싱 회로를 포함하는 회전 센싱 시스템이 개시된다. 이 신호 프로세싱 회로는 또한 그 가상 턴 비에 기초하여 그 제1 기기 신호들 및 그 제2 기기 신호들의 함수로서 360° 이상에 걸쳐 있는 각도 범위 상에서 그 몸체의 회전 포지션을 나타내는 출력을 제공하도록 동작가능한 로직을 포함한다.

Description

다수턴 회전 센서{Multiturn rotational sensor}

- 관련 출원들에 대한 상호참조(cross-reference)

본 출원은 2006년 5월 24일에 제출된 미국 임시 특허 출원 번호 60/808,009에 관한 이익을 주장하며, 그 미국 임시 특허 출원은 이로써 그 전체로 참조에 의해 통합된다.

-본 발명의 기술분야

본 발명은 회전가능한 몸체(rotatable body)의 절대적 포지션(position)을 결정하는 기술에 관한 것이고, 더 특별하게는, 차량 스티어링휠(steering wheel)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는, 기결정된 기준 포지션(reference position)에 관하여 적어도 360도 턴(turn)하는 회전가능한 몸체의 포지션을 결정하는 방법, 기기, 장치 및 시스템에 관한 것이고, 다만 본 발명은 이들에 관한 것만으로 한정되는 것은 아니다.

전자적으로 제어되는 많은 기계 시스템들의 필요조건은, 회전 샤프트(shaft)와 같은, 제어 입력 기기의 각도 포지션의 정확한 탐지이다. 종종, 기계적으로 최적화된 시스템들은 시스템 제어의 전체 범위 상에서 입력 제어 샤프트의 다수의 360도 회전들을 가능하게 하는 기어링 장치들(gearing arrangements)을 사용함으로 써 정교한 레졸루션(resolution) 및 향상된 성능을 가진 제어 기능(control functionality)을 제공한다. 하나의 이러한 시스템은 차량 스티어링 제어 시스템들에서 발견되는데, 여기에서 정상 동작으로 그 스티어링 샤프트(steering shaft)의 4번의 완전한 회전들을 활용하는 것이 보통이다 (1440도의 회전).

탐지 방법 및 장치가, 알려진 기준 포지션에 관한 그 샤프트의 완전한 회전들의 총 횟수 및 현재 회전의 절대적 기준되는 360도 범위 내에서의 샤프트 포지션의 정확한 측정을 제공하는 것은, 샤프트 각도 입력을 사용하는 스티어링 제어 시스템들의 공통된 필요요건이다. 이들 정확한, 다수 턴 측정들은 최소의 움직임 콤포넌트들을 이용하여 제한된 기계적 공간 내에서 수행될 것이 전형적으로 요구된다.

요구되는 다수 턴 절대적 포지션을 탐지하기 위해 사용되는 보통의 장치는, 여럿 가운데서도 미국 특허 번호 5,930,905, 6,861,837B1, 6,466,889B1, 6,862,551B1 및 6,941,241B2를 포함하는, 참조문헌들에 기술되어 있다. 모든 이들 방법들 및 기기들은 회전 몸체에 직접 부착되어 그와 함께 턴하기 위한 주요한 기계적 평기어(spur gear), 및 도 1에 묘사된 바와 같이 그 주요 기어에 대해 알려진 비율로 회전하고 그 주요 기어와 맞물리는 더 작은 보조 평기어들에 의해 작동되는 적어도 2개의 추가적 회전 몸체들을 사용한다. 전형적으로 이들 2개의 보조 기어들은 그 주요 기어보다 상당히 더 높은 속도로 회전하고 있다. 이들 보조 기어들은, 관심대상인 회전 몸체에 고정된 주요 기어에 관하여, 각 보조 기어의 포지션을 결정하기 위해 사용되는 센싱 기기들에 연결된다. 그 2개의 보조 기어들 간의 기결정 된 기어비(gear ratio) 차이는 그 보조 기어들의 상이한 유효 회전 속도들에 의해 확립되는 절대적 기어 포지션에 따라 변하는 상대적 출력 관계(relative output relationship)를 가진 센서 신호들을 생성하도록 적용된다. 이 상대적 관계는 그 주요 기어의 완전한 턴들의 횟수에 직접적으로 비례한다.

이들 장치들은 전형적으로 서로에 유사한 기어비들을 가진 보조 기어들에 의해 제어되는 2개의 추가적이고 개별적인 회전 몸체들을 가진다. 보통의 탐지 기기를 패키징(packaging)하는데 이용가능한 제한된 기계적 공간에서, 주요 기어보다 상당히 더 작고 하나의 기어 이(gear tooth) 카운트만큼 서로 다른 2개의 보조 기어들의 선택이 흔해졌다. 이들 두 외부의, 보조 기어들은, 탐지된 신호들이 기결정된 수학적 관계에 기초하여 바라는 대로 작동함을 보증하기 위해 유사한 기계적 허용오차(tolerance)를 요구하고, 일반적으로 정상적인 제조상 허용오차들 및/또는 기계적 마모로부터 기인하는 기계적 이상들(mechanical anomaly)에 견디지 못한다.

더욱이, 다수의 기어들의 사용은, 탐지 시스템의 크기, 복잡성 및 비용을 증가시킬 뿐만 아니라, 또한 바로만들어진상태의(as-built) 및/또는 오래된/낡은 콤포넌트들의 기계적 허용오차들이 시스템 성능 - 정확도 및 안정성(stability)을 포함 - 에 부정적으로 영향을 미칠 가능성을 증가시킨다.

따라서, 이 기술 영역에 있어 진행 중인 기여들을 필요로 한다.

하나의 실시예에서, 본 출원은 회전 포지션을 센싱하기 위한 독자적인 기술을 제공한다. 다른 실시예들에서, 적어도 360도 턴하는 몸체의 회전 포지션 정보의 탐지를 포함하는 독자적인 시스템, 장치, 기기 및/또는 방법이 제공된다.

추가적인 실시예들은, 단지 하나의 추가적인 회전 몸체 및 절대적 포지션이 요구되는 주요 회전 몸체에 직접적으로 연결된 탐지기를 사용함으로써 다수턴의 절대적 각도 포지션 정보를 감소된 복잡성 및 향상된 신뢰도로써 제공하는 방법 및 기기를 포함하여, 관심대상인 주요 회전 몸체와 연관되어 회전하기 위해 기계적으로 맞물린 2개의 보조 회전 몸체들에 대한 필요성을 제거한다.

추가적인 다른 실시예에서, 회전 몸체 또는 주요 측정 샤프트(primary measurement shaft)에 직접적으로 연결된 탐지 유닛이 그 주요 회전 샤프트와 기계적으로 연결되고 그 주요 회전 샤프트와 연관되어 회전하는 적어도 하나의 회전 몸체를 모티터링하는 탐지 유닛과 결합되는 간결한 회전 각도 탐지기가 제공된다. 양 탐지 유닛들 모두는 약간 다른 주기성(periodicity)들을 가진 유사한 주기적 신호들을 제공한다. 그 주기적 신호들은, 그 주요 샤프트의 다수의 360도 회전들(즉, > 360도)을 나타내는 수치들을 포함하는, 절대적 포지션 정보를 만들어내도록 결합된다.

다른 실시예들, 형태들, 대상들, 특징들, 이점들, 측면들 및 이익들은 다음의 기술내용 및 도면들로부터 명확해질 것이다.

도 1은 3개의 회전 몸체들에 기초한 선행기술 센서의 다이어그램 도면이다.

도 2는 2개의 회전 몸체들에 기초한 센서 시스템의 다이어그램 도면이다.

도 3은 타겟 회전 샤프트의 각도 대 각도 단위로 보여지는 주요 및 보조 센 싱 기기 출력들로 회전에 관한 비교 그래프를 도시한다.

도 4는 타겟 회전 샤프트의 각도 대 각도 단위로 보여지는 도 3의 주요 및 보조 출력들에 대한 차분 신호(difference signal)로 회전에 관한 그래프를 도시한다.

도 5는 타겟 회전 샤프트의 각도 대 보정(correction)을 한 경우 각도 단위로 보여지는 도 4의 차분 신호로 회전에 관한 그래프를 도시한다.

도 6은 타겟 회전 샤프트의 각도 대 스케일링(scaling)을 한 경우 각도 단위로 보여지는 도 5의 보정된 차분 신호로 회전에 관한 그래프를 도시한다.

도 7은 도 4의 주요 및 보조 센싱 기기들을 포함하는 신호 프로세싱 시스템의 도식적인 다이어그램이다.

도 8은 도 7의 시스템의 경우와 비교되는 신호 다이어그램이다.

도 9는 도 7의 시스템 경우와 비교되는 또 하나의 신호 다이어그램이다.

도 10은 점선으로 보여지는 상응하는 픽업(pickup)들을 가진, 도 7에서 보여진 시스템의 센싱 기기들에 대한 전극 패턴들에 관한 부분적인 다이어그램 도면이다.

도 11은 점선으로 보여지는 상응하는 픽업들을 가진, 도 7에서 보여진 시스템의 센싱 기기들에 대한 기계적 기어링에 관한 부분적인 다이어그램 도면이다.

도 12는 도 11의 센싱 기기들 중 하나에 대한 픽업에 관한 부분적인 다이어그램 도면이다.

본 발명의 원리들에 관한 이해를 증진하기 위해, 이제 도면들에서 도해되는 실시예들에 대한 언급이 이루어질 것이고 특정한 통용어가 같은 것을 기술하기 위해 사용될 것이다. 그럼에도 불구하고 본 발명의 범위에 관한 어떠한 제한도 그에 의해 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 기술된 실시예들에서의 어떠한 대체예들 및 추가적인 변형예들, 및 이 문서에서 기술된 본 발명의 원리들의 어떠한 추가적인 적용예들도 본 발명이 관련된 기술분야에서 숙련된 자에게는 정상적으로 떠오를 것으로 예상된다.

본 발명의 하나의 실시예는 높은 레졸루션의 용량성(capacitive) 인코더 각도 탐지 방법과 연관되어 기술될 것이다. 하나의 실시예에서, 탐지 기기는 측정될 제어 샤프트에 직접적으로 연결된다. 이 탐지 기기는, 그 기기의 전기적 출력이 가상으로 맞물려서(virtually geared) 점차적으로 증가하는 파형들을 가진 기결정된 주기적 출력을 제공하도록, 구성된다; 그 기기의 전기적 출력은 마치 1(unity)보다 더 큰( >1) 기어비를 만들어내도록 물리적으로 맞물린 기계 시스템에 등가적인 유효한 출력 패턴을 가진 톱니와 유사하다. 이 주요 기기 출력의 전기적 주기 또는 가상 기어링은 주요 샤프트에 연결되고 그 주요 샤프트와 연관되어 회전하는 제2 탐지 시스템의 기계적 주기 또는 기어링과 대응하도록 선택된다 (도 2 참조). 제2 탐지 시스템의 기계적인 기어링은 제2 회전 몸체의 기계적인 기어비가 주요 탐지기의 유효한 전기적 기어비보다 약간 낮도록 구성된다 -- 예를 들면, 주요 가상 전기적 기어비 = 4:1 및 보조 기계적 기어 비=3.8:1 -- 이는 실제로 전기적으로 더 느리게 움직이는 더 작은 보조 기어를 유효하게 만들어낸다 (도 3 참조). 계산 제어 시스템, 예컨대 마이크로콘트롤러를 사용하여, (주요하게 가상으로 맞물리고 보조로 기계적으로 맞물려진) 2개의 포지션 신호들은 상이한 유효 회전 속도들로부터 기인하는 두 신호들 간의 변화하는 각도 위상차를 추출하고 활용하도록 결합된다 (도 4 참조). 그 차이는 360도보다 더 큰 움직임들을 포함하여 설계 시스템의 전체 범위에 대하여 유일한 값들을 갖는 연속이고 선형적으로 증가하거나 또는 감소하는 신호(기울기 극성(slope polarity)은 회전 방향에 의해 결정됨)를 만들어내도록 스케일링되고 논리적으로 처리될 수 있다 (도 4 및 도 5 참조).

도 7에 기술된 바와 같이, 용량성 인코더 탐지 기기의 경우에, 0도 부터 360도까지의 회전에 관한 이진 등가(binary equivalent)를 나타내는 동축 환상 코드 패턴(coaxial annular code pattern)이 1보다 큰 유효한 전기적 기어링이 달성되도록 적절한 각도 범위로 압축되고 주요 측정 샤프트의 원주 주위로 반복될 수 있다. 용량성 인코더에서, 이 패턴은 전통적인 인쇄 회로 보드 패턴화 기술을 이용하여 구성되고, 전형적으로 회전 몸체의 회전 포인트를 나타내는 축 중심의 일련의 동축 환상 라인 세그먼트들(coaxial annular line segments)을 포함한다. 그 패턴화된 기판은 회전 샤프트에 관하여 고정되고 정지해 있다. 이들 동축 환상 패턴들 또는 "트랙들"(tracks)은 측정 시스템에서 바라는 이진 레졸루션(binary resolution)에 기초하여 방사상으로 진행하여(radial progression) 반복된다. 각 동축 요소 또는 트랙을 구성하는 환상 라인 세그먼트들의 개수 및 길이는 사용되는 코드 시스템 - 전형적으로 그 트랙에 의해 표현되는 비트 포지션(bit position) 및 그레이 코드(Gray code) - 에 의해 결정된다. 공유 재산인 미국 특허 번호 7,119,718, 7,123,027 및 7,138,807은 본 출원의 다양한 측면들을 구현하기 위해 사용될 수 있는 다양한 용량성-기반 회전 센싱 기술들, 방법들, 기기들 및 시스템들에 관한 추가적인 설명을 제공하고; 그리고 이로써 참조함에 의해 그 전체로 각각 통합된다. 도 7의 예에서, 3 비트 그레이 코드 인코더는, 각각 MSB(Most Significant Bit), MSB-1, 및 LSB(Least Significant Bit)를 나타내는, 3개의 동축 환상 트랙들을 포함한다. 그 그레이 코드 시퀀스는 MSB 및 MSB-1 비트 트랙들에 대한 2개의 180도 환상 링(ring) 세그먼트들 및 LSB 트랙에 대한 4개의 90도 환상 링 세그먼트들을 만들어낸다. 추가적으로 도 10은 아래에서 더 상세히 기술될 것으로서 이 지대 패턴(tract pattern)을 도해한다.

용량성 인코더 기반 시스템에서, 코드 패턴은 각 코드 트랙에 대해 반대 극성의 일련의 동시적 펄스 쌍들을 연속적으로 제공함으로써 전기적으로 문의된다(electrically interrogated). 각 트랙 펄스 이벤트 내에서, 반대 극성 신호들은 교번하는(alternating) 또는 인터리빙된(interleaved) 패턴으로 비트 트랙 내 이웃 세그먼트들에 동시에 적용된다. 일반적으로 LSB 환상 범위와 거의 동일한 등가적 폭 및 그 코드 트랙들에 의해 커버된 반지름방향 거리와 같은 길이를 가진 형상의 직사각형인 금속성 픽업 요소가, 그 코드 패턴으로부터 고정된 축상 거리에 위치한다. 그 픽업은 그것의 길이 차원이 회전 측정 몸체의 축으로부터 나오는 방사선(ray) 상에 있고 동축 비트 트랙들에 의해 커버된 전체 반지름방향 거리에 걸치도록 위치된다. 그 픽업은 정지한 인코더 패턴에 관한 그것의 각도 포지션이 그 회전 몸체와 연관되어 움직이도록 관심대상인 그 회전 몸체에 기계적으로 연결된다. 용량성 결합(coupling)은 그 인코더 패턴으로부터 그 픽업으로 일련의 펄스들을 전송한다. 그 픽업은, 인코더 기판 상의 매칭 패턴과 함께, 마이크로콘트롤러와 같은 정지 제어 시스템으로 그 펄스를 리턴하도록 용량성 결합을 사용하는 또 하나의 금속 패턴에 전기적으로 연결된다. 그 리턴되는 펄스들의 극성, 진폭 및 시퀀스는 그 정지 인코더 패턴에 관한 그 픽업의 회전 포지션의 고유 표현들이다. 그 정지 제어 시스템은 그 픽업 포지션 - 이는 측정 샤프트 포지션을 나타낸다 - 을 디코딩하도록 문의 펄스들(interrogation pulses)의 전달 및 수신을 조정한다 (도 8 참조).

그 측정 샤프트에 직접적으로 연결된 픽업에 의해 사용되는 3 비트 인코더 패턴은 고정된 회전 간격들로 일어나는 8개의 고유한 출력 상태들을 제공한다. 만약 그 패턴이 360도의 회전(그 픽업 요소의 하나의 완전한 회전)을 나타내도록 설계된다면; 이 패턴은 45도의 특유의 디지털 레졸루션(native digital resolution)을 제공한다. LSB 트랙의 세그먼트들은 인코더 레졸루션의 두 배와 같은 환상 범위를 가지고; 이 예에서는 90도이다. 만약 8번의 고유한 천이들이 단지 90도의 범위 상에서 정기적인 간격들로 일어나도록 그 3비트 패턴이 환상으로 압축되었다면, 유효한 인코더 레졸루션은 11.25도의 간격 탐지를 제공하도록 향상된다. 이 90도 세그먼트 패턴을 그 측정 샤프트의 원주 주위에서 4번 반복하는 것은 각각의 완전한 360도 회전에 대하여 4개의 전체 범위 바이너리 시퀀스들(0 내지 7)을 만들어낼 주기적인 3비트 시그널을 만들어낼 것이고, 따라서 어떠한 기계적 기어 콤포넌트들 또는 기술의 사용 없이도 4:1의 유효한 전기적 기어링을 만들어낸다. 도 10은 아래에서 더 기술될 바와 같은, 센싱 기기(60)를 위한 이 반복되는 트랙 페턴을 도해한 다.

탐지 시스템의 이 유효한 가상 기어링은, 회전 몸체에 부착된 광학적 인코더 디스크들 또는 회전 와이퍼들(wipers)에 의해 문의되는 전도성 잉크 패턴들과 같은, 인코딩 기술에 관한 등가적인 처리에 있어서의 다른 센싱 기술들로 이루어질 수 있다. 그 측정 샤프트에 직접적으로 연결된 자석의 사용(1:1 기계적 기어비), 및 주기적인 자기장이 생성되고 자기장 탐지기 - 예컨대 MR(magnetoresistive) 또는 홀효과(Hall effect) 센서에 의해 측정되는 사인파형으로 변하는 자기장을 만들어내는 주요 측정 샤프트 주위의 다중-극(multi-pole) 링 자석 - 에 의해 탐지되도록 주기적인 자극(magnetic pole) 패턴들의 생성을 통한 자기적 센싱 기술로써 등가의 전기적 기어링이 이루어질 수 있다.

그 용량성 인코더를 보조 회전 몸체로 확장하는 것은 2개의 기계적 기어들을 사용함으로써 이루어진다. 평기어는 1:1의 기어비를 가진 측정 샤프트에 직접적으로 연결되고, 이는 그 기어 원주 안쪽에 중심이 두어진 홀(hole) 내로 스티어링 샤프트를 끼워넣음으로써 스티어링 시스템에서 이루어진다. 보조 기어는 주요 기어와 연관되어 움직이기 위해 주요한, 샤프트 설치 기어(shaft mounted gear)와 맞물린다. 하나의 구성에서 이 보조 기어는 주요 기어보다 직경에 있어서 더 작아서, 전체 패키지 크기를 최소화한다. 그 직경 및 기어 구성은 주요 회전 몸체에 대한 보조 회전 몸체의 유효한 기계적 기어비가 주요 용량성 인코더 상에서 확립된 가상의 전기적 기어링보다 약간 더 작도록 선택된다. 보이는 예에서, 주요 기어의 전기적 기어비는 4:1이고 보조의 기계적 기어링은 대략 3.8:1이다. 보조 탐지기 시스템 인 코더 패턴은 전기적으로 압축되지 않고 각각의 기계적 360도 회전에 대하여 하나의 완전한 스케일 사이클(scale cycle)을 나타낸다. 제2 인코더 패턴의 회전은 주요 패턴과 등가이고 같은 수의 코드 트랙들을 포함한다. 제2 회전 몸체는, 주요 시스템처럼 인코더 픽업에 부착되고, 따라서 그 픽업은 주요 샤프트의 각각의 단일의 360도 기계적 회전에 대해 그 인코더 패턴 주위의 다수의 360도 기계적 회전들을 만들 것이다. 도 10 및 도 11은, 아래에서 더 기술될 바와 같은, 이런 방식으로 구조화된 보조 센싱 기기(80)의 예시를 제공한다.

단일의 인쇄 회로 보드 상의 양쪽 인코더 패턴들로서, 제조에 있어서의 높은 정확도 및 우수한 반복성으로, 짝지어진 조립 콤포넌트들, 프로세스들 또는 장기간 노화(낡음)로부터의 영향을 최소화하여, 원래의 회로 보드 사진석판 도구작업(photolithography tooling)에서 그들의 상대적 포지션을 고정하는, 양쪽 인코더 패턴들을 포함하는 것이 실제로 활용된다 (도 10 참조). 다시, 자기 기반 해결책으로의 확장이 보조 회전 몸체에 부착된 단일 자석으로 용이하게 구현된다. 이 자석 상에 찍힌 자기적 패턴은 주요 자석에 구현된 주기성에 의해 결정된 감소된 수의 회전 당 완전한 스케일 왕복운동들(excursions)을 생산하도록 적절히 구성될 것이다.

마이크로콘트롤러 기반 제어 시스템은 주요 및 보조 시스템들 간 유효한 기어 차분에 의해 생성되는 포지션 차분에 비례하여 증가하는 값에 의해 오프셋(offset)된 2개의 신호들을 나타내도록 주요 탐지기 및 보조 탐지기로부터의 포지션 정보를 디코딩하고 표준화한다(normalize). 이 차분은 선형적으로 증가하는 함수임이 발견되었다 (도 4 및 도 5). 이 차분 함수의 기울기는 실제 센서에서 이루어지는 기계적 그리고 전기적 기어링의 결합에 비례하고 그 실제 센서에서의 함수의 특성화(characterization)가 만들어진 후에 용이하게 스케일링된다 (도 6 참조). 단순한 상수 승수(constant multiplier)가 그 차분 값에 적용된다. 상대적으로 넓은 범위의 유효한 스케일 팩터들(scale factors)이 기계적 기어 시스템들에서 정상적인 편차들(variations)을 조절하도록 끌어내어질 수 있고, 따라서 제조에 있어서 견고한 시스템(robust systme)을 만들어낸다는 것이 발견되었다. 그 차분 함수는 때때로의 불연속 극성 변화들을 포함한다. 이들 극성 불연속들은 보정 상수(correction constant)의 추가로써 쉽게 보정된다. 전형적으로 360도의 추가는 이 불연속을 정확히 제거할 것이다 (도 4 및 도 5를 비교해 본다).

이 구성은 360도 회전 각도들보다 더 큰 전체 스케일 측정 범위를 가진 탐지 시스템을 제공한다. 용량성 인코더 구현 및 임의의 다른 디지털 기반 기술, 예컨대 포토-인터럽터(photo-interrupter) 기반 광학적 인코더들 또는 다중-극 자기적 인코더들에서, 탐지 기기 레졸루션 및 따라서 정확도는, 유효 기어비들에 더하여 주요 및 보조 인코더들의 특유의 디지털 레졸루션에 의해 결정된다. 모든 디지털 인코딩된 포지션 탐지 시스템들의 특유의 디지털 레졸루션은 이용가능한 설치 영역, 탐지 방법의 감도(sensitivity) 및 인코더 패턴 프로세스의 제조 성능들(manufacturing capabilities)에 의해 제한된다. 일반적으로 더 높은 레졸루션의 디지털 포지션 탐지는 향상된 신호대잡음(signal to noise) 성능 및 견고한 제조를 위해 더 큰 패턴들을 요구한다는 것이 일반적으로 받아들여진다. 결합된 전기적 및 기계적 기어링 및 신호 프로세싱의 사용을 통해, 회전 레졸루션(rotational resolution)은 각 인코더의 특유의 레졸루션 이상으로 향상된다. 제공된 예에서 (4:1인 주요 인코더의 전기적 기어링), 특유의 레졸루션은 인코더 감도의 증폭에 기인하여 특유의 3비트들로부터 5비트들로 증가된다.

스티어링 휠 센서의 경우에, 설치 영역은 제한되고, 주요 인코더 패턴의 특유의 디지털 레졸루션 증가를 통한 강화된 레졸루션은 원하는 바가 아니다; 왜냐하면 그것은 추가된 코드 트랙틀/비트들에 기인하여 주요 인코더의 직경을 증가시키거나, 그렇지 않으면 제한된 반지름방향 공간 내에 추가 코드 트랙들/비트들의 추가에 의해 전통적인 인쇄 회로 보드 제조 성능들을 기피할 것이기 때문이다. 게다가, 증가된 밀도를 위한 코드 트랙 기하형상들(geometries)의 축소는 모든 센싱 기술들에서의 신호대잡음 비들(signal to noise ratios)에 부정적으로 강한 영향을 줄 것이고, 신호 탐지에 있어서의 제한이, 제조상의 제한들이 잘되기 전에, 이루어질 수도 있다.

기술된 용량성 인코더 구성에서, 탐지 레졸루션은 인코더 패턴에 관하여 픽업의 이산(discrete) 바이너리 포지션을 결정하기 위해 사용되는 아날로그 신호 펄스들의 추가적인 프로세싱의 추가를 통해 강화될 수 있다. 기본적인 시스템 동작은, 그 트랙의 레졸루션에 의해 정의된 트랙 세그먼트에 대해, 논리적 "1" 또는 "0"의 픽업 포지션을 나타내는 것으로서 수신된 신호의 극성을 해석한다. 그래서, 여기에서 기술된 3비트 패턴의 경우에, LSB 트랙 상에서 탐지된 "1" 또는 "0"은 그 트랙을 포함하는 4개의 90도 세그먼트들 중 하나 내의 픽업 포지션을 나타낸다. 다 른 비트들과 결합될 때, 위치는 알려진 절대적 45도 세그먼트 내로 결정될 수 있다. 언급된 바와 같이, 극성 정보 - 이는 용이하게 바이너리 상태로서 구별된다 - 에 더하여, 수신된 펄스의 진폭은 그 트랙 세그먼트 내에 상대적인 픽업 포지션을 나타내고, 특유의 디지털 포지션관련 정보에 추가될 수 있는 LSB 레졸루션 범위 내에 정확한 포지션을 보간(interpolate)하도록 프로세싱될 수 있어서, 더 큰 레졸루션을 제공한다. 실제 환경들에서, 레졸루션은, 전형적으로 마이크로콘트롤러에 포함된 아날로그디지털(analog to digital) 컨버터들에 의존하는, 탐지 제어 시스템에 포함된 아날로그 측정 성능에 의해 제한된다.

인코더 기술들의 바이너리 구현에 있어서 그러한 것처럼, 아날로그 보간 방법은 또한 인코더 트랙 요소들의 크기에 의해 강한 영향을 받는다. 가장 정교한 레졸루션은 LSB 요소에 의해 생성되는 아날로그 신호 값들을 이용함으로써 달성된다. LSB 세그먼트들을 사용함에 있어서, 마이크로콘트롤러의 아날로그 측정 레졸루션은 가장 작은 상대적 포지션 범위에 대해 적용된다. 그러나, 최소의 각도 범위 및 따라서 최소의 물리적 크기를 가진 LSB 요소들은, 또한 최소의 신호대잡음 성능을 만들어낸다. 게다가 LSB의 작은 크기는 수신된 전압 진폭 및 픽업 포지션 간의 선형 관계를 일반적으로 강등시키는(degrade) 비이상적인 신호 상호작용들을 일으키게 한다. 이들 비이상적 반응들은 룩업 테이블(look-up table) 또는 다른 수학적인 연산들을 통해 마이크로콘트롤러에서 조절될 수 있다. 그러나, 특유의 디지털 레졸루션이 7 또는 8비트들 정도로 높은 많은 적용예들에 있어서, 비선형적 가동에 의해 발생되는 오차들은 LSB 탐지 범위로부터 유래되어진 추가적인 4 또는 5 비트의 레 줄루션과 비교될 때 유의미한 것은 아니고, 그래서 단순한 선형 관계가 가정될 수 있다.

어떤 스티어링 휠 적용예들에 있어서, 제한된 설치 공간은 실제적으로 주요 전기용량성(capacitance-based) 인코더를 3 또는 4비트들의 레졸루션으로 제한한다. 기술된 바와 같이, 기어링 메커니즘들과 결합될 때의 3비트 특유 인코더는 특유의 5비트 레졸루션 또는 11.25도를 도출할 것이다. 대조적으로, 어떤 적용예들에서는 12비트들의 레졸루션은 일반적으로 스티어링 제어 시스템들에서 보여진다. 이 더 높은 레졸루션을 달성하기 위하여 추가적인 7비트의 정보가 아날로그 신호들의 보간으로 인해 요망된다. 이러한 고도의 구별에 대한 목표는 종종 간결하게 구성된 인코더 패턴의 작은 기하형상들 및 각도 픽업 포지션에 관하여 아날로그 신호들의 비선형 특성들 양쪽 모두에 의해 부정적으로 강한 영향을 받는다.

최소의 특유 디지털 인코더 패턴 레졸루션과 함께 아날로그 보간 성능을 향상시키기 위해, 아날로그 응답의 비선형 부분들을 구별하고 그리고 향상된 선형 특성들을 가진 대체 등가 신호들을 대용하는 것과 동시에 더 견고한 패턴 요소들의 사용을 가능하게 하는 고유한 인코더 패턴이 활용된다. 그 새로운 인코더 패턴은 잠재적으로 하나의 코드 트랙의 추가를 포함하지만; 그러나, 이 추가는 아래에서 더 설명되는 바와 같이 항상 필요하지는 않을 수도 있다. 이러한 개선에 있어서, 잠재적으로 추가되는 코드 트랙은 이전에 기술되었던 특유의 인코더 코드 트랙들 중 하나에 대해 동일한 환상 코드 세그먼트 기하형상들을 가지지만, 그 선택된 트랙을 포함하는 요소들의 각도 범위의 절반만큼 원래의 특유 인코더 트랙에 관하여 각도상으로 회전된다. 여기에서 나타나는 예에서, LSB+1 트랙이 보간 트랙으로서 선택되었다. 3비트 예에서, 180도의 환상 세그먼트들을 가진 Bit 1(LSB+1) 트랙은, 원래 트랙에 관하여 각도상으로 90도 회전되고 Bit 1S로 표현되는 추가적인 트랙으로 복제된다. 보간 계산들을 위해 사용되는 아날로그 신호들은 이제 LSB의 크기의 2배인 Bit 1 크기에 기반하고; 이는 비가공된(raw) 신호 측정의 신호대잡음 성능에 있어서 직접적으로 비례하는 향상을 가져온다. 아날로그 신호에 있어서 가장 중요한(significant) 비선형 행동은, 픽업이 코드 세그먼트(code segment)의 중심에 도달하고 지나갈 때 일어나는, 주기적 신호의 피크 레벨들(peak levels) 근처에서 일어난다는 것이 확인되었다. 그 픽업이 이웃 세그먼트들에 도달하고 그것들을 지나갈 때 일어나는 극성들 간 천이(transition)를 나타내는 부분들은 전형적으로 거의 선형이다. 2개의 동일한 트랙들을 회전상 오프셋함으로써, 선형 부분은 항상 어느 한 쪽의 트랙으로부터의 보간에 이용가능하다. 어느 트랙을 사용할지에 대한 선택은, 보간 비트(Bit 1), 이동된 보간 비트(Bit 1S), 및 다음의 저차(lower order) 비트(이 예에서는, Bit 0 또는 LSB)에 의해 표현되는 픽업 인코더 포지션의 논리적 값들에 기반한 진리치표(truth table)에 의해 이루어진다. 표준의 마이크로콘트롤러들 내에서 10비트 아날로그디지털 컨버터들을 발견하는 것은 일반적이다. 여기에서 기술된 3비트 예에서, 7비트 값이 원래의 10비트 수신 아날로그 신호들로부터 유래될 것이 요구된다. 요구되는 레졸루션의 신뢰할만한 추출이 용이하게 달성된다. 도 9를 참조해 보기를 바란다.

3비트 그레이 코드로써 이 방법을 사용하는 것의 고유한 결과는 MSB는 이미 MSB+1과 등가이고 코드 세그먼트의 각도 거리의 절반만큼 오프셋된다는 것이다. 이러한 특정한 경우, 상기에서 기술된 더 일반적인 경우에서의 추가적인 1S 링은 요구되지 않고, MSB 링 값들이 사용될 수 있다. 2개의 인코더 패턴들 및 기술된 보간 방법을 이용하여, 높은 레졸루션의 각 탐지 시스템이 최소의 기계적 콤포넌트들 및 감소된 전자적 복잡성을 가지고 만들어질 수 있다. 보여진 예에서, 12비트 레졸루션을 가진 탐지 시스템은 2개의 3비트 인코더들의 전기적 문의(electrical interrogation)로써 달성될 수 있고, 따라서 2개의 상대적으로 단순하고 정밀하지 않은 탐지기 시스템들로부터 아주 바람직한 결과를 나타낸다.

다음으로, 추가적으로 기술되는 실시예들은 도면들에서 도해되는 다양한 측면들 및 특징들을 참조 번호들로써 가리키며 기술된다. 도 2는 집합적으로 다수턴 회전 포지션 센싱 시스템(50)을 제공하는 주요 회전 몸체(30) 및 보조 회전 몸체(40)를 구비한 차량(22)을 포함하는 시스템(20)을 다이어그램으로 도해한다. 몸체들(30, 40)의 각각은 서로 다른 몸체의 회전에 응하여 회전한다. 부가적으로 도 11에 관하여 언급한다면, 주요 회전 몸체(30)가 차량(22)의 스티어링 메커니즘을 위한 스티어링 샤프트(32)의 형태로 더 보여지고 있다. 스티어링 샤프트(32)에 고정되어 그와 함께 회전하는 것으로 샤프트(32)의 원주 주위에 배치된 평기어(152)가 있어서, 샤프트(32)는 그것을 통하여 확장된다. 평기어(32)는 원주주변의 반지름방향 이(tooth)들(154)을 포함한다. 몸체(30), 샤프트(32) 및 기어(152)의 공통 회전 축(R1)은 회전 축(R1)이 도 11의 도면 평면에 수직임을 나타내기 위해 십자선으로 가리켜진다. 또한 보조 회전 몸체(40)는 원주주변의 반지름방향 이들(164)을 가진 평기어(162)의 형태로 보여진다. 기어(162)는 이(154, 164)를 가지고 형성되는 기어 맞물림(160)을 통해 기어(152)와 함께 턴하도록 기계적으로 연결된다. 기어(162)는 그것이 또한 도 11의 도면 평면에 수직임을 나타내기 위해 십저선으로 가리켜지는 회전 축(R2)을 구비한다.

또한 도 7 및 도 10을 참조하면, 시스템(50)은 회전 포지션 센싱 기기(60) 및 회전 포지션 센싱 기기(80)를 포함한다. 신호 프로세싱 회로(100)는 이후부분들에서 더 기술되는 기기들(60, 80)에 동작가능하게 연결된다. 센싱 기기(60)는 센싱 트랙들(63) - 구체적으로, 이전에 기술된 3개의 트랙들 - 의 대체로 동심의(concentric) 전극 트랙 패턴(62)을 정의하는 면(face, 61)을 포함한다. 트랙들(63)은 바이너리 그레이 코드 포맷으로 제공되는 교번하는 TRUE(T) 및 COMPLEMENT(C)의 전기적으로 전도성의, 아치형의 전극 세그먼트들(70)로 이루어진다 (단지 몇 개만이 참조 번호들로써 라벨링되고 T 및 C 지정들은 명쾌함을 위해 보여지지 않는다). 면(61) 상에서의 외부의, 전기적으로 전도성을 갖는 픽업 수신기 링(66)은 트랙들(63)의 주위를 둘러싼다. 링(66)은 면(61) 상에서 전기적으로 접지된 보호 링들(guard rings; 69a, 69b) 사이에 배치된다. 트랙들(63)은 4번 반복되는 트랙 패턴(78)에서 제공된다 - 비록 기계적 턴 비는 1:1(단위비)임에도 불구하고, 몸체(30) 및 샤프트(32)에 대하여 4:1의 가상 턴 비를 전기적으로 제공하기 위해 각각의 4분 섹터(Q1, Q2, Q3, Q4)에 대하여 한 번씩이고, 이는 이하내용들에서 더 기술된다.

반대 트랙들(63)은 거기를 거쳐 확장하기 위해 도 10 및 도 11에서 점선으로 보여지는 픽업(68)이다. 픽업(68)은 서로의 사이에 공기 갭(air gap)을 가진 면(61)의 맞은 편에 위치한 도 10 및 도 11에서 점선으로 그려진 것과 모순없이 형성된 전기적 도체를 구비한다. 이 형상은 가장 바깥쪽의 LSB 트랙(72)의 각 세그먼트(70)의 호 범위(arc span) 및 가장 안쪽의 MSB트랙(76) 및 중간 트랙(74)의 호 범위에 대응한다 (LSB+1 = MSB-1). 전기적으로 전도성의 코드 픽업 링(64)은 도 7에서 도식적으로 라벨링되고 도 10 및 도 11에서 보여지지는 않는다. 픽업 링(64)은 픽업(68)의 전기적 도체와 전기적으로 연속하고(electrical continuity) 그리고 반대편 링(66)이 위치하여, 반대편 링(66)은 그들 사이의 공기 갭을 가지며 픽업 링(64)을 겹친다(overlap). 픽업(68)은 샤프트(32) 및 기어(152)에 고정되어서 회전 축(R1)에 대하여 그들과 함께 일제히 턴한다.

센싱 기기(80)는 센싱 트랙들(83)로 되어 있는 대체적으로 동심의, 전극 트랙 패턴(82)을 정의하는 면(81)을 포함한다. 트랙들(83)은, 이전에 기술된 바와 같이 바이너리 그레이 코드에서 제공되는, 교번하는 TRUE(T) 및 COMPLEMENT(C)를 가지는 전기적으로 전도성의, 아치형의 전극 세그먼트들(90)로 이루어진다 (명쾌함을 위해 단지 몇 개만이 참조 번호들에 의해 라벨링된다). 명쾌함을 위해 트랙들(63)에 관한 같은 라벨링을 금지하는 동시에 트랙들(83)은 T 및 C 지정자(designator)들로 상응하게 라벨링된다. 면(81) 상의 외부의 전기적으로 전도성의 픽업 수신기 링(86)은 트랙들(83)의 주위를 둘러싼다. 링(86)은 면(81) 상의 전기적으로 접지된 보호 링들(89a, 89b) 사이에 배치된다. 트랙들(83)의 패턴은 면(61)의 압축된 트랙 패턴들(78)과 관련하여 기술된 바와 같이 반복되지 않는다.

반대 트랙들(83)은 거기를 거쳐 확장하기 위해 도 10 및 도 11에서 점선으로 보여지는 픽업(88)이다. 픽업(88)은 서로의 사이의 공기 갭을 가진 면(81)의 맞은 편에 위치한 도 10 및 도 11에서 점선으로 그려진 것과 모순없이 형성된 전기적 도체를 구비한다. 이 형상은 가장 바깥쪽의 LSB 트랙(92)의 각 세그먼트(90)의 호 범위 및 가장 안쪽의 MSB트랙(96) 및 중간 트랙(94)의 호 범위에 대응한다 (LSB+1 = MSB-1). 전기적으로 전도성의 코드 픽업 링(84)은 도 9에서 도식적으로 라벨링되고 또한 도 12에서도 보여진다. 픽업 링(84)은 픽업(88)의 전기적 도체와 전기적으로 연속하고(electrical continuity) 그리고 반대편 링(86)이 위치하여, 반대편 링(86)은 그들 사이의 공기 갭을 가지며 픽업 링(84)을 겹친다. 도 12는 픽업(88)이 면(81)의 맞은 편에 위치하기 위한 패턴에 관한 하나의 비제한적인 예를 묘사하고 있다. 픽업(88) 및 링(84)은 표준의 사진석판 기술들을 사용하여 하나의 형태로 인쇄 배선 보드로서 준비될 수 있는 환상 기판(85) 상에서 지니고 있는 연속적인 전기적 전도성 패턴으로서 제공된다. 픽업(68) 및 링(64)은 유사한 방식으로 준비될 수 있다 (미도시); 그러나, 다른 실시예들에서 이러한 특징들은 상이한 형태들, 구성들, 구조들 및/또는 장치들로 제공될 수 있다. 픽업(88)은 기어(162)에 고정되어 함께 일제히 회전 축(R2) 주위로 턴한다.

도 10에서 보여지는 바와 같이, 기판(150)은 기기들(60, 80)의 페이스들(61, 81)을 각각 정의하고 또한 회로(100)를 지닌다. 묘사된 비제한적인 형태에서, 기판은 샤프트(32)가 뻗어 통과하는 개구(aperture, 154)를 정의하는 인쇄 배선 보드(152)로서 준비된다. 보드(152)는 표준의 사진석판 기술들을 사용하여 준비될 수 있다.

도 7에서 묘사된 바와 같이, 프로세싱 회로(100)는 아날로그 픽업 증폭기(102), 마이크로콘트롤러(110), 콘트롤러 영역 네트워크(Controller Area Network; CAN) 버스 인터페이스에 관한 비제한적인 형태의 컴퓨터 네트워크 인터페이스(120), 및 디지털 신호 처리 회로(140)를 포함한다. 회로(100)의 어떤 또는 모든 부분은 다른 실시예들에서 기판(150)을 통해 지니게 되지 않을 수도 있다는 것이 인식되어야 할 것이다. 픽업 증폭기는 센싱 기기들(60, 80)의 픽업들(68, 88)로부터 신호들을 수신하고 대응되는 증폭된 신호들을 마이크로콘트롤러(110)로 송신한다.

증폭기(102)는 픽업 신호들 양쪽 모두를 조절하기 위한 다수의 채널들을 포함할 수도 있고 동시에 그리고/또는 기기들(60, 80)에 문의하기 위해 사용되는 타이밍 시퀀스들에 따라 상이한 픽업 신호들 간에 시간공유될(time-shared) 수도 있다. 마이크로콘트롤러(110)는 이하내용들에서 기술되는 방식으로 수행되는 동작 로직(120) 및 다양한 회로들을 포함한다. 로직(120)은 소프트웨어 프로그래밍, 펌웨어 프로그래밍, 하드웨어 또는 이들의 조합에 의해 정의될 수도 있다. 마찬가지로, 신호 프로세싱 회로(140)는 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 하드웨어 형태의 상응하는 동작 로직에 따라 기능할 수도 있다 (미도시). 마이크로콘트롤러(110)는 증폭기(102)로부터 수신된 입력 신호들을 홀드(hold)하고 시간-기반 콘트롤러 회로(126)에 의해 조정되는 원하는 시간 길이 동안 그 입력값을 유지할 능력을 제공하는 트랙 및 홀드 회로(track and hold circuit, 122)를 포함함으로써 아날로그디 지털(A/D) 컨버터(124)는 아날로그 입력 신호 레벨을 대표적인 디지털 형태로 변환할 수 있다. 마이크로콘트롤러(110)는 기정의된 프로토콜에 따라 A/D 컨버터(124)로부터의 디지털 데이터를 전송하는 네트워크 출력 신호 시퀀서(sequencer, 128)를 포함한다.

마이크로프로세서(110)는 또한 각 세그먼트(70, 90)에 대한 T/C(TRUE/COMPLIMENT) 그레이 코드 지정들에 따라 각각 트랙들(63, 73)에게 펄스들의 기정의된 시퀀스를 제공하는 코드 펄스 생성기(code pulse generator(gen), 112)를 포함한다. 동작 동안, 픽업(68)은 회전 축(R1)에 대하여 샤프트(32)와 함께 회전하고 기어들(152, 162)의 맞물림(160)을 통하여, 픽업(88)은 응답으로 회전 축(R2)에 대하여 턴한다는 것이 인식되어야 할 것이다. 따라서, 픽업들(68, 88)은 이러한 회전에 따라 각각, 트랙들(63, 83) 상에서 이동한다.

센싱 기기들(60, 80)은 용량성 탐지에 기반하여 비접촉 회전 포지션 인코더들로서 구성된다. 생성기(112)로부터 반대 극성의 시간-기반 펄스 쌍들의 시퀀스를 트랙들의(63, 83)의 각각에 각각 적용시킴으로써, 전기적 문의가 수행된다. 이들 반대되는 펄스 쌍들은, 이 문서 앞 부분에서 기술되었고 공유 재산인 미국 특허 번호 7,119,718, 7,123,027 및 7,138,807(이들은 참조에 의해 앞에서 통합되었음)에서 추가적으로 기술된 교번하는/인터리빙된 패턴으로, 주어진 비트 트랙(72, 74, 또는 76, 및 92, 94, 또는 96) 내에 이웃하는 세그먼트들(70, 90)에 대해 동시에 제공된다. 시스템(50)에 있어서, 도 8의 신호/타이밍 다이어그램은 문의 시퀀스를 도해한다.

문의 동안, 픽업들(68, 88)은, 기기(60)용 링들(64, 66) 및 기기(80)용 링들(84, 86)을 통한 용량성 결합(capacitively coupling)을 거쳐 증폭기(102)로 대응하는 전기적 신호들을 전하기 위해 트랙들(63, 73)과 용량성으로 결합한다. 픽업들(68, 88)로부터의 리턴된 펄스들의 극성, 진폭 및 시퀀스는 각각의 트랙 패턴들(62, 82)에 관하여 픽업들(68, 88)의 회전 포지션에 대한 고유한 표현들이다. 시스템(50)의 회로(100)는 각 기기(60, 80)에 대한 픽업 포지션을 디코딩하기 위해 문의 펄스들의 전달 및 수신을 조정하고, 여기서 그 픽업 포지션은 샤프트(32)의 포지션에 관한 회전 측정을 나타낸다.

기기(80)에 있어서, 패턴(82)은 45도의 특유 디지털 레졸루션을 제공한다. LSB 트랙(92)의 세그먼트들(90)은 인코더 레졸루션의 두 배와 같은 환상 범위를 가진다; 이 예에서는 90도임. 기기(60)의 패턴(62)에 있어서의 3비트 패턴의 환상 압축의 경우에, 8번의 고유한 천이들이 단지 90도의 범위 상에서 일정한 간격들로 일어나도록, 유효 인코더 레졸루션은 11.25도의 간격 탐지를 제공하게끔 향상된다. 도 10에서 보여지는 것과 같은 측정 샤프트(32)의 원주 주위로 결과적인 패턴(78)을 4번 반복하는 경우, 주기적인 3비트 신호는 각각의 완전한 360도 회전에 대하여 4개 전체-범위 바이너리 시퀀스들(0 내지 7 (10진법))을 일으키게 한다 -- 따라서 어떠한 기계적인 기어 콤포넌트들 또는 기술의 사용 없이도 4:1의 가상 턴 비 또는 유효한 전기적 기어링을 일으킨다.

하나의 구성에 있어서, 전체 패키지 사이즈를 최소화하기 위해서 기어(162)는 기어(152)보다 직경에 있어서 더 작다. 직경 및 기어 구성은, 주요 회전 몸 체(30)에 대한 보조 회전 몸체(40)의 유효한 기계적 기어 비가 주요 센싱 기기(60) 상에서 확립된 가상의 전기적 기어링보다 약간 더 작도록, 선택된다. 하나의 비제한적인 예에서, 주요 몸체(30)에 대한 가상 턴/기어 비(전자적으로 달성됨)는 (비록 그것의 기계적 턴 비가 1:1 즉 1이더라도) 4:1이고, 보조 기계적 턴/기어 비는 근사적으로 3.8:1이다. 보조 센싱 기기(80)는 전기적으로 압축되지 않고 그리고 묘사된 실시예에 있어서 기어(162)에 관한 각각의 360의 기계적 각도에 대하여 하나의 완전한 스케일 사이클을 나타낸다. 또한, 기어(162)에 관한 3.8:1의 기계적 턴 비를 가진 이 실시예에 있어서, 픽업(88)은 샤프트(32), 기어(152) 및 픽업(68)의 각각의 단일한 360도의 기계적 회전에 대하여 인코더 패턴 주위에 다수의 360의 기계적 회전들을 만든다.

마이크로콘트롤러(110) 및/또는 디지털 신호 처리 회로(140)는 기기들(60, 80)로부터의 포지션 정보를 디코딩하고 표준화하여서, 기어들(152, 162) 간의 유효 턴/기어 비 차분만큼 발생된 포지션 차분에 비례하는 증가 값만큼 오프셋되는 두 개의 회전 포지션 신호들을 나타낸다. 이 차분은 선형적으로 증가하는 함수임이 확인되었다 (도 4 및 도 5 참조). 그 차분 함수는 보정 상수(correction constant)의 추가로써 보정될 수 있는 때때로의 불연속한 극성 변화들을 포함할 수도 있다. 전형적으로 360도의 추가는 정확히 이 불연속성을 제거할 것이다 (도 4 및 도 5 비교). 이 차분 함수의 기울기는 시스템(50)을 통해 달성되는 기계적 및 전기적 기어링의 조합에 비례하고 도 6에 묘사된 바와 같은 함수의 특성화 후에 스케일링될 수 있다. 상대적으로 넓은 범위의 유효 스케일 팩터들은 기계적 기어 시스템들에서의 정상적인 편차들을 조절하도록 유도될 수 있다는 것이 확인되었다.

시스템(50)은 360 회전 각도보다 더 큰 충분한 스케일 측정 범위를 제공하고 사실 샤프트(32)의 다수의 완전한 턴들 또는 회전들 - 특히 4번의 이러한 턴들은 시스템(50)을 통하여 정량화될 수 있다(quantified) - 을 탐지한다. 시스템(50) 구현에 있어서, 조합된 전기적 및 기계적 기어링 그리고 신호 프로세싱을 사용하는 것은, 각 센싱 기기(60, 80) 단독의 특유 레졸루션 이상으로 회전 레졸루션을 향상시켜서, 레졸루션은 특유의 3 비트들로부터 5 비트들로 증가된다. 이전에 기술되었던 것과 같이, 주어진 트랙 세그먼트에 관하여 픽업 포지션을 더 정확히 결정하는 아날로그 신호의 보간에 의해 추가적인 레졸루션 향상이 시도될 수 있다. 구체적으로, 이산 바이너리 표현으로 구별되는 극성 정보에 더하여, 수신된 펄스의 진폭은 그 트랙 세그먼트 내 상대적인 픽업 위치를 나타내고 특유 디지털 포지션 정보에 추가하기 위해 LSB 레졸루션 범위 내에 정확한 포지션을 보간하도록 프로세싱될 수 있고, 따라서 더 큰 레졸루션을 제공한다. 가장 정교한 레졸루션은 LSB 트랙 세그먼트에 관해 생성된 아날로그 신호값들(트랙들(72, 92)의 아날로그 신호값들)을 사용함으로써 이루어질 수 있다; 그러나, 아날로그 측정 레졸루션은 LSB 세그먼트에 있어서 가장 작은 상대적인 포지션 범위 상에서 적용되고 이러한 세그먼트들의 작은 크기에 기인하여, 가장 열등한 신호대잡음 성능을 만들어내는 경향이 있다. 어떤 적용예들(어떤 스티어링 메커니즘 적용예들 포함)에서, 제한된 설치 공간은 실제적으로 주요 전기용량성 인코더를 3 또는 4비트의 레졸루션으로 제한한다. 기술된 바와 같이, 기기들(60, 80)의 3비트 특유 인코딩은, 기어링 메커니즘들과 결합 될 때, 시스템(50)을 위해 특유의 5 비트 레졸루션 또는 11.25도를 만들어낼 것이다. 동시에, 이들 적용예들은 12비트들의 레졸루션을 시도할 수도 있다. 이 더 높은 레졸루션을 달성하기 위하여, 추가적인 7비트의 정보가 아날로그 신호들의 보간으로부터 요망된다.

최소의 특유 디지털 인코더 패턴 레졸루션과 함께 아날로그 보간 성능을 향상시키기 위해, 아날로그 응답의 비선형 부분들을 구별하고 그리고 향상된 선형 특성들을 가진 대체 등가 신호들을 대용하는 것과 동시에 더 견고한 패턴 요소들의 사용을 가능하게 하는 고유한 인코더 패턴이 활용된다. 그 새로운 인코더 패턴은 잠재적으로 하나의 코드 트랙의 추가를 포함하지만; 그러나, 이 추가는 아래에서 더 설명되는 바와 같이 항상 필요하지는 않을 수도 있다. 이러한 개선에 있어서, 코드 트랙은 이전에 기술되었던 특유의 인코더 코드 트랙들 중 하나에 대해 동일한 환상 코드 세그먼트 기하형상들을 가지지만, 그 선택된 트랙을 포함하는 요소들의 각도 범위의 절반만큼 원래의 특유 인코더 트랙에 관하여 각도상으로 회전된다. 이 트랙은 특유 패턴에 고유하게 내재하는(intrinsic) 것일 수도 또는 아닐 수도 있다. 여기에서 나타나는 예에서, LSB+1 트랙이 보간 트랙으로서 선택되었다. 3비트 예에서, 180도의 환상 세그먼트들을 가진 Bit 1(LSB+1) 트랙은, 원래 트랙에 관하여 각도상으로 90도 회전되고 Bit 1S로 표현되는 추가적인 트랙으로 복제된다. 보간 계산들을 위해 사용되는 아날로그 신호들은 이제 LSB의 크기의 2배인 Bit 1 크기에 기반하고; 이는 비가공된 신호 측정의 신호대잡음 성능에 있어서 직접적으로 비례하는 향상을 가져온다. 아날로그 신호에 있어서 가장 중요한 비선형 행동은, 픽업이 코드 세그먼트의 중심에 도달하고 지나갈 때 일어나는, 주기적 신호의 피크 레벨들 근처에서 일어난다는 것이 확인되었다. 그 픽업이 이웃 세그먼트들에 도달하고 그것들을 지나갈 때 일어나는 극성들 간 천이를 나타내는 부분들은 전형적으로 거의 선형이다. 2개의 동일한 트랙들을 회전상 오프셋함으로써, 선형 부분은 항상 어느 한 쪽의 트랙으로부터의 보간에 이용가능하다. 어느 트랙을 사용할지에 대한 선택은, 보간 비트(Bit 1), 이동된 보간 비트(Bit 1S), 및 다음의 저차 비트(이 예에서는, Bit 0 또는 LSB)에 의해 표현되는 픽업 인코더 포지션의 논리적 값들에 기반한 진리치표에 의해 이루어진다. 여기에서 기술된 3비트 예에서, 7비트 값이, A/D 컨버터(124)에 의해 변환되는 아날로그 신호들에 관해 수신된 원래 10비트들로부터 유래될 것이 요구된다. 도 9는 이 보간 개선예에 대응하는 신호/타이밍 다이어그램을 제공한다.

시스템(50)의 3비트 그레이 코드를 통한 이러한 보간을 사용하는 것의 결과는 MSB는 이미 MSB+1과 등가이고 코드 세그먼트의 각도 거리의 절반만큼 오프셋된다는 것이다. 이러한 특정한 경우, 요구되는 링들은 이미 그 패턴에 내재적이기 때문에, 상기에서 기술된 더 일반적인 경우에서의 추가적인 1S 링은 요구되지 않고, 특유 트랙들이 추가 없이 이용될 수 있다. 2개의 패턴들(62, 82) 및 기술된 보간 기술을 이용하여, 높은 레졸루션의 각 탐지 시스템이 도출되어서, 시스템(50)은 2개의 3-비트 기기들의 전기적 문의를 가지는 12비트 레졸루션 출력 신호 레졸루션을 제공할 수 있다.

본 출원의 많은 다른 실시예들이 상상되어진다. 예를 들면, 다른 실시예들에 서는 더 회전하는 몸체들이 상응하는 센싱 기기들과 함께 활용되어서 상이한 센싱 레졸루션을 제공할 수도 있다. 또 다른 예들에서, 맞물린 기어들과 다른 기계적 결합에 의해 상이한 턴 비들이 제공될 수도 있다. 추가적인 예에서, 광학적, 자기적, 또는 전기용량과 다른 상이한 특성 및 이들의 조합이 활용되어 본 출원에 따른 회전 포지션 센싱 및 인코딩을 제공할 수도 있다. 더욱이, 마이크로프로세서(110) 및/또는 회로(140)는 신호/데이터 프로세싱 작업들, 방법들, 기술들, 제어들, 및 이 문서에서 기술된 다른 기능들을 공유할 수 있거나 또는 어느 하나는 상응하는 동작 로직의 실행을 통해 특정한 적용예를 위해 요망되는 모든 동작들을 수행할 수 있다는 것이 인식되어야 할 것이다. 실제로, 다른 실시예들에서 어느 하나는 다른 것에 의해 대체되고 그리고/또는 다른 프로세서들, 콘트롤러들 또는 그와 동종의 것들이 대신에 또는 부가적으로 활용된다.

본 출원의 추가적인 실시예에 관한 또 하나의 예는 다음을 포함한다: 몸체의 회전을 나타내는 하나 이상의 제1 기기 신호들을 제공하도록, 상기 몸체에 고정된 제1 센싱 기기의 적어도 일부와 함께 상기 몸체를 회전시켜서 상기 몸체와 상기 제1 센싱 기기의 적어도 일부를 함께 턴시키는 것; 상기 몸체의 회전에 응답하여, 상기 몸체 회전을 나타내는 하나 이상의 제2 기기 신호들을 제공하도록 상기 몸체에 관하여 기계적 턴 비를 가진 제2 센싱 기기의 적어도 일부를 턴시키는 것; 1보다 더 큰 가상 턴 비로써 상기 몸체에 관하여 상기 제1 센싱 기기의 상기 일부의 회전을 나타내는 것; 및 원하는 각도 범위 상에서 상기 몸체의 회전 포지션을 나타내는 출력 신호를 제공하도록 상기 가상 턴 비의 함수로서 상기 하나 이상의 제1 기기 신호들 및 상기 하나 이상의 제2 기기 신호들을 프로세싱하는 것. 하나의 비제한적인 형태에 있어서, 이 범위는 360°이상에 이른다.

또 하나의 다른 예는 스티어링 샤프트, 제1 센싱 기기 및 제2 센싱 기기를 포함하는 스티어링 시스템을 포함한다. 상기 시스템은 또한 다음을 포함한다: 상기 샤프트에 고정되어 상기 샤프트와 함께 일제히 턴하여 샤프트 회전을 나타내는 하나 이상의 제1 기기 신호들을 제공하는 상기 제1 센싱 기기의 적어도 일부와 함께 상기 샤프트를 회전시키는 수단, 이러한 회전을 나타내는 하나 이상의 제2 기기 신호들을 제공하도록 상기 샤프트에 관하여 기계적 턴 비로 상기 제2 센싱 기기의 적어도 일부를 턴하는 수단, 1보다 더 큰 가상 턴 비로 상기 샤프트에 관한 상기 제1 센싱 기기의 상기 일부의 회전을 모델링(modeling)하는 수단, 및 원하는 각도 범위 상에서 상기 샤프트의 회전 포지션을 나타내는 출력 신호를 제공하도록 상기 가상 턴 비의 함수로서 상기 하나 이상의 제1 기기 신호들 및 상기 하나 이상의 제2 기기 신호들을 프로세싱하는 수단. 하나의 비제한적인 형태에서, 이 범위는 상기 샤프트의 다수의 회전들에 대응된다.

또 하나의 다른 예는, 몸체에 연결되어 상기 몸체에 관하여 제1 기계적 턴 비로 회전하여 몸체 회전을 나타내는 하나 이상의 제2 기기 신호들을 제공하는 제1 센싱 기기의 적어도 일부와 함께 몸체를 회전하고; 몸체 회전을 나타내는 하나 이상의 제2 기기 신호들을 제공하도록 상기 몸체에 관하여 제2 기계적 턴 비로 제2 센싱 기기의 적어도 일부를 턴하고; 그리고 원하는 각도 범위 상에서 상기 몸체의 회전 포지션을 나타내는 각도 출력 신호를 제공하는 것을 포함하고, 여기서 상기 각도 출력 신호를 제공하는 것은 상기 몸체에 관한 상기 제1 센싱 기기의 상기 일부의 가상 턴 비에 따라 상기 제1 기기 신호들 및 상기 제2 기기 신호들을 프로세싱하는 것을 포함한다. 상기 가상 턴 비는 상기 제1 기계적 턴 비 및 상기 제2 기계적 턴 비와 상이하다. 하나의 비제한적인 형태에서, 상기 각도 범위는 360° 이상으로 확장되고 그리고/또는 상기 가상 턴 비는 상기 제2 기계적 턴 비보다 더 크고, 상기 제2 기계적 턴 비는 상기 제1 기계적 턴 비보다 더 크고, 그리고 상기 제1 기계적 턴 비는 1이다.

추가적인 실시예는 몸체의 회전 포지션을 결정하기 위한 제1 센싱 기기 및 제2 센싱 기기를 포함하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는, 몸체에 연결되어 상기 몸체에 관하여 제1 기계적 턴 비로 회전하여 몸체 회전을 나타내는 하나 이상의 제1 기기 신호들을 제공하는 상기 제1 센싱 기기의 적어도 일부와 함께 상기 몸체를 회전하는 수단, 몸체 회전을 나타내는 하나 이상의 제2 기기 신호들을 제공하도록 상기 몸체에 관하여 제2 기계적 턴 비로 상기 제2 센싱 기기의 적어도 일부를 턴하는 수단, 및 360도 이상의 범위 상에서 상기 몸체의 회전 포지션을 나타내는 각도 출력 신호를 제공하는 수단을 포함하고, 상기 각도 출력 신호를 제공하는 수단은, 상기 제1 기계적 턴 비 및 상기 제2 기계적 턴 비와 상이한, 상기 몸체에 관한 상기 제1 센싱 기기의 상기 일부의 가상 턴 비에 따라 상기 제1 기기 신호들 및 상기 제2 기기 신호들을 프로세싱하는 수단을 포함한다.

또 하나의 예에서, 회전 포지션 센싱 시스템은 제1 센싱 기기 및 제2 센싱 기기를 포함한다. 상기 제1 기기의 일부는 몸체에 고정되어, 상기 몸체의 회전이 탐지될 것이고 상기 제2 센싱 기기는 상기 몸체에 기계적으로 연결되어 상기 몸체에 관하여 기계적 턴 비로 회전하는 부분을 포함한다. 또한 상기 제1 센싱 기기 및 상기 제2 센싱 기기로부터의 신호들에 응답하여, 1보다 더 큰, 상기 몸체에 연결된 상기 제1 센싱 기기의 상기 일부의 가상 턴 비의 함수로서, 원하는 각도 범위 상에서 상기 몸체의 회전 포지션을 나타내는 출력을 제공하는 신호 프로세싱 회로가 포함된다.

또 하나의 다른 예에서, 방법은, 제1 센싱 기기의 제2 일부에 관하여 상기 센싱 기기의 제1 일부를 회전하는 것을 포함하고, 여기서 상기 제1 및 제2 일부들 중 하나는 3개 이상의 센싱 트랙들을 정의한다. 그 방법은, 상기 트랙들로부터, 각각이 상기 트랙들 중 다른 하나로부터의 각각의 신호에 대응하는 제1 복수의 비트들을 결정하고 [여기서 상기 제1 비트들에 의해 정의되는 각각의 다른 값은 다른 회전 포지션을 나타냄]; 상기 제1 비트들의 함수로서 상기 트랙들 중 둘 이상으로부터 상기 트랙들 중 하나를 선택하고; 선택된 상기 트랙들 중 상기 하나에 대하여 제2 복수의 비트들로써 상기 각각의 신호의 크기를 정량화하고; 그리고 상기 제2 비트들 보다 수적으로 더 상위의(numerically more significant) 상기 제1 비트들 및 상기 제2 비트들을 포함하는 제1 기기 회전 포지션 값을 제공하는 것을 포함한다.

추가적인 예는 다음을 구비한 제1 센싱 기기를 포함한다: 상기 제1 센싱 기기의 제2 부분에 관하여 상기 제1 센싱 기기의 제1 부분을 회전하는 수단 [여기서 상기 제1 및 제2 부분들 중 하나는 3개 이상의 센싱 트랙들을 정의함], 상기 트랙 들로부터 제1 복수의 비트들을 결정하는 수단 [상기 제1 비트들의 각각 하나는 상기 트랙들의 다른 하나로부터의 각각의 신호에 대응되고 상기 제1 비트들에 의해 정의되는 각각 다른 값은 다른 회전 포지션을 나타냄], 상기 제1 비트들의 함수로서 상기 트랙들의 둘 이상 중에서 상기 트랙들 중 하나를 선택하는 수단, 선택된 상기 트랙들 중 하나에 대하여 제2 복수의 비트들로써 상기 각각의 신호의 크기를 정량화하는 수단, 및 상기 제2 비트들보다 수적으로 더 상위의 상기 제1 비트들 및 상기 제2 비트들을 포함하는 제1 기기 회전 포지션 값을 제공하는 수단.

추가적인 다른 예는 다음을 포함한다: 몸체에 고정되어 상기 몸체와 함께 일제히 턴하는 제1 센싱 기기의 적어도 일부와 함께 상기 몸체를 회전하는 것; 상기 회전 몸체에 관하여 제2 센싱 기기의 적어도 일부를 턴시키는 것; 원하는 각도 범위 상에서 상기 몸체의 회전 포지션을 결정하도록 상기 제1 센싱 기기 및 상기 제2 센싱 기기로부터의 복수의 신호들을 프로세싱하는 것 [이는 상기 제1 센싱 기기 및 상기 제2 센싱 기기 중 적어도 하나로써 신호들에 관한 복수의 상이한 이산 패턴들(discrete patterns) 중 하나를 탐지하는 것을 포함하고, 여기서 상기 패턴들은 각각 상기 몸체의 다른 회전 포지션에 대응되고 각각 제1 비트 집합 중 다른 값에 의해 나타내어짐]; 및 제1 비트들보다 수적으로 더 하위의(numerically less significant) 제2 비트 집합을 제공하도록 상기 제1 비트들 중 하나에 대응되는 상기 신호들 중 하나의 크기를 정량화하는 것.

추가적인 다른 예는 다음을 포함한다: 서로에 관하여 회전하도록 구성된 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 제1 센싱 기기로서, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 적어도 하나는 3개 이상의 제1 기기 센싱 트랙들을 포함하는, 제1 센싱 기기; 및 상기 제1 센싱 기기에 연결되어 제1 비트들의 시퀀스를 결정하는 프로세싱 회로로서, 상기 제1 비트들 중 각각 하나는 상기 트랙들 중 다른 하나로부터의 각각의 신호에 대응되고, 상기 제1 비트들의 각각의 다른 값은 다른 회전 포지션을 나타내는, 프로세싱 회로. 상기 프로세싱 회로는, 상기 트랙들 중 둘 이상 중에서 하나의 트랙을 선택하고 상기 선택된 하나의 트랙으로부터 상기 각각의 신호의 크기를 정량화하여 제2 비트들의 시퀀스를 제공하고 상기 제2 비트들보다 수적으로 더 상위의 상기 제1 비트들 및 상기 제2 비트들을 포함하는 회전 포지션 출력을 제공하는, 로직을 포함한다.

이 문서에서 진술된 어떠한 이론, 동작 메커니즘, 입증, 또는 발견도 본 발명의 이해를 더 향상시키기 위해 의도되고 이러한 이론, 동작 메커니즘, 입증, 또는 발견에 따른 어떠한 방식으로 본 발명을 만들려고 하는 것은 아니다. 상기 설명에서 보다 바람직한, 보다 바람직하게 또는 우선적인과 같은 단어의 사용이 이렇게 기술된 특징은 더 바람직한 것일 수도 있지만, 그럼에도 불구하고 그것은 필요한 것이 아닐 수도 있고 그와 동일한 것을 결여한 실시예들이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로서 생각될 수도 있는 것이 이해되어야 할 것이고, 본 발명의 범위는 뒤따르는 청구항들에 의해 정의된다. 청구항들을 해석하는데 있어서 "한", "적어도 하나", "적어도 일부"와 같은 단어들이 사용될 때 그 청구항에서 그와 반대로 구체적으로 기술되지 않는 한 그 클레임을 단지 하나의 항목으로 제한하려는 의도를 갖지 않을려고 한다. 추가적으로, "적어도 일부" 및/또는 "일부"('부분'도 포함)와 같은 언어가 사용될 때 그 항목은 반대로 구체적으로 기술되지 않는 한 일부 및/또는 그 전체 항목을 포함할 수도 있다. 본 발명이 도면들 및 전술한 설명에서 상세하게 예시되고 기술되었지만, 그것들은 예시적으로서 고려되어야 할 것이고 특성에 있어서 제한하는 것으로서 고려되어서는 안될 것이며, 단지 선택된 실시예들만이 제시되고 기술되었다는 것 그리고 이 문서에서 또는 뒤따르는 청구항들 중 어느 것에 정의된 본 발명의 사상 내에 있는 모든 변화들, 변경예들 및 균등물들이 보호받을 것이 요망된다는 것이 이해되어야 한다.

Claims

몸체(body)의 회전을 나타내는 하나 이상의 제1 기기 신호들을 제공하도록, 상기 몸체에 고정된 제1 센싱 기기의 적어도 일부와 함께 상기 몸체를 회전시켜 상기 몸체와 상기 제1 센싱 기기의 적어도 일부를 함께 턴(turn)시키고;

상기 몸체 회전을 나타내는 하나 이상의 제2 기기 신호들을 제공하도록 상기 몸체에 관하여 기계적 턴 비(mechanical turn ratio)를 가진 제2 센싱 기기의 적어도 일부를 턴시키고;

1(unity)보다 더 큰 가상 턴 비(virtual turn ratio)로써 상기 몸체에 관한 상기 제1 센싱 기기의 상기 일부의 회전을 나타내고; 그리고

원하는 각도 범위 상에서 상기 몸체의 회전 포지션(rotational position)을 나타내는 출력 신호를 제공하도록 상기 가상 턴 비의 함수로서 상기 하나 이상의 제1 기기 신호들 및 상기 하나 이상의 제2 기기 신호들을 프로세싱하는 것을 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 가상 턴 비 및 상기 기계적 턴 비는 각각 상기 몸체에 관하여 1보다 더 크고 그리고 각각 서로와 상이한, 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 센싱 기기는, 상기 몸체에 고정되고 그리고 복수의 센싱 트랙들(sensing tracks)을 정의하는 제1 기기 면(face)의 맞은 편에 위치하는 제1 기기 픽업(pickup)을 포함하고, 그리고 상기 방법은,

상기 제1 기기 픽업으로써 상기 트랙들로부터 복수의 제1 비트들 - 상기 제1 비트들의 각각의 하나는 상기 트랙들 중 별개 하나로부터의 각각의 신호에 대응되고, 상기 제1 비트들의 각각의 다른 값은 다른 회전 포지션을 나타냄 - 을 결정하고;

상기 제1 비트들의 함수로서 상기 트랙들 중 둘 이상 중에서 상기 트랙들 중 하나를 선택하고; 그리고

상기 트랙들 중 상기 하나에 대하여, 복수의 제2 비트들 - 상기 제1 비트들이 상기 제2 비트들보다 수적으로 더 상위 비트임(numerically more significant) - 로써 상기 각각의 신호의 크기(magnitude)를 정량화하는(quantify) 것을 더 포함하는 방법.
제3항에 있어서,

상기 몸체는 스티어링 샤프트(steering shaft)의 형태이고, 그리고 상기 방법은,

상기 몸체와 함께 일제히 제1 기어를 턴시키고;

상기 제1 기어와 맞물려서 상기 기계적 턴 비로 턴하는 제2 기어를 회전시키고 [상기 제2 센싱 기기는 상기 제2 기어에 고정되어 상기 제2 기어와 함께 턴하는 제2 기기 픽업을 포함]; 그리고

상기 제2 기기 픽업의 맞은 편의 제2 기기 면에 의해 정의된 동심(concentric) 트랙들의 패턴에 대응되는 상기 제2 기기 신호들을 제공하는 것을 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 센싱 기기는 복수의 센싱 트랙들을 정의하는 제1 기기 면을 포함하고,

상기 센싱 트랙들의 기하학적 패턴은 상기 가상 턴 비에 상당하는 상기 제1 기기 면 상에서의 횟수만큼 반복되는, 방법.
제5항에 있어서,

상기 턴 비는 상기 기하학적 패턴의 4개 인스턴스(instance)들에 대응되어 4이고, 그리고

상기 픽업으로써 상기 센싱 트랙들의 각각으로부터 용량성으로 결합된 신호들(capacitively coupled signals)을 센싱하고; 그리고

상기 출력 신호에 기반하여 스티어링 샤프트의 다수 턴들을 탐지하는 것을 포함하는 방법.
몸체(body)에 관하여 제1 기계적 턴 비(mechanical turn ratio)로써 회전하 고 몸체 회전을 나타내는 하나 이상의 제1 기기 신호들을 제공하도록, 상기 몸체에 연결된 제1 센싱 기기의 적어도 일부와 함께 상기 몸체를 회전시키고;

상기 몸체 회전을 나타내는 하나 이상의 제2 기기 신호들을 제공하도록 상기 몸체에 관하여 제2 기계적 턴 비로써 제2 센싱 기기의 적어도 일부를 턴시키고; 그리고

360도 이상의 범위에 걸쳐서 상기 몸체의 회전 포지션(rotational position)을 나타내는 각도 출력 신호(angular output signal)를 만들어내는 것을 포함하는 방법으로,

상기 각도 출력 신호를 만들어내는 것은 상기 몸체에 관한 상기 제1 센싱 기기의 상기 일부의 가상 턴 비(virtual turn ratio) - 상기 가상 턴 비는 상기 제1 기계적 턴 비 및 상기 제2 기계적 턴 비와 상이함 - 에 따라 상기 제1 기기 신호들 및 상기 제2 기기 신호들을 프로세싱하는 것을 포함하는, 방법.
제7항에 있어서,

상기 제1 기계적 턴 비는 1이고,

상기 제2 기계적 턴 비는 1보다 더 크고, 그리고

상기 가상 턴 비는 상기 제2 기계적 턴 비보다 더 큰, 방법.
제7항에 있어서,

상기 제1 센싱 기기는, 상기 몸체에 고정되고 그리고 복수의 센싱 트랙 들(sensing tracks)을 정의하는 제1 기기 면의 맞은 편에 위치하는 제1 기기 픽업(pickup)을 포함하고, 그리고 상기 방법은,

상기 제1 기기 픽업으로써 상기 트랙들로부터 복수의 제1 비트들 - 상기 제1 비트들의 각각 하나는 상기 트랙들 중 별개 하나로부터의 각각의 신호에 대응되고, 상기 제1 비트들의 각각 다른 값은 다른 회전 포지션을 나타냄 - 을 결정하고;

상기 제1 비트들의 함수로서 상기 트랙들 중 둘 이상 중에서 상기 트랙들 중 하나를 선택하고; 그리고

상기 트랙들 중 상기 하나에 대하여, 복수의 제2 비트들 - 상기 제1 비트들은 상기 제2 비트들보다 수적으로 더 상위 비트임(numerically more significant) - 로써 상기 각각의 신호의 크기(magnitude)를 정량화하는(quantify) 것을 더 포함하는 방법.
제9항에 있어서,

상기 몸체는 스티어링 샤프트(steering shaft)의 형태이고, 그리고 상기 방법은

상기 몸체와 함께 일제히 제1 기어를 턴시키고;

상기 제1 기어와 맞물려서 상기 기계적 턴 비로 턴하는 제2 기어를 회전시키고 [상기 제2 센싱 기기는 상기 제2 기어에 고정되어 상기 제2 기어와 함께 턴하는 제2 기기 픽업을 포함]; 그리고

상기 제2 기기 픽업의 맞은 편의 제2 기기 면에 의해 정의된 동 심(concentric) 트랙들의 패턴에 대응되는 상기 제2 기기 신호들을 제공하는 것을 더 포함하는 방법.
제7항에 있어서,

상기 제1 센싱 기기는 복수의 센싱 트랙들을 정의하는 제1 기기 면을 포함하고,

상기 센싱 트랙들의 기하학적 패턴은 상기 가상 턴 비에 상당하는 상기 제1 기기 면 상에서의 횟수만큼 반복되는, 방법.
제11항에 있어서,

상기 턴 비는 상기 기하학적 패턴의 4개 인스턴스들에 대응되어 4이고, 그리고

상기 픽업으로써 상기 센싱 트랙들의 각각으로부터 용량성으로 결합된 신호들(capacitively coupled signals)을 센싱하고; 그리고

상기 출력 신호에 기반하여 스티어링 샤프트의 다수 턴들을 탐지하는 것을 포함하는, 방법.
회전가능한 몸체(rotatable body);

상기 몸체에 고정되어 상기 몸체와 함께 일제히 회전하고 복수의 제1 기기 신호들을 제공하는 제1 부분을 포함하는 제1 센싱 기기;

상기 몸체에 기계적으로 연결되어 상기 몸체에 관하여 기계적 턴 비(mechanical turn ratio)로 회전하고 복수의 제2 기기 신호들을 제공하는 제2 부분을 포함하는 제2 센싱 기기; 및

상기 제1 기기 신호들에 응답하여 1 및 상기 기계적 턴 비와 다른 가상 턴 비(virtual turn ratio)로 상기 몸체에 관한 상기 제1 부분의 회전을 나타내는 신호 프로세싱 회로를 포함하고,

상기 신호 프로세싱 회로는, 상기 가상 턴 비에 기반하여 상기 제1 기기 신호들 및 상기 제2 기기 신호들의 함수로서 360도 이상에 걸쳐 있는 각도 범위 상에서 상기 몸체의 회전 포지션(rotational position)을 나타내는 출력을 제공하도록 동작가능한 로직을 포함하는, 장치.
제13항에 있어서,

상기 회전가능한 몸체는 차량의 스티어링 샤프트(steering shaft)의 형태이고, 그리고 상기 장치는,

상기 신호 프로세싱 회로에 연결되어 상기 출력을 수신하는 컴퓨터 네트워크를 더 포함하는 장치.
제13항에 있어서,

상기 신호 프로세싱 회로는

다수의 센싱 트랙들(sensing tracks) 중 별개의 하나로부터 각각 제1 비트들 의 집합을 결정하는 수단; 및

상기 트랙들 중 선택된 하나의 크기에 근거하여 제2 비트들의 집합을 보간하는(interpolating) 수단을 포함하는, 장치.
제13항에 있어서,

상기 기계적 턴 비는 1보다 더 크고 상기 가상 턴 비는 상기 기계적 턴 비보다 더 큰, 장치.
제13항에 있어서,

상기 제1 센싱 기기는, 상기 몸체에 고정되고 그리고 복수의 제1 기기 센싱 트랙들을 정의하는 제1 기기 면의 맞은 편에 위치하는 제1 기기 픽업(pickup)을 포함하고,

상기 제2 센싱 기기는 복수의 제2 기기 센싱 트랙들을 정의하는 제2 기기 면의 맞은 편에 위치하는 제2 기기 픽업을 포함하는, 장치.
제17항에 있어서,

상기 몸체에 고정된 제1 기어;

상기 제1 기어와 맞물린 제2 기어 [상기 제2 기기 픽업은 상기 제2 기어에 고정되어 상기 제2 기어와 함께 턴함]; 및

상기 제1 기어에 대한 제1 회전 축 둘레에 상기 제1 기기 센싱 트랙들을 그 리고 상기 제2 기어에 대한 제2 회전 축 둘레에 상기 제2 기기 센싱 트랙들을 정의하는 기판(substrate)을 더 포함하는 장치.
제1 센싱 기기의 제2 부분에 관하여 상기 제1 센싱 기기의 제1 부분을 회전시키고 [상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 하나는 3개 이상의 센싱 트랙들(sensing tracks)을 정의함];

상기 트랙들로부터 복수의 제1 비트들 - 상기 제1 비트들의 각각 하나는 상기 트랙들 중 별개 하나로부터의 각각의 신호에 대응되고, 상기 제1 비트들에 의해 정의되는 각각 다른 값은 다른 회전 포지션을 나타냄 - 을 결정하고;

상기 제1 비트들의 함수로서 상기 트랙들 중 둘 이상 중에서 상기 트랙들 중 하나를 선택하고;

상기 트랙들 중 상기 하나에 대하여, 복수의 제2 비트들로써 상기 각각의 신호의 크기(magnitude)를 정량화하고(quantify); 그리고

상기 제2 비트들보다 수적으로 더 상위 비트인(numerically more significant) 상기 제1 비트들 및 상기 제2 비트들을 포함하는 제1 기기 회전 포지션 값을 제공하는 것을 포함하는 방법.
제19항에 있어서,

상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 하나를 지니고 있어 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 상기 하나과 함께 일제히 턴하는 몸체를 회전시키고;

1보다 더 큰 가상 턴 비(virtual turn ratio)로써 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 상기 하나의 회전을 모델링(modeling)하는 것을 포함하는 방법.
제19항에 있어서,

상기 몸체에 관하여 기계적 턴 비(mechanical turn ratio)로 제2 센싱 기기의 적어도 일부를 턴시키고;

상기 제2 센싱 기기로써 제2 기기 회전 포지션 값을 결정하고; 그리고

상기 제1 기기 회전 포지션 값 및 상기 제2 기기 회전 포지션 값의 함수로서 360도 이상의 범위에 걸쳐서 상기 몸체의 회전 포지션을 나타내는 각도 출력 신호(angular output signal)를 제공하는 것을 포함하는 방법.
제19항에 있어서,

상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 하나를 지니고 있어 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 상기 하나와 함께 일제히 턴하는 챠량의 스티어링 샤프트(steering shaft)를 회전시키고;

가상 턴 비로써 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 상기 하나의 회전을 모델링하고;

상기 샤프트에 관하여 기계적 턴 비로 제2 센싱 기기의 적어도 일부를 턴시키고 [상기 기계적 턴 비는 1보다 더 크고 상기 가상 턴 비는 상기 기계적 턴 비보다 더 큼]; 그리고

상기 가상 턴 비 및 상기 기계적 턴 비의 함수로서 360도 이상의 각도 범위 상에서 상기 샤프트의 회전 포지션을 나타내는 각도 출력 신호를 제공하는 것을 포함하는 방법.
제19항에 있어서,

상기 제1 센싱 기기는 상기 센싱 트랙들을 정의하는 제1 기기 면을 포함하고 상기 센싱 트랙들의 기하학적 패턴은 상기 제1 기기 면 상에서 다수의 횟수만큼 반복되고, 상기 방법은

상기 센싱 트랙들의 상기 기하학적 패턴이 상기 제1 기기 면 상에서 반복되는 횟수들과 같은 가상 턴 비로 상기 제1 센싱 기기의 회전을 나타내는 것을 더 포함하는, 방법.
몸체에 고정되어 상기 몸체와 함께 일제히 턴하는 제1 센싱 기기의 적어도 일부와 함께 상기 몸체를 회전시키고;

상기 몸체의 회전에 관련하여 제2 센싱 기기의 적어도 일부를 턴시키고;

360도보다 더 큰 각도 범위 상에서 상기 몸체의 회전 포지션(rotational position)을 결정하도록 상기 제1 센싱 기기 및 상기 제2 센싱 기기로부터의 복수의 신호들을 프로세싱하는 것을 포함하고,

상기 복수의 신호들을 프로세싱하는 것은

상기 제1 센싱 기기 및 상기 제2 센싱 기기 중 적어도 하나로써 신호들에 관 한 복수의 상이한 이산 패턴들(discrete patterns) - 상기 패턴들은 각각 상기 몸체의 별개의 회전 포지션에 대응되고 각각 제1 비트들의 집합의 별개의 값에 의해 나타내어짐 - 중 하나를 탐지하고; 그리고

상기 제1 비트들보다 수적으로 더 하위 비트인(numerically less significant) 제2 비트들의 집합을 제공하도록 상기 제1 비트들 중 하나에 대응하는 상기 신호들 중 하나의 크기를 정량화하는(quantifying) 것을 포함하는, 방법.
제24항에 있어서,

상기 제2 센싱 기기의 적어도 일부를 턴시키는 것은 상기 몸체에 관하여 1보다 더 큰 기계적 턴 비(mechanical turn ratio)로 일어나는, 방법.
제25항에 있어서,

상기 기계적 턴 비보다 더 큰 가상 턴 비(virtual turn ratio)로써 상기 제1 센싱 기기의 상기 일부의 회전을 모델링하는 것을 포함하는 방법.
제24항에 있어서,

상기 제1 센싱 기기는, 상기 몸체에 고정되고 그리고 복수의 제1 기기 센싱 트랙들을 정의하는 제1 기기 면의 맞은 편에 위치하는 제1 기기 픽업(pickup)을 포함하고,

상기 제2 센싱 기기는 복수의 제2 기기 센싱 트랙들을 정의하는 제2 기기 면 의 맞은 편에 위치하는 제2 기기 픽업을 포함하는, 방법.
제27항에 있어서,

상기 몸체는 차량용 스티어링 샤프트(steering shaft)의 형태이고 상기 제1 기기 센싱 트랙들의 기하학적 패턴은 상기 제1 기기 면 상에서 다수의 횟수만큼 반복되고, 상기 방법은

상기 센싱 트랙들의 상기 기하학적 패턴이 상기 제1 기기 면 상에서 반복되는 횟수와 같은 가상 턴 비로 상기 제1 센싱 기기의 회전을 나타내는 것을 더 포함하는, 방법.
제27항에 있어서,

상기 제1 비트들의 각각 하나는 상기 제1 기기 센싱 트랙들 중 별개의 하나에 대응되고

상기 신호들 중 하나의 크기를 정량화하는 것은 아날로그 형태에서 디지털 형태로 상기 신호들 중 상기 하나를 변환하는 것을 포함하는, 방법.
서로에 관하여 회전하도록 구성된 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 제1 센싱 기기로서, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 적어도 하나는 3개 이상의 제1 기기 센싱 트랙들(sensing tracks)을 포함하는, 제1 센싱 기기; 및

상기 제1 센싱 기기에 연결되어 제1 비트들의 시퀀스 - 상기 제1 비트들 중 각각 하나는 상기 트랙들 중 별개 하나로부터의 각각의 신호에 대응되고, 상기 제1 비트들의 각각의 다른 값은 다른 회전 포지션(rotational posion)을 나타냄 - 를 결정하는 프로세싱 회로를 포함하고,

상기 프로세싱 회로는

상기 트랙들 중 둘 이상 중에서 하나의 트랙을 선택하고 상기 하나의 트랙으로부터의 각각의 신호의 크기를 정량화하여(quantify) 제2 비트들의 시퀀스를 제공하고 상기 제2 비트들보다 수적으로 더 상위 비트인(numerically more significant) 상기 제1 비트들 및 상기 제2 비트들을 포함하는 회전 포지션 출력을 제공하는 로직을 포함하는, 장치.
제30항에 있어서,

상기 제1 센싱 기기의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 하나와 함께 일제히 턴하도록 고정된 스티어링 샤프트(steering shaft)를 더 포함하는 장치.
제31항에 있어서,

상기 프로세싱 회로는 1보다 더 큰 가상 턴 비(virtual turn ratio)로 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 상기 하나의 회전을 나타내는 수단을 포함하는, 장치.
제31항에 있어서,

제2 센싱 기기; 및

상기 스티어링 샤프트에 관하여 1보다 더 큰 기계적 턴 비(mechanical turn ratio)로 상기 제2 센싱 기기의 적어도 일부를 턴시키는 수단을 더 포함하는 장치.
제31항에 있어서,

상기 제1 센싱 기기는, 상기 몸체에 고정되고 그리고 상기 제1 기기 센싱 트랙들을 정의하는 제1 기기 면의 맞은 편에 위치하는 제1 기기 픽업(pickup)을 포함하고, 상기 장치는

복수의 제2 기기 센싱 트랙들을 정의하는 제2 기기 면의 맞은 편에 위치하는 제2 기기 픽업을 포함하는 제2 센싱 기기를 더 포함하는, 장치.
제34항에 있어서,

회전가능한 몸체(rotatable body);

상기 몸체 및 상기 제1 기기 픽업에 관하여 고정되어 상기 몸체 및 상기 제1 기기 픽업과 함께 일제히 턴하는 제1 기어;

상기 제1 기어와 맞물린 제2 기어 [상기 제2 기기 픽업은 상기 제2 기어에 고정되어 상기 제2 기어와 함께 턴함]; 및

상기 제1 기어에 대한 제1 회전 축 둘레에 상기 제1 기기 센싱 트랙들을 그 리고 상기 제2 기어에 대한 제2 회전 축 둘레에 상기 제2 기기 센싱 트랙들을 정의하는 기판(substrate)을 더 포함하는 장치.