KR20140040949A - 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법 - Google Patents

스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법은, 회전자의 영구자석과 반응하여 신호를 출력하는 3개의 홀 센서와 회전자의 1회전시 펄스 신호를 출력하는 엔코더를 포함하여 상기 회전자의 위치를 검지하는 위치센서 이상 검출방법에 있어서, 3개의 홀 센서로 6개의 스테이트를 설정하는 단계(S110); 상기 6개의 스테이트에서 엔코더 값을 판별하여 상기 엔코더 에러를 판정하는 단계(S120); 상기 엔코더를 리셋하는 단계(S130); 그리고 상기 홀 센서의 출력을 판별하여 홀 센서의 에러를 판정하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.

Description

스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법{Error Detection Method for a Position Sensor of Smart Booster System}
본 발명은 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 브러시 리스 교류(BLAC) 모터의 회전자의 위치를 판별하기 위해 사용되는 홀 센서와 엔코더의 오류를 판별할 수 있는 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법에 관한 것이다.
차량의 제동장치(Brake System)는 주행하는 차량을 감속 또는 정지시킴과 동시에, 주차 상태를 유지하기 위한 장치이다.
이러한 제동장치는 통상적으로 운동 에너지를 마찰력을 이용해 열에너지로 바꾸어, 그것을 대기 속으로 방출시켜 제동력을 발생한다. 이는 차륜과 함께 회전하는 브레이크 디스크를 그 양쪽에서 브레이크 패드가 유압에 의하여 압착되면서 제동이 이루어진다.
그러나 기존의 유압식 제동장치는 제동 시 유압을 이용하여 브레이크 패드를 강하게 브레이크 디스크 쪽으로 밀어 주는 방식으로 구현됨에 따라, 페달 조작력을 배력하는 부스터를 통해 작동되어 유압을 발생하는 마스터 실린더와, 휠 실린더 쪽으로 이어지는 유압 라인은 물론, 이들을 제어하고 보조하는 각종 장치들로 복잡한 구성이 이루어질 수밖에 없고, 이러한 구성의 복잡함과 유압 사용에 따른 제동 성능의 신뢰성과 안정성 강화 등에 어느 정도 한계성이 있을 수밖에 없는 취약성이 존재한다.
이에 따라, 유압식 제동장치가 갖지 못하는 구성의 단순함을 구현하고, 제동 성능의 신뢰성을 강화시킬 수 있는 전동식 제동장치(Electro-Mechanical Brake; EMB)가 사용되고 있다.
이와 같은 전동식 제동장치에는 모터의 구동력을 통해 마스터 실린더를 작동시키는 스마트부스터 시스템이 구비될 수 있으며, 최근 스마트부스터 시스템에는 높은 출력 효율을 갖는 BLAC 모터가 사용되고 있다.
상기와 같은 시스템에서, BLAC 모터를 제어하기 위해서는 모터의 회전자의 위치정보가 필요하다. 이러한, 회전자의 위치정보는 BLAC 모터에 장착된 위치센서인 엔코더를 통해 이루어지는데, 이러한 상대 위치 엔코더를 이용할 경우 문제점 중의 하나가 모터의 기동시 초기각을 알 수 없다는 것이다.
따라서, 이와 같은 교류모터를 정밀 제어하기 위해서는 모터 회전자의 정확한 절대각을 판별할 수 있는 방법이 요구되었으며, 이를 해소하기 위해 자석에 반응하는 홀 센서와 엔코더(Encoder)의 신호를 조합하여 사용하는 방법이 제시되었다.
그러나, 종래 홀 센서와 엔코더를 조합 사용하는 시스템에 있어서, 홀 센서나 엔코더에서 오차가 발생할 경우, BLAC 모터의 정밀 제어 등이 매우 제한적일 수 있어, 위치 센서를 구성하는 홀 센서 및 엔코더의 이상을 검출하여햐 하는 방법이 요구되었다.
한국공개특허공보 제10-2012-0027613호(출원일 : 2010.09.13)
본 발명은 회전자 로터의 위치를 감지하는 위치센서를 구성하는 홀 센서와 엔코더의 에러를 각각 순차적으로 판별함으로써 신뢰성 높은 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법은, 회전자의 영구자석과 반응하여 신호를 출력하는 3개의 홀 센서와 회전자의 1회전시 펄스 신호를 출력하는 엔코더를 포함하여 상기 회전자의 위치를 검지하는 위치센서 이상 검출방법에 있어서, 3개의 홀 센서로 6개의 스테이트를 설정하는 단계(S110); 상기 6개의 스테이트에서 엔코더 값을 판별하여 상기 엔코더 에러를 판정하는 단계(S120); 상기 엔코더를 리셋하는 단계(S130); 그리고 상기 홀 센서의 출력을 판별하여 홀 센서의 에러를 판정하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 스테이트 설정 단계(S110)는, 상기 3개의 홀 센서로부터 출력되는 Low/High 신호를 기반으로 제1 내지 제6스테이트를 설정할 수 있다.
또한, 상기 엔코더 에러 판정단계(S120)는 상기 회전자의 전기각 360도의 회전시 상기 엔코더로부터 출력되는 펄스 수를 상기 제1 내지 제6 스테이트에 대응하게 6개의 범위를 설정하고, 상기 회전자의 전기각 360도 회전시 상기 제1 내지 제6 스테이트에서 상기 엔코더로부터 실제 출력되는 펄스 수가 상기 범위에 속하는지 여부를 판별하여 상기 엔코더 에러를 판정할 수 있다.
또한, 상기 엔코더 리셋단계(S130)는 상기 회전자의 전기각 360도 회전시마다 상기 엔코더를 리셋할 수 있다.
또한, 상기 홀 센서 에러 판정단계(S140)는 상기 회전자의 회전시 상기 홀 센서로부터 출력되는 신호가 상기 제1 내지 제6스테이트의 순서에 대응하는지 여부를 판별하여 상기 홀 센서의 에러를 판정할 수 있다.
또한, 엔코더 에러 확인단계(S150)를 더 포함하며, 상기 엔코더 에러 확인단계(S150)는 상기 모터의 회전자가 기계각 360도 회전시 상기 엔코더로부터 출력된 펄스 수를 총합하여 상기 엔코더에 설정된 펄스 수의 오차범위 이내에 속하는지 여부를 판별하여 상기 엔코더의 에러를 확인할 수 있다.
본 발명의 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법에 따르면, 회전자 로터의 위치를 감지하는 홀 센서와 엔코더를 각각 독립적으로 이상 여부를 판별하고, 홀 센서 또는 엔코더 이상 발생시 별도의 디그레이드 제어모드 또는 백업 모드를 각각 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 홀 센서가 장착된 모터의 단면도; 및
도 2는 도 1의 홀 센서에서 출력되는 신호 및 홀 스테이트를 나타내는 개략도;이다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 실시예에서는, 설명을 용이하게 하기 위해, 회전자에 구비되는 영구자석은 16개의 극성을 갖고, 엔코더는 회전자의 1회전(기계각 360도) 시 4096 펄스를 생성하며, 홀 센서는 모두 3개가 구비되는 것을 전제로 설명하였다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법은 다극 착자된 영구자석(11)이 구비된 회전자(10)와 이 회전자를 회전구동시키기 위해 전자기장을 생성하는 코일(21)이 구비된 고정자(20)에 구비될 수 있다.
본 실시예의 위치센서는 도 1에 도시한 바와 같이 120° 간격을 두고 고정자(20)에 설치된 3개의 홀 센서(31,32,33) 및 구체적으로 도시하지는 않았으나 회전자(10)의 1회전당 4096 펄스(Pulse)를 생성하는 엔코더(미도시)를 포함할 수 있다.
3개의 홀 센서(31,32,33)는 자성의 변화에 따라 출력 신호를 생성할 수 있으며, 구체적으로는 영구자석의 N극이 홀 센서(31,32,33)를 지나면 High 신호를, 영구자석의 S극이 홀 센서(31,32,33)를 지나면 Low 신호를 출력할 수 있다.
본 실시예에서 엔코더는 회전자의 자극수로 인해 회전자의 1회전 시, 전기각으로 8번의 회전 출력을 생성할 수 있다. 엔코더는 펄스만을 출력하기 때문에 엔코더 만으로는 모터의 절대각을 판별할 수 없는 바, 홀 센서(31,32,33)에 의해 모터를 초기 동작시킨 후, 홀 센서(31,32,33)의 W상에서 엔코더를 리셋하고 엔코더의 신호를 합산함으로써 모터의 절대위치를 판별할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예는 모두 3개의 홀 센서(31,32,33)를 구비하고 있는 바, 홀 센서(31,32,33) 3개의 조합, 즉 3비트(bit)로 회전자(10)의 현재 위치를 판별할 수 있다.
즉, 도 1을 참조로, 홀 센서(31,32,33)의 출력 신호의 조합에 의한 모두 6개의 홀 센서 스테이트(41~46)를 조합할 수 있으며, 각 스테이트에서는 제1 내지 제3홀 센서(31,32,33)의 출력 신호를 통해 회전자(10)의 위치를 판별할 수 있다.
제1스테이트(41)는 제1홀 센서(31)가 High 신호를, 제2홀 센서(32)가 Low 신호를, 제3홀 센서(33)가 High 신호를 출력하는 상태로서, 이진수로는 '101'이고 이를 십진수로 표현하여 '스테이트 5'로 나타낼 수 있다.
제2스테이트(42)는 제1홀 센서(31)가 High 신호를, 제2홀 센서(32)가 Low 신호를, 제3홀 센서(33)가 Low 신호를 출력하는 상태로서, 이진수로는 '100'이고 이를 십진수로 표현하여 '스테이트 4'로 나타낼 수 있다.
제3스테이트(43)는 제1홀 센서(31)가 High 신호를, 제2홀 센서(32)가 High 신호를, 제3홀 센서(33)가 Low 신호를 출력하는 상태로서, 이진수로는 '110'이고 이를 십진수로 표현하여 '스테이트 6'로 나타낼 수 있다.
제4스테이트(44)는 제1홀 센서(31)가 Low 신호를, 제2홀 센서(32)가 High 신호를, 제3홀 센서(33)가 Low 신호를 출력하는 상태로서, 이진수로는 '010'이고 이를 십진수로 표현하여 '스테이트 2'로 나타낼 수 있다.
제5스테이트(45)는 제1홀 센서(31)가 Low 신호를, 제2홀 센서(32)가 High 신호를, 제3홀 센서(33)가 High 신호를 출력하는 상태로서, 이진수로는 '011'이고 이를 십진수로 표현하여 '스테이트 3'로 나타낼 수 있다.
제6스테이트(46)는 제1홀 센서(31)가 Low 신호를, 제2홀 센서(32)가 Low 신호를, 제3홀 센서(33)가 High 신호를 출력하는 상태로서, 이진수로는 '001'이고 이를 십진수로 표현하여 '스테이트 1'로 나타낼 수 있다.
상술한 바와 같이, 홀 센서(31,32,33)의 출력에 의한 제1 내지 제6스테이트(41~46)를 통해서, 회전자(10)의 위치를 판별함과 동시에, 제1 내지 제6스테이트(41~46)의 출력 순서를 통해 회전자(10)의 정/역 회전방향 및 각 스테이트에서 엔코더의 에러를 판별할 수 있다.
즉, 제1 내지 제6스테이트(41~46)가 순차적으로 나타나게 되면, 모터의 회전자(10)가 정방향으로 회전하고 있음을 판별할 수 있고, 제1 내지 제6스테이트(41~46)가 역차순으로 나타나게 되면, 모터의 회전자(10)가 역방향으로 회전하고 있음을 판별할 수 있으며, 모터의 회전시 각 스테이트에서 홀 센서(31,32,33)의 출력 신호가 5-4-6-2-3-1(정방향) 또는 1-3-2-6-4-5(역방향)으로 주기적으로 정확히 나타남을 확인함으로써 홀 센서(31,32,33)의 에러를 감지할 수 있다.
또한, 각 제1 내지 제6스테이트(41~46) 내에서 출력되는 엔코더의 펄스를 통해 엔코더의 이상을 판별할 수 있다.
본 실시예의 엔코더는 모터의 1회전시 4096 펄스를 생성하고, 이 모터의 전기각이 360×8이 되는 바, 홀 센서(31,32,33)의 제1 내지 제6스테이트(정방향의 경우)가 8회 나타날 수 있다. 즉, 4096 펄스는 512 펄스×8이 될 수 있다.
즉, 6개의 스테이트에 따른 엔코더 값을 512/6으로 산정하여 엔코더의 에러를 판별할 수 있는 범위를 정의할 수 있다. 모터의 1/8 회전시 발생하는 512 펄스를 6개의 범위로 구분하고, 이를 제1 내지 제6스테이트(41~46)에 각각 대응한 후, 제1 내지 제6스테이트(41~46)에서 출력된 엔코더의 펄스 수가 상기 범위의 내에 있는지 여부를 판별함으로써 엔코더의 오류를 판별할 수 있다.
또한, 모터의 1회전시 엔코더로부터 출력되는 펄스 수를 모두 합산하여 이 합산된 펄스 수가 기 설정된 엔코더의 4096 펄스의 오차범위 이내에 속하는지 여부를 판별함으로써 엔코더의 오류를 검지할 수도 있다.
또한, 본 실시예의 위치센서 이상 검출방법은 모터의 1회전시 발생할 수 있는 오차를 감소시키기 위해 홀 센서(31,32,33)의 U상마다, 즉 회전자의 전기각 360도 회전시 엔코더를 리셋할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성의 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법은 3개의 홀 센서로 6개의 스테이트를 설정하는 단계(S110), 6개의 스테이트에서 엔코더 값을 판별하여 엔코더 에러를 판정하는 단계(S120), 엔코더를 리셋하는 단계(S130), 그리고 홀 센서의 출력을 판별하여 홀 센서의 에러를 판정하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.
스테이트 설정 단계(S110)는 회전자(10)의 위치를 감지하기 위한 3개의 홀 센서(31,32,33)로부터 출력되는 Low/High 신호를 기반으로 제1 내지 제6스테이트(41~46)를 설정하며, 제1 내지 제6스테이트(41~46)는 출력 신호를 십진수로 나타내면 '5', '4', '6', '2', '3', '1'로 구분될 수 있다.
엔코더 에러 판정 단계(S120)은 상기 제1 내지 제6스테이트(41~46)에서 출력된 엔코더의 펄스 수를 비교하여 엔코더의 에러를 판정할 수 있다. 즉, 엔코더로부터 출력되는 512 펄스를 6개의 범위로 구분하여 제1 내지 제6스테이트(41~46)에 대응시키며, 모터의 1/8회전시 제1 내지 제6스테이트(41~46)에서 실제 엔코더로부터 출력되는 펄스 수가 상기 제1 내지 제6스테이트(41~46)에 대응된 범위의 내에 속하는지 여부를 비교함으로써, 엔코더 에러를 판정할 수 있다.
엔코더를 리셋하는 단계(S130)는 회전자의 전기각 360도 회전시마다 엔코더를 리셋함으로써, 모터의 1회전시 발생할 수 있는 오차를 감소시킬 수 있다.
홀 센서의 에러를 판정하는 단계(S140)는 상기 회전자의 정/역회전시 홀 센서(31,32,33)로부터 출력되는 신호를 기반으로, 모터의 회전시 각 스테이트에서 홀 센서(31,32,33)의 출력 신호가 5-4-6-2-3-1(정방향) 또는 1-3-2-6-4-5(역방향)으로 주기적으로 나타남을 확인함으로써 홀 센서(31,32,33)의 에러를 감지할 수 있다.
또한, 본 실시예의 위치센서 이상 검출방법은 상기 모터의 회전자가 기계각 360도 회전시 엔코더로부터 출력된 펄스 수를 총합하여 엔코더에 설정된 4096 펄스의 오차범위 이내에 속하는지 여부를 판별함으로써 엔코더의 에러를 검지할 수 있는 엔코더 에러 확인단계(S150)를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 위치센서 이상 검출방법에 따르면, 회전자 로터의 위치를 감지하는 홀 센서와 엔코더를 각각 독립적으로 이상 여부를 판별하고, 엔코더 에러 판정 단계(S120)와 엔코더 에러 확인단계(S150)에서 엔코더의 이상 발생 시, 엔코더의 고장 상태를 저장하고 스마트부스터 시스템을 BLDC 제어할 수 있으며, 홀 센서의 에러를 판정하는 단계(S140)에서 홀 센서(31,32,33)의 이상 발생시 홀 센서(31,32,33)의 고장 상태를 저장하고 스마트부스터 시스템을 백업 모드에서 제어할 수 있는 효과가 있을 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 본 발명의 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.
10: 회전자
11: 영구자석
20: 고정자
21: 코일
31~33: 홀 센서
41~46: 홀 스테이트

Claims (6)

  1. 회전자의 영구자석과 반응하여 신호를 출력하는 3개의 홀 센서와 회전자의 1회전시 펄스 신호를 출력하는 엔코더를 포함하여 상기 회전자의 위치를 검지하는 위치센서 이상 검출방법에 있어서,
    3개의 홀 센서로 6개의 스테이트를 설정하는 단계(S110);
    상기 6개의 스테이트에서 엔코더 값을 판별하여 상기 엔코더 에러를 판정하는 단계(S120);
    상기 엔코더를 리셋하는 단계(S130); 그리고
    상기 홀 센서의 출력을 판별하여 홀 센서의 에러를 판정하는 단계(S140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이트 설정 단계(S110)는,
    상기 3개의 홀 센서로부터 출력되는 Low/High 신호를 기반으로 제1 내지 제6스테이트를 설정하는 것을 특징으로 하는 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 엔코더 에러 판정단계(S120)는 상기 회전자의 전기각 360도의 회전시 상기 엔코더로부터 출력되는 펄스 수를 상기 제1 내지 제6 스테이트에 대응하게 6개의 범위를 설정하고,
    상기 회전자의 전기각 360도 회전시 상기 제1 내지 제6 스테이트에서 상기 엔코더로부터 실제 출력되는 펄스 수가 상기 범위에 속하는지 여부를 판별하여 상기 엔코더 에러를 판정하는 것을 특징으로 하는 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 엔코더 리셋단계(S130)는 상기 회전자의 전기각 360도 회전시마다 상기 엔코더를 리셋하는 것을 특징으로 하는 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 홀 센서 에러 판정단계(S140)는 상기 회전자의 회전시 상기 홀 센서로부터 출력되는 신호가 상기 제1 내지 제6스테이트의 순서에 대응하는지 여부를 판별하여 상기 홀 센서의 에러를 판정하는 것을 특징으로 하는 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    엔코더 에러 확인단계(S150)를 더 포함하며,
    상기 엔코더 에러 확인단계(S150)는 상기 모터의 회전자가 기계각 360도 회전시 상기 엔코더로부터 출력된 펄스 수를 총합하여 상기 엔코더에 설정된 펄스 수의 오차범위 이내에 속하는지 여부를 판별하여 상기 엔코더의 에러를 확인하는 것을 특징으로 하는 스마트부스터 시스템의 위치센서 이상 검출방법.
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