KR20180067546A - 기능적 안전성을 구비한 스티어링 각센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 샤프트(14)에 의해 구동되는 제 1 출력 기어(32)와 상기 샤프트(14)에 의해 구동되는 제 2 출력 기어(34)사이의 각위치차(56)에 기초하여 상기 샤프트(14)의 각위치(18)를 결정하도록 하는 각센서(24)에서 폴트(96)를 식별하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 각 기어들은 그들의 직경(34),36)에 있어서 서로 상이하고, 상기 폴트(96)를 식별하기 위한 방법은, 상기 제 1 출력 기어 (32)의 각 위치(42)에 기초하여 상기 샤프트(14)의 각 위치(18)을 위한 기준값(18,52)를 결정하는 단계; 상기 제 2 출력 기어(34)의 각위치(46)와 상기 제1 출력 기어(32)와 상기 제 2 출력 기어(34)사이의 전달비(90)에 기초하여 상기 샤프트(14)의 각위치(18)를 위한 비교값(18',52')를 결정하는 단계; 및 상기 기준값(18,52)의 비교(93,94)와 상기 비교값(18',52')이 기설정 조건(95)를 만족할 때 상기 폴트(96)를 식별하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

기능적 안전성을 구비한 스티어링 각센서

본 발명은, 각센서에서 폴트를 식별하는 방법, 그 방법을 수행하는 제어 장치, 각센서, 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

샤프트에 의해 구동되는 제 1 출력 기어와 샤프트에 의해 구동되는 제 2 출력 기어 사이의 각위치차 에 기초하여 상기 샤프트의 각위치를 식별하는 각센서는 독일 특허 DE 198 49 554 C1을 통해 이미 알려져 있다. 각센서는, 제 1 출력 기어와 제 2 출력 기어를 포함한다. 제 1 출력 기어는 제 2출력기어의 직경과 상이한 직경을 가진다.

샤프트의 각위치는 풀각도(full angle), 즉 360˚를 넘는 값의 범위의 각도로 식별된다. 이를 위해, 샤프트의 각위치는 각위치차에 기초한 출력 기어중 하나의 각 위치를 계산하고, 샤프트와 댕으하는 출력 기어 사이의 전달비(transmission ratio)를 각위치에 곱함으로써 직접 결정될 수 있다. 하지만, 직접적으로 결정된 샤프트의 각위치는 출력 기어들이 완전하게 원형이 아니기 때문에, 비선형으로 나타나고, 이것은 상기 전달비가 출력기어들의 각위치에 종속하여 변경된다는 것을 의미한다. 전달비에 있어서 이러한 각-위치 종속 변화(angular-position dependent change)는 아래와 같이 전달비에 있어서 역동적인 변화(dynamic changes)로 표시된다.

출력기어의 각위치는, 그러므로, 풀각도는 초과하는 각도로서 다른 방법으로 결정된다. 이를 위해, 출력기어의 각위치는 우선 최후 풀각도(last full angle)로 결정되며, 이는 360도의 배수이다. 이것이 소수점 자리(decimal place)를 삭제함으로써 측정 오차를 제거한다. 출력 기어의 각위치는, 그러면, 실제 각도로서 결정되며, 실제 각도의 값은 0˚~360˚의 범위에 놓인다. 마지막으로, 출력 기어의 각위치는 초과 풀각도(beyond-full angle)로서 결정되며, 이것은 최후 풀각도과 실제 각도를 함께 추가함으로써 이루어진다. 여기서 다른 방법을 사용하여 결졍되는 출력 기어의 각위치가 직접적으로 결정되는 각위치보다 정확하지만, 소수점자리 에러(decimal-place error)가 풀각도의 범위에서 발생되면, 소수점 자리의 절단은 최후 풀각도가 부적확하게 결정되게 할 수 있고, 그 결과 주기수(period number)에서 점프(jump)가 나타날 수 있다. 여기서 주기수는 라운드 카운트 값으로서 출력기어에서 몇번의 회전(revolution)이 있었는지를 특정한다.

주기수에서 이러한 점프를 결정하기 위하여, 직접적으로 결정된 출력기어의 각위치와 다른방법으로 결정된 출력기어의 각위치를 상호 타당성 검사(plausibility-checked)를 한다. 대응하는 출력 기어의 각위치상과 샤프트의 각위치상의 주기수에서 점프의 임펙트(impact of the jump)는 주기수 보정을 사용하여 정정될 수 있다.

하지만, 이러한 주기수 정정에도 불구하고 각점프(angular jump)라고 불리워지는 샤프트의 각위치에서의 점프는 계속 발생된다. 문제가 될 뿐 아니라, 예를 들면, 각점프가 센서의 동작중에 발생되고, 각점프를 검출하기 위한 샤프트의 각위치에 대한 과거 값이 존재하지 않으면, 이러한 각 점프는 신뢰성 있게 검출될 수 없다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하는 각센서에서 폴트를 식별하는 방법, 그 방법을 수행하는 제어 장치, 각센서, 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일예에 따르면, 샤프트에 의해 구동되는 제 1 출력 기어와 상기 샤프트에 의해 구동되는 제 2 출력 기어사이의 각위치차에 기초하여 상기 샤프트 각위치를 결정하도록 하는 각센서에서 폴트(fault)를 식별하기 위한 방법으로서, 상기 각 기어들은 그들의 직경에 있어서 서로 상이하고, 상기 폴트를 식별하기 위한 방법은, 상기 제 1 출력 기어의 각 위치에 기초하여 상기 샤프트의 각 위치를 위한 기준값를 결정하는 단계, 제 2 출력 기어의 각위치와 상기 제1 출력 기어와 상기 제 2 출력 기어 사이의 전달비(transmission ratio)에 기초하여 상기 샤프트의 각위치를 위한 비교값을 결정하는 단계 및 상기 기준값의 비교와 상기 비교값이 기설정 조건을 만족할 때 상기 폴트를 식별하는 단계를 포함할 수 있다.

이러한 특정 방법은, 상술한 방식에서의 주기 점프(period jump)가 출력 기어의 각위치의 결정이 이상적으로 선형이 아니기 때문에 발생한다는 아이디어에 기초한다. 그리고 이러한 아이디어는 각위치차(angular position difference)에서의 점프를 발생시키고 상술한 주기수 보정을 필요하게 한다. 전달비에 있어서 상술한 역동적인 변화에 따라, 이러한 각위치의 검출이 이상적으로 선형이 아닌 것은 출력기어가 완전한 원형이 아니기 때문이기도 하다. 주기수 보정은 시간에 대한 전달비의 역동적인 변화를 보정한다.

하지만 주기수 보정은, 두 개의 출력 기어들 사이에서 전달비가 시간의 경과에 대하여 상수가 되도록 하는 것을 요구한다. 이러한 요구 조건은 항상 맞추어지지 않으며, 출력 기어의 각위치의 검출이 이상적으로 선형이 아니라는 점에 더하여 각센서는 노화에 대상이 된다는 원칙하에서 기계 및 전자 부품들을 변경한다. 그 결과 전달비는 시간의 경과에 따라 변경하고 이것은 샤프트의 각위치를 결정하기 위한 전체적인 측정 경로도 역시 변경된다. 샤프트의 각위치를 결정하기 위한 수학적인 경계 조건(mathmetically boundary condition)은, 그러므로, 더이상 맞지 않다. 두 개의 출력 기어의 전달비가 오랜 기간 동안에 걸친 노화 및/또는 피로의 표시로 인하여 변한다면, 이것은 위에서 설명된 각점프(angular jump)를 일으킨다. 이것은 특히 각센서가 스위치온하지 않고 두 출력기어들 사이에서 전달비가 변경되는 경우 특히 문제가 될 수 있다. 이러한 경우, 각센서가 스위치온하면 더이상 각점프가 즉각적으로 검출되지 않고, 이에 따라 비교값이 더 이상 이용가능하지 않다. 이것은 오랜기간동안 전기적인 에너지의 공급없이 주차되어 있는 차량에서의 예를 들 수 있다.

그러므로, 상술한 방법은 오랜 기간 동안 변화(롱텀 체인지:lon-term change)를 위해서 전달비를 모니터링한다. 여기서 제 1 출력기어의 각위치와 제 2 출력기어의 위치는 기록되고, 그럼으로써 이것은 두 개의 출력기어 사이에서 전달비를 검출할 수 있게 된다. 샤프트의 각위치를 결정하기 위한 상술한 수학적인 경계 조건이 맞고 더이상 롱텀 체인지가 전달비에서 발생하지 않는다면, 두 개의 출력 기어의 각위치는 불필요하며 이들에 기초한 모든 계산은 동일한 결과를 가져올 것이다.

두 개의 출력기어 사이의 전달비에 대한 기설정 조건은, 샤프트의 각위치의 충분하게 정확한 결정이 더이상 불가능하다고 할 정도 측정 경로(measurement path)에서의 비가 부정확하다는 지점을 결정하기 위한 결정 기준(decision-making criterion)을 제공한다. 두 개의 출력 기어들 사이의 전달비가 설계 파라미터(design parameter)이므로, 기초가 되는 기설정 조건은 비교값 또는 이와 유사한 값으로 롬(ROM)이나 어느 시간 (전원 공급 장치가 없는 상태로 장기간 차량이 정지한 경우를 포함)에나 접근가능한 비휘발성 메모리 상에 기록될 수 있다. 그 결과 각센서에서의 각점프와 이에 따른 폴트는 항상 검출될 수 있다.

상술한 방법의 추가적인 개선에 있어서, 각 위치차에 기초하여 결정된, 제 1 출력기어에 대한 라운드 카운트 값(round count value)과 제 1 출력기어의 각위치는 함께 추가된다. 위에서 상술한 바와 같이 상술한 주기수에 대응하는 라운드 카운트 값을 기록하는 것은 높은 수준의 정확도를 가지는 이과정에서 사용되는 센서 요소를 요구한다. 완전 회전(full revoluation)에 근접하는 경우에만, 확실한 결정이 이루어져서 새로은 회전을 하도록 하고, 이에 따라 출력기어 및 이에 따른 샤프트의 각위치를 측정할 때 더이상 각점프가 발생하지 않도록 한다.

상술한 방법의 추가적인 개선에 있어서, 비교값을 결정하기 위하여, 중복 기준값(redundant reference value)는 각위치차에 기초하여 결정된, 제 2 출력 기어에 대한 라운드 카운트값과 전달비로 가중된 제 2 출력 기어의 각위치의 합으로부터 생산된다. 이것은, 제 2 출력 기어의 각위치가 전달비에 대하여 제 1 출력 기어의 위치로 전환됨을 의미한다. 여기서, 전달비는 각센서를 설계할 때 정해지고, 이 전달비로 기설정값을 이용하는 것으로 전달비는 기술될 수 있다. 기준값과 이러한 형태로 생성되는 비교값의 비교는 이것이 기설정 기준을 만족하는 지를 결정할 수 있도록 시험될 수 있다. 예를 들면, 만약 두 개의 값이 비교를 위해 각각 나누어지면, 기설정된 조건은 만약 몫이 하나로부터 너무 멀다면(the quotent is too far from one), 만족될 수 있다.

분할(division)은 컴퓨팅 관점에서 매우 낭비적인 작업이므로, 상술한 방법의 보다 편리한 개선책은, 상기 비교가 기준값과 비교값의 차이를 형성하는 것을 포함하는 것을 제공하고, 여기서 기설정 조건은 만약 형성된 차이가 기설정 값범위에 있다면 만족되어진다. 이러한 방식으로, 간단한 논리 회로(simple logic circuit)는 상기 비교가 기설정 조건을 만족하는지를 모니터링하는데 사용될 수 있다.

또 다른 개선책에 있어서, 상술한 방법은, 형성된 비교, 보다 바람직하게는 차이를 메모리에 저장하는 단계를 포함한다. 이것은 상기 비교가 평가될 수 있도록 하여서, 예를 들면, 차량을 서비스하는 동안 각센서의 가능한 마모(possible wear)검출할 수 있고, 이에 따라 각센서는 고장나기 전에 교체될 수 있다.

하지만, 이러한 원칙에서 상기 비교는 어떠한 방식으로도 저장될 수 있으며, 시간에 대한 예를 들면(for example over time), 상술한 방법에서 보다 바람직한 개선책은, 상기 비교가 상술한 차이를 포함하고, 이것은, 만약 메모리에 저장된 차이값이 형성된 차이값보다 작은 경우, 메모리에 단지 저장되도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 비교를 저장하기 위한 저장 공간을 최소화할 수 있다.

상술한 각센서의 또다른 개선책에 있어서, 출력 기어들의 각 위치는 자기저항 세서(magetoresistive sensor)를 통해 검출되고, 이들 각각은 두 개의 구별되는 측정 트랜스듀서를 구비하고, 각각 하나의 인코더 신호를 출력하며, 여기서 각센서에서의 폴트는 각센서에서의 두 개의 측정 트랜스듀서의 상대적 위치에 기초하여 식별된다. 만약 각센서를 설계하였을 때 정해진 전달비로 소정 값을 사용하여 양자가 기술될 수 있다. 이러한 방식으로 생성된 기준값과 비교값의 비교는 이것이 기설정 조건을 만족하는 지를 결정하도록 테스트될 수 있다. 만약, 예를 들면, 두 개의 값이 상기 비교를 위하여 서로 나눠지면, 기설정 조건은 만약 그 몫이 하나로 부터 너무 멀다면 만족될 수 있다.

분할은 컴퓨팅 관점에서 매우 낭비적인 작업이므로, 상술한 방법의 보다 편리한 개선책은, 상기 비교가 기준값과 비교값의 차이를 형성하는 것을 포함하는 것을 제공하고, 여기서 기설정 조건은 만약 형성된 차이가 기설정 값범위에 있다면 만족되어진다. 이러한 방식으로, 간단한 논리 회로(simple logic circuit)는 상기 비교가 기설정 조건을 만족하는지를 모니터링하는데 사용될 수 있다.

상술한 방법은 형성된 비교, 보다 바람직하게는 차이를 메모리에 저장하는 단계를 포함한다. 이것은 상기 비교가 평가될 수 있도록 하여서, 예를 들면, 차량을 서비스하는 동안 각센서의 가능한 마모(possible wear)검출할 수 있고, 이에 따라 각센서는 고장나기 전에 교체될 수 있다.

하지만, 이러한 원칙에서 상기 비교는 어떠한 방식으로도 저장될 수 있으며, 시간에 대한 예를 들면(for example over time), 상술한 방법에서 보다 바람직한 개선책은, 상기 비교가 상술한 차이를 포함하고, 이것은, 만약 메모리에 저장된 차이값이 형성된 차이값보다 작은 경우, 메모리에 단지 저장되도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 비교를 저장하기 위한 저장 공간을 최소화할 수 있다.

상술한 각센서의 또다른 개선책에 있어서, 출력 기어들의 각 위치는 자기저항 세서(magetoresistive sensor)를 통해 검출되고, 이들 각각은 두 개의 구별되는 측정 트랜스듀서를 구비하고, 각각 하나의 인코더 신호를 출력하며, 여기서 각센서에서의 폴트는 각센서에서의 두 개의 측정 트랜스듀서의 상대적 위치에 기초하여 식별된다. 만약 각센서에서 측정하는 트랜스듀서가 대응하는 출력 기어의 90° 오프셋되어 배치되면, 양 센서의 상대적 위치는 엔코더 신호의 직교성에 기초하여 용이하게 검출될 수 있고, 만약 직교성이 존재하지 않는다면, 이러한 폴트는 결정될 수 있다. 폴트에 대한 각센서의 저항성(resistance)는 이러한 방식으로 증가될 수 있다.

본 발명의 다른예에 따르면 제어 장치는 상술한 방법 중 하나를 실행하도록 설계된다.

상술한 장치의 또다른 개선책에 있어서, 상기 장치는 메모리와 프로세서를 구비한다. 상술한 방법은 메모리에 컴퓨터 프로그램 형태로 저장되고, 프로세서는, 상기 컴퓨터 프로그램이 메모리에서 프로세서로 로딩될 때 상기 방법을 실행하도록 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 샤프트에 의해 구동되는 제 1 출력 기어 와 상기 샤프트에 의해 구동되는 제 2 출력 기어 사이의 각위치차에 기초하여 상기 샤프트의 각위치를 결정하기 위한 각센서는, 제 1 출력 기어, 상기 제 1 출력 기어 의 직경과 상이한 직경을 가진 상기 제 2 출력 기어, 상술한 제어 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컴퓨터 프로그램 제품은, 컴퓨터 기록 가능 데이터 캐리어 상에 저장되고 ,데이터 프로세싱 장치상에서 실행되는 상술한 방법을 실행하는 프로그램을 구비한다.

상술한 본 발명의 특징, 특이점 및 이익과 이것들이 획득되는 방식은 다음의 예시적인 실시예와 관련되어서 보다 명확해질 것이며, 도면과 관련되어서 보다 상세하게 설명되어질 것이다.
도 1은 스티어링 시스템을 구비한 자동차의 사시도를 개략적으로 표시하는 도면.
도 2는, 도 1에서의 스티어링 시스템을 위한 스티어링 각센서의 사시도를 개략적으로 표시하는 도면.
도 3은, 도 2에서의 스티어링 각센서에서 출력기어들의 각들이 도 1에서의 스티어링 앵글 시스템의 스티어링 각에 대하여 도 2에서의 스티어링 각센서에서의 출력 기어의 각들이 플롯되어 있는 상태를 나타내는 도면.
도 4는 도 2에서의 스티어링 각센서에서 제어 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 도 2에서 스티어링 각센서에서 대체적인 제어 장치를 개략적으로 나타내는 도면.

도면에 있어서, 동일한 기술적 요소에 대해서는 동일한 기호가 부여되며, 단지 한번만 설명될 것이다. 도면들은 매우 개략적이며, 실제 수치적인 비례는 반영하지 않는다.

도 1은 스티어링 시스템(4)를 구비한 자동차(2)의 사시도를 개략적으로 나타낸다. 본 발명의 일실시예에서, 자동차(2)는 두 개의 프론트휠(6)과 두 개의 리어휠에 의해 지지되는 샤시(10)를 포함한다. 프론트휠(6)는 스티어링시스템(4)에 의해 영향을 받아서(impinged) 되어서 자동차(2)는 벤드(bend)상에서 구동될 수 있다.

스티어링 시스템(4)은 스티어링 샤프트(14)에 장착되며 회전축(16)의 중심으로 피봇가능하게 차례레로 장착되는 스티어링휠(12)을 구비한다. 스티어링휠(12)은, 그래서,회전축(16)을 중심으로 스티어링 샤프트각(18)에 기초하여 스티어링각(20)을 설정하도록 구성되며, 여기서 스티어링 기어(22)는 프론트휠(6)상에서 벤드상에서의 구동을 위해 영향을 받게(impinged)될 것이다. 다시말해, 스티어링 휠 12은, 일예로, 자동차(2)운전자에 의해 회전된다.

본 발명의 일실시예에서, 스티어링 샤프트 각(18)은 스티어링 각센서(24)에 의해 검출된다. 검출된 스티어링 샤프트각(18)을 사용하여, 드라이브 유닛(26)은, 스티러이 기어(12)를 실행하여서 자동차(2)의 프론트휠(6)이 대응하는 스티어링각(20)에 따라 영향을 받게 된다.

도 2에서는 도 1에서의 스티어링 시스템(4)을 위한 스티어링 각센서(2)의 사시도를 개략적으로 표시하는 도면이 표시된다.

스티어링 각센서(24)는 구동 기어 직경(30:drive gear diameter)를 가진 구동 기어(2)를 구비하며, 구동 기어(28)는 적치되고, 스티어링 샤프트(14)에 동심상으로 연결되며, 이에 따라 스티어링 샤프트(14)가 회전하면, 이에 따라 회전축(16)을 중심으로 회전한다. 구동 기어(28)는, 이에 따라, 스티어링 샤프트각(18)에 따라 조절된다.

스티어링 샤프트각(18)의 도형학(metrological)적인 결정을 위하여, 구동기어(28)는, 스티어링 샤프트(14)가 회전할 때, 제 1 출력 기어(32)및 제 2 출력기어(34)를 구동하고, 여기서 출력 기어들은 구동 기어(28)의 가장자리 주변에서 다양한 주변적인 위치(circumferential positions)에 배치된다. 그래서, 구동기어(28)를 통해, 스티러링 샤프트(14)는, 스티어링 샤프트각(18)에 따라 회전할 때, 제 1 출력 기어(32)를 제 1 출력 기어각(33)으로 회전시키고, 제 2 출력기어(34)를 제 2 출력 기어각(35)으로 회전시킨다.

제 1 출력기어(32)는 제 1 출력기어 직경(36)을 가지며, 이는 제 2 출력기어(34)의 제 2 출력기어 직경(38)보다 크다. 출력기어 직경(36,38)둘다 구동 기어 직경(30)보다 작다. 결과적으로, 스티어링 샤프트(14)가 회전하면, 구동 기어(28)은 가장 느린 것(the slowest)를 회전시키고, 제 1 출력 기어 유닛(26)은, 그래서, 스티어링 기어(12)를 작동시셔서 자동차(2)의 프론트휘(6)이 대응하는 스티어링각(20)으로 영향을 받게 된다.

도 2에서는 도 1에서의 스티어링 시스템(4)을 위한 스티어링 각센서(2)의 사시도를 개략적으로 표시하는 도면이 표시된다.

스티어링 각센서(24)는 구동 기어 직경(30:drive gear diameter)를 가진 구동 기어(2)를 구비하며, 구동 기어(28)는 적치되고, 스티어링 샤프트(14)에 동심상으로 연결되며, 이에 따라 스티어링 샤프트(14)가 회전하면, 이에 따라 회전축(16)을 중심으로 회전한다. 구동 기어(28)는, 이에 따라, 스티어링 샤프트각(18)에 따라 조절된다.

스티어링 샤프트각(18)의 도형학(metrological)적인 결정을 위하여, 구동기어 28는, 스티어링 샤프트(14)가 회전할 때, 제 1 출력 기어(32)및 제 2 출력기어(34)를 구동하고, 여기서 출력 기어들은 구동 기어(28)의 가장자리 주변에서 다양한 주변적인 위치(circumferential positions)에 배치된다. 그래서, 구동기어(28)를 통해, 스티어링 샤프트(14)는, 스티어링 샤프트각(18)에 따라 회전할 때, 제 1 출력 기어(32)를 제 1 출력 기어각(33)으로 회전시키고, 제 2 출력기어(34)를 제 2 출력 기어각(35)으로 회전시킨다.

제 1 출력기어(32)는 제 1 출력기어 직경(36)을 가지며, 이는 제 2 출력기어(34)의 제 2 출력기어 직경(38)보다 크다.

두 개의 출력기어(32,34)의 출력 기어각(33,35)를 비교함으로써, 스티어링 샤프트각(18)은 이제 360°를 초과하는 각도 범위로 기록될 수 있다.-다시 말해 스티어링 샤프트(14)의 스티어링 샤프트 각(18)은 멀티플 풀각도(multiple full angle)를넘어서 기록될 수 있다. 출력기어(32,34)의 출력 기어각(33,35)을 비교하기 위하여, 제 1 측정 트랜스듀서(40)가 제 1 출력기어각(33)의 제 1 실제 출력기어각값(42)을 기록하기 위해 사용되고, 제 2 측정 트랜스듀서(44)가 제 1 출력기어각(35)의 제 1 실제 출력기어각값(46)을 기록하기 위해 사용된다. 출력기어각(33,35)의 비교에 대한 보다 상세한 설명은 다음시점에 하도록 한다.

실제 출력기어각값(42, 46)을 기록하기 위하여, 출력기어(32,34)는, 공지의 방식으로, 예컨대 자기 장비를 이용하여, 주변 방향(circumfential direction)으로 암호화된다(encorded). 두 개의 측정 트랜스듀서(40,44)는 출력 기어(32,34)에 대하여 고정되도록 배열된다. 출력기어(32,34)가 회전하면, 암호화는 각각 측정 트랜스듀서(40,44)의 관점에서 변경되고, 이에 따라 그들은 그들의 대응하는 실제 출력 기어각값(42,46)를 기록하고, 이를 적절한 신호로 출력한다. 이는 이미 지금까지 알려진대로 이므로, 더이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.

실제 출력기어각값(42,46)의 비교와 이에 기초한 스티어링 샤프트각(18)의 결정은 도 3의 도움에 따라 아래에서 설명하도록 하며, 여기서는 제 1 출력 기어각 (33)과 제 2 출력기어각(35)의 출력기어각값(42,46)은 스티어링샤프트(14)의 스티어링각(18)에 대하여 플롯된다(plotted).

제 1 실제출력 기어각값(42)의 프로파일(profile)은 점선으로 플롯되며, 제 2 실제출력 기어각값(46)의 프로파일(profile)은 대쉬선으로 플롯된다. 여기서 보는 바와 같이, 도형학적인 이유에서, 실제 출력기어각값(42,46)은 풀앵글(50)의 360°까지 항상 증가하고 그다음 다시 0°에서 시작한다.

보다 명확하게 하기 위하여, 도면 부호 48에서, 제 1 출력기어각(33)의 프로파일은 제 1 초과풀출력기어각값(52:first beyond-full output gear angle)으로서 플롯되고, 제 2 출력기어각(35)의 프로파일은 제 2 초과풀출력기어각값(54:first beyond-full output gear angle)으로서 플롯된다. 도 2에서 보다 상세하게 표시하고 있지 않지만, 제로 포지션(zero position)에서 시작하여서, 초과풀출력기어각값(52,54)은 360°를 초과하는 각도 범위를 넘어서 각각의 출력기어(32,34)의 위치를 특정하고, 이에 따라 출력기어(32,34)의 회전수(the number of revolution)가 상기 초과풀출력기어각값(52,54)로부터 역시 식별할 수 있다.

도면 부호 48에서 도시된 바와 같이, 스티어링각(18)이 보여지면서, 제 2 출력 기어(34)는 제 1 출력기어(32)보다 빠르게 회전한다. 이것은 제 1 출력기어(32)가 제 2 출력기어(34)의 제 2출력기어직경(38)보다 큰 제 1 출력기어직경(36)을 가지고 있기 때문이다.

도 3에서 도면부호 48의 핵심적인 부분은 2개의 초과-풀출력기어각값(52,54)사이의 차이가 2개의 초과 풀출력기어각값(52,54)에 명백하게 할당될 수 있다는 것이다. 도 3은 두 개의 초과 풀출력기어각값 중 하나(54)와 결정된 차이(56)사이에서의 할당의 예를 보여준다. 그래서, 차이(56)가 알려지면, 두 개의 출력기어(32,34)의 적어도 하나의 초과-풀출력기각값(52,54)도 역시 결정될 수 있다.

차이(56)는 원칙적으로 실제 출력기어각값(42,46)을 기초로 결정될 수 있으며, 이 경우, 양(positive)및 음(negative)의 값 사이에서의 차이(56)는, 만약 두 개의 출력 기어각(33,35)가 풀앵글(50)을 초과하면, 점프된다는 점을 고려하여야 한다. 하지만, 이러한 것의 예는 DE 198 49 554 C1 dp 예로서 기술되어 있다. 하지만 이러한 값점프(value jump)는 차이(56)의 절대값을 생산함으로써 예로서 고려되어야 한다. 차이(56)와 2개의 출력 기어(32,34)중 하나의 초과-풀출력기어각값(52,54)는, 그러므로, 실제 출력 기어값(42,46)을 기록하는 두 개의 측정 트랜스듀서(40,44)에 단독으로 기초하여 결정될 수 있다. 특정예는 도 4에서 후술하도록 한다.

만약 초과풀출력 기어각값(52,54)가 알려지면, 스티어링 샤프트각(18)은 대응하는 출력 기어 직경(36,38)과 구동 기어 직경(30)사이의 비로부터 유추될 수 있다. 왜냐하면, 스티어링 샤프트(18)는 이 비를 통해 대응하는 초과-풀출력기어각값(52,54)에 비례적으로 종속되기 때문이다.

스티어링 샤프트각(18)의 각점프는 실제 출력기어각값(42,46)-이들의 각 점프는 설명의 간략화를 위해 여기서 설명하지 않음-을 검출할 때 실제로 측정 에러로 인하여 발생되므로, 미리 결정된 초과 풀출력기어각값(52, 54)는 우선 대응하는 출력기어(32,34)의 완전 회전수를 결정하는데 사용되며, 여기서 실제 출력기어각값(42,46)은 추가된다. 마침내, 두 개의 출력기어(32,34)중 하나의 초과풀출력기억각값(52,54)는 우선 결정되고, 360°의 풀각(완전각)으로 나누어진다. 이것이 표준화된 라운드 카운트 값으로 귀결되며, 라우든카운트값은 대응하는 출력기어(32, 34)의 회전수를 기술하며, 이것은 소수점을 이용하여 2개의 풀각도사이에서의 회전을 기술한다. 모든 소수자리는 이 라운드 카운트 값에서 정수 형태를 갖도록 제거되며, 대응하는 출력기어(32,34)의 완전회전수는 실제 라운드카운트값으로서 정의된다. 대응하는 출력기어(32,34)의 대응하는 실제 출력기어각값(42,46)은 이 때 더해져서 실제 라운드 카운트값이되고, 이것은, 대응하는 출력기어(32,34)의 초과풀출력기어각값(52,54)이 되고, 여기서 차례로 스티어링 샤프트각(18)이 결정될 수 있다.

원칙적으로, 스티어링 샤프트각(18)이 이런식으로 결정되면 각점프는 더 이상 일어나지 않는다. 하지만, 실제로 각점프는 일어난다. 그 이유는 스티어링 샤프트각(18)이 단지 2개의 실제(측정 에러가 기록되는)출력 기어각값(42,46)뿐만 아니라 개별 기어(28,32,34)사이의 전달비와 같은 스티어링 각센서(24)의 내부 특성에 종속되기 때문이다. 이러한 내부 특성이 노화, 마모의 원인이 되므로, 스티어링 샤프트각(18)이 검출될 때 이것들은 변경되고 비슷하게 측정에러를 야기한다.

하지만, 이러한 측정 에러는 스티어링 각센서(26)의 내부 특성을 모니터링 함으로써 발결될 수 있고, 필요하다면 표시될 수 있다.

도 4를 참조하면, 노화 및/또는 마모로 인한 측정 에러를 식별하기 위한 상술한 원칙을 동시에 실행하는 동안 스티어링 샤프트각(18)을 결정하기 위한 상술한 방법을 실행하는 제어 장치를 아래에서 설명한다.

제어 장치(58)는 두개의 실제 출력 기억각값(42,46)을 수신하고, 특정 뺄셈기(60)를 사용아혀 차이(56)를 결정한다. 상술한 이유로 인하여, 각 출력기어(32,34)가 풀각도(50)을 통과하는 경우 실체 출력기어각값(42,46)상에서 뺄셈(subtration)을 실행할 때 점프가 발생하므로, 통상의 뺄셈기는 사용하지 않는다.

상기 차이(56)에 기초하여, 제어 장치(58)는, 다음으로, 제 1 출력기어(32)의 제 1 초과풀출력기어각값(52)과 제 1 출력기어(34)의 제 1 초과풀출력기어각값(54)를 계산한다. 상기 차이(56)와 두 개의 초과풀출력기어각값(52,54)사이의 상술한 기능적인 관계는 비례적이다. 비례성 요소(proportionalilty factor)는 개별 출력기어(32,34)가 서로 상대적으로 2개의 출력기어(32,34)의 두 개의 식별 상대 위치사이에서 회전하는 토탈 라운드수(62,64:total round number)이다.

제 1초과풀출력기어각값(52)의 연산을 우선적으로 설명한다. 제 1 초고풀출력기어각값(52)을 부정확하게 결정하기 위하여, 측정에러와 함께, 제어 장치(58)는 증배기(66:multiplier)에서 상기 차이(56)를 제 1 토탈 라운드수(62)로 곱한다. 제어 장치(58)는, 그러면, 분할기(68)에서 360°로 부정확하게 결정된 제 1 초과풀출력각값(52)를 나누어서 제 1 출력기어(32)에 대한 상술한 제 1 표준화 라운드 카운트값(70)을 결정한다. 정수 연산장치(72)에서, 제어 장치(58)는 그 다음, 제 1 표준화 라운드 카운트값(70)으로부터 소수자리를 제거하고, 그 다음 제 1 출력기어(32)의 제 1 실제 라운드 카운트값(74)를 계산한다. 제어 장치(58)는, 그 다음, 이러한 제 1 라운드 카운트값(74)을 다른 승배기(66)에서 풀각도, 예를 들면 360°으로 곱하고, 그래서 제 1 출력기어(32)에 의해 마지막으로 패스되는 제 1 풀각도(76)를 계산한다. 제어 장치(58)는, 그다음, 덧셈기(78)를 사용하여 최종 패스된 제 1 풀각도(76)를 제 1 출력기어(32)의 제 1 실제 출력기어각값(42)에 더하고, 이에 따라 제 1 출력기어(32)의 정확한 제 1 초과 풀출력기어각값(52)를 획득한다. 마지막으로 스티어링 샤프트각(18)을 결정하기 위하여, 제어 장치(58)는 승배기(66)을 사용하여 제 1출려기어(32)의 제 1 초과풀출력기어각값(52)과 구동 기어(28)과 제 1 출력기어(32)사이의 제 1 전달비(80)를 곱한다. 제 1 전달비(80)는 구동 기어 직경(30)과 제 1 출력 기어 직경(36)사이의 비에 대응한다.

제 2 초과풀출력기어각값(54)의 연산을 이제 설명하도록 한다. 제 2 초과풀출력기어각값(54)을 부정확하게 결정하기 위하여, 측정에러와 함께, 제어 장치(58)는 증배기(66:multiplier)에서 상기 차이(56)를 제 2 토탈 라운드수(64)로 곱한다. 제어 장치(58)는, 그러면, 분할기(68)에서 360°로 부정확하게 결정된 제 1 초과풀출력각값(52)를 나누어서 제 1 출력기어(32)에 대한 상술한 제 2 표준화 라운드 카운트값(84)을 결정한다. 정수 연산장치(72)에서, 제어 장치(58)는 그 다음, 제 2 표준화 라운드 카운트값(82)으로부터 소수자리를 제거하고, 그 다음 제 1 출력기어(34)의 제 2 실제 라운드 카운트값(84)를 계산한다. 제어 장치(58)는, 그 다음, 이러한 제 2 라운드 카운트값(84)을 다른 승배기(66)에서 풀각도, 예를 들면 360°으로 곱하고, 그래서 제 2 출력기어(32)에 의해 마지막으로 패스되는 제 2 풀각도(86)를 계산한다. 제어 장치(58)는, 그다음, 덧셈기(78)를 사용하여 최종 패스된 제 2 풀각도(86)를 제 2 출력기어(34)의 제 2 실제 출력기어각값(46)에 더하고, 이에 따라 제 2 출력기어(34)의 정확한 제 2 초과 풀출력기어각값(554)를 획득한다. 스티어링 샤프트각(18)의 중복 결정(redundant determination)은 제어 장치(58)에서 이 방법을 실행하도록 요구되지 않는다.

제어 장치(18)는 이제 제 1 초과 풀출력기어각값(52)을 스티어링 샤프트각(18)에 대한 기준값으로 다루고, 제 2 초과풀출력 기어각값(54)에 기초하여 검출장치(88)에서 타당성 체크(plausibility check)에 대상이 되게 한다. 이러한 검출 장치(88)의 예시적인 구성을 아래에서 설명한다.

제어 장치(58)에 있는 검출장치(88)는 먼저 제 2 초과풀출력기어각값(54)를 기준값에 대한 비교값으로 전환한다. 폴트프리 케이스(fault-free case)에서, 이럿은 제 1 초과풀출력기어각값(52)만틈 커야한다. 명확하게 하기 위하여, 비교값은 참조부호 52'로 표기된다.

비교값(52')를 결정하기 위하여, 검출장치(88)는 제 2 초과풀출력각값(54)에 제 1 출력기어(32)와 제 2 출력기어(34)의 전달비(90)를 곱한다. 이러한 방식으로, 제 2 초과 풀출력기어각값(54)은 제 1 초과풀출력기어각값(52)으로 변환된다. 두 개의 출력기어(32,34)의 전달비가 맞다면, 스티어링 각센서(24)의 내부 특성, 예컨대 스티어링각(18)을 결정하기 위한 스티어링 각센서(24)의 제어 장치(58)의 토탈 라운드수(62,64)도 역시 맞다. 이러한 케이스에서, 각점프(angular jump)는 상술한 바와 같이 발생하지 않는다.

두 개의 출력기어(32,34)의 전달비가 맞는지를 확인하기 위하여, 제어 장치(58)에서의 검출장치(88)는 뺄셈기(54)를 이용하야 비교차이(92)를 형성함으로써 기준값(54)과 비교값(54')를 비교하고, 체킹 유닛(94)를 사용하여 상기 비교차이(92)가 기설정 한도(95)보다 작은지를 확인한다. 비교 차이(92)가 이 한도(95)를 넘어서면, 체킹 유닛(94)는 경고 신호(96)을 출력할 수 있고, 이 경고 신호는, 예컨대 유지 관리 목적으로 스티어링 각센서(24)로부터 출력될 수 있다.

대안으로, 또는 부가적으로, 비교 차이(92)는 메모리(97)에 저장될 수도 있다. 저장된 비교차이(92')는 예컨대 유지 관리 목적으로 메모리(97)로부터 콜업될 수 있다. 선택적으로는, 인터페이스가 제공되어서 기존에 저장된 비교차이(92’)와 저장되어질 새로운 비교 차이(92)를 비교하고, 저장 처리가 특정 경우, 예를 들면, 만약 저장된 비교차이(92')가 새로운 비교차이(92)가 적은 경우에만 실행될 수 있다.

상술한 실시예에서, 제 1 초과풀출력기어각값(52)는 스티어링 샤프트 각(18)에 대한 기준값으로 이용되고, 제 2 초과 풀출력기어각값(54)는 제어 장치(58)에서 비교값을 결정하기 위한 기초로서 이용된다. 대안으로는, 하지만, 스티어링각(18)은 중복적으로 제어 장치(58)에서 결정될 수 있고, 검출 장치(88)에서 폴트용으로 검출될 수 있다. 도 5에서는 그 예가 도시된다. 이 경우, 제 2 초과풀출력기어각값(54)는 제 2 전달비(90)이 아니라 제 2 출력기어(34)와 구동 기어(28)사이의 전달을 나타내는 제 3 전달비(99)에 의해 곱해진다. 이러한 방식으로, 중복 스티어링 샤프트 각(18')는 직접 결정된다. 스티어링 각(18)은 이제 기준값으로 사용될 수 있으며, 중복 스티어링 샤프트각(18')는 비교값으로 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 두 개의 측정 트랜스듀서(40,42)는 자기 측정 트랜스듀서로서 구현될 수 있다. 측정 트랜스듀서(40,42)가 AMR 기술로 기초한다면, 측정 트랜스듀서(40,42)의 암호화 신호의 직교성은 스티어링각센서(24)를 모니터도록 사용되어서 이것이 올바르게 기능하는지를 결정한다. 이러한 모니터링은 검출 장치(88)의 출력 신호와 함께 사용되어서, 예를 들면, ASIL-D에 따라, 높은 신뢰성을 얻을 수 있게 된다.

Claims (10)

1. 샤프트(14)에 의해 구동되는 제 1 출력 기어(32)와 상기 샤프트(14)에 의해 구동되는 제 2 출력 기어(34)사이의 각위치차(56)에 기초하여 상기 샤프트(14)의 각위치(18)를 결정하도록 하는 각센서(24)에서 폴트(96)를 식별하기 위한 방법으로서, 상기 각 기어들은 그들의 직경(34,36)에 있어서 서로 상이하고,
   상기 폴트(96)를 식별하기 위한 방법은,
   상기 제 1 출력 기어(32)의 각 위치(42)에 기초하여 상기 샤프트(14)의 각 위치(18)을 위한 기준값(18, 52)를 결정하는 단계;
   상기 제 2 출력 기어(34)의 각위치(46)와 상기 제1 출력 기어(32)와 상기 제 2 출력 기어(34)사이의 전달비(90)에 기초하여 상기 샤프트(14)의 각위치(18)를 위한 비교값(18',52')를 결정하는 단계;
   상기 기준값(18,52)의 비교 (93,94)와 상기 비교값(18',52')이 기설정 조건 (95)를 만족할 때 상기 폴트(96)를 식별하는 단계를 포함하는, 폴트(96)를 식별하기 위한 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 기준값(18,52)를 결정하기 위하여, 상기 제 1 출력기어(32)에 대하여 상기 각위치차(56)의 기초에 따라 결정되는 라운드 카운트값(76)과 상기 제 1 출력 기어(32)의 각위치(42)가 함께 부가되는, 폴트(96)를 식별하기 위한 방법.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 비교값(18',52')을 결정하기 위하여, 중복 기준값(52')은, 제 2 출력 기어(34)에 대한, 상기 각위치차(56)에 기초로 결정되는 라운드 카우트값(86)과 상기 전달비(90)의 가중치(66)를 통해 상기 제 2 출력 기어(34)의 각위치(46)의 합 (78)으로부터 결정되는, 폴트(96)를 식별하기 위한 방법.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한항에 있어서,
   상기 비교 (93,94)는 사기 기준값(18,52)과 상기 비교값(18',52')의 차이의 형성을 포함하고, 상기 기설정 조건(95)은 상기 형성된 차이(92)가 기설정 값범위 (95)를 벗어나면 만족하는, 폴트(96)를 식별하기 위한 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   메모리(97)에 상기 형성된 차이(92)를 저장하는 단계를 포함하는, 폴트(96)를 식별하기 위한 방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 차이(92)는, 메모리(97)에 저장된 차이(92')의 값이 형성된 차이(92)의 값보다 작은 경우에만 메모리에 저장되는, 폴트(96)를 식별하기 위한 방법.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한항에 있어서,
   상기 출력 기어들(32,34)의 각 위치들(42,46)은 자기 저항 센서 (40,44)를 사용하여 검출되고, 상기 각센서(24)에서의 폴트(96)는 상기 각위치들(42,46)를 설명하는 신호들을 출력하는 상기 자기저항 센세(40,44)의 출력 신호의 직교성에 기초하여 식별되는, 폴트(96)를 식별하기 위한 방법.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하도록 설계된 제어 장치(58).
   
9. 샤프트(14)에 의해 구동되는 제 1 출력 기어(32)와 상기 샤프트(14)에 의해 구동되는 제 2 출력 기어(34)사이의 각위치차(56)에 기초하여 상기 샤프트(14)의 각위치(42),46를 결정하기 위한 각센서(24)는, 제 1 출력 기어(32), 상기 제 1 출력 기어(32)의 직경(36)과 상이한 직경(38)을 가진 상기 제 2 출력 기어(34), 및 제 8 항에 기재된 제어 장치(58)를 포함하는, 각센서.
   
10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한항에 기재된 방법의 모든 단계를 실행할 수 있는 프로그램 코드 리소스를 포함하는 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 청구항 8에 기재된 제어 장치(58)상에서 실행되는, 컴퓨터 프로그램.

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