KR20190035910A - 샤프트의 절대 회전 각도를 결정하기 위한 센서 시스템, 샤프트의 절대 회전 각도를 결정하기 위한 방법, 및 센서 시스템을 갖는 차량 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 한 바퀴 이상의 회전 각도 범위를 갖는 샤프트(10)의 절대 회전 각도(δ)를 결정하기 위한 센서 시스템(1), 및 방법과, 센서 시스템(1)을 갖춘 차량에 관한 것으로서, 센서 시스템(1)은, 샤프트(10)에 동기식으로 회전 가능하게 연결될 수 있는 메인 로터(2), 메인 로터(2)에 기계식으로 결합되는 제1 보조 로터(3), 메인 로터(2)에 기계식으로 결합되는 제2 보조 로터(4), 제1 보조 로터(3)의 회전 각도에 의존하는 제1 센서 신호를 생성하기 위해 제1 보조 로터(3)에 배속되는 제1 센서 장치(SE1), 제2 보조 로터(4)의 회전 각도에 의존하는 제2 센서 신호를 생성하기 위해 제2 보조 로터(4)에 배속되는 제2 센서 장치(SE2), 메인 로터(2)에 배속되며, 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)에 의존하는 제3 센서 신호를 생성하는 데 사용되는 제3 센서 장치(SE3), 및 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ)를 센서 장치들(SE1, SE2, SE3)의 센서 신호들로부터 결정하기 위한 평가 장치를 포함한다. 제3 센서 장치의 검출 범위(α)는 360°보다 작다.
Description
본 발명은 한 바퀴 이상의 회전 각도를 갖는 샤프트의 절대 회전 각도를 결정하기 위한, 특히 한 바퀴 이상의 조향 각도를 갖는 차량의 조향 샤프트의 절대 조향 각도를 결정하기 위한 센서 시스템에 관한 것으로서, 센서 시스템은, 샤프트에 동기식으로 회전 가능하게 연결될 수 있는 메인 로터, 일정하고 균일한 제1 병진 운동으로 메인 로터에 기계식으로 결합되는 제1 보조 로터, 제1 병진 운동과는 다른 일정하고 균일한 제2 병진 운동으로 메인 로터에 기계식으로 결합되는 제2 보조 로터, 제1 보조 로터에 배속되며, 제1 보조 로터의 회전 각도에 의존하는 제1 센서 신호를 생성하는 데 사용되는 제1 센서 장치, 제2 보조 로터에 배속되며, 제2 보조 로터의 회전 각도에 의존하는 제2 센서 신호를 생성하는 데 사용되는 제2 센서 장치, 메인 로터에 배속되며, 메인 로터의 상대 회전 각도에 의존하는 제3 센서 신호를 생성하는 데 사용되는 제3 센서 장치, 및 센서 장치들의 센서 신호들로부터 메인 로터의 절대 회전 각도를 결정하기 위한 평가 장치를 포함한다. 또한, 본 발명은 전술한 바와 같은 센서 시스템으로 샤프트의 절대 회전 각도를 결정하기 위한 방법, 및 이러한 센서 시스템을 갖는 차량에 관한 것이다.
샤프트의 절대 회전 각도를 결정하기 위해, 샤프트에 동기식으로 회전 가능하게 연결될 수 있는 샤프트, 일정하고 균일한 제1 병진 운동으로 메인 로터에 기계식으로 결합되는 제1 보조 로터, 제1 병진 운동과는 다른 일정하고 균일한 제2 병진 운동으로 메인 로터에 기계식으로 결합되는 제2 보조 로터, 제1 보조 로터에 배속되며 제1 보조 로터의 회전 각도에 의존하는 제1 센서 신호를 생성하는 데 사용되는 제1 센서 장치, 제2 보조 로터에 배속되며 제2 보조 로터의 회전 각도에 의존하는 제2 센서 신호를 생성하는 데 사용되는 제2 센서 장치, 및 센서 장치들의 센서 신호들로부터 메인 로터의 절대 회전 각도를 결정하기 위한 평가 장치를 갖는 통상의 센서 시스템은 일반적으로 종래 기술로부터, 예를 들어 DE 195 06 938 A1 또는 DE 10 2009 031 176 A1로부터 공지된다. 제1 센서 장치 및 제2 센서 장치에 의해, 메인 로터의 절대 회전 각도가 결정될 수 있다.
이러한 센서 시스템으로 샤프트의 절대 회전 각도를 결정하기 위한 관련된 방법도 일반적으로, 예를 들어, 샤프트의 절대 회전 각도의 결정에 관하여 특히 추가적인 세부사항에 대하여 참조되는 앞서 언급된 DE 195 06 938 A1 또는 DE 101 10 785 A1로부터 공지된다.
샤프트의 절대 회전 각도의 결정에 있어서의 정밀도를 향상시키기 위해, DE 10 2009 031 176 A1에서 설명되는 센서 시스템에 있어서는, 메인 로터의 상대 회전 각도를 높은 분해능으로 검출하도록 설계된 제3 센서 장치가 또한 제공된다. 제1 센서 장치 및 제2 센서 장치에 의해, 제1 정밀도로 샤프트의 절대 회전 각도, 특히 메인 로터가 위치되는 회전 각도 범위를 결정하는 것이 가능하다. 높은 분해능의 제3 센서 장치에 의해, 이 회전 각도 범위 내의 메인 로터의 상대 회전 각도가 보다 양호한 제2 정밀도로 결정될 수 있으므로, 절대 회전 각도가 전체적으로 향상된 정밀도로 확인될 수 있다.
이를 위해, 제3 센서 장치는 2개의 보조 로터 사이에서 메인 로터에 대하여 고정식으로 공통 인쇄 회로 기판 상에 배치되는 자기 센서와, 메인 로터 상에 배치되며 전체 둘레에 걸쳐 형성되고, 메인 로터의 회전 동안 자기 센서를 지나 이동되는 둘레 방향으로 교대로 배치되는 자기 북극 및 자기 남극으로 구성되는 자기 링을 갖는다. 북극 및 인접하는 남극은 함께 극쌍(pole pair)을 형성한다. 자기 센서에 의해 검출되는 자속 밀도 또는 검출된 자계 방향으로부터, 회전 각도 범위 내의 메인 로터의 상대 회전 각도가 결정될 수 있다.
이러한 센서 시스템은 샤프트의 절대 회전 각도를 높은 정밀도로 결정하는 데 확실하게 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 센서 시스템, 특히 전술한 제3 센서 장치는 제조하기가 복잡하고, 그에 따라 고가이다.
또한, 특히 제1 센서 장치 및 제2 센서 장치가 또한 자기 센서 장치로서 설계되고, 해당 센서 장치들이 서로에 대하여 상호 간에 영향을 미칠 수 있을 경우, 특히, 제3 센서 장치의 자기 링은 제1 센서 장치 및/또는 제2 센서 장치의 센서 신호를 왜곡시킬 수 있고, 그에 따라 절대 회전 각도의 결정의 달성 가능한 정밀도에 악영향을 미칠 수 있는 에러 또는 부정확성이 발생할 수도 있다는 것도 사실이다. 또한, 제1 센서 장치 및/또는 제2 센서 장치의 자석은 제3 센서 신호를 왜곡시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 대안적인 센서 시스템, 바람직하게는 보다 저렴한 센서 시스템, 특히 개별 센서 장치들의 서로에 대한 상호 간의 영향이 감소될 수 있는 센서 시스템뿐만 아니라, 이러한 센서 시스템으로 샤프트의 절대 회전 각도를 결정하기 위한 연관된 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구범위의 각각의 독립 청구항에 따른 센서 시스템에 의해, 방법에 의해, 또한 차량에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 유리한 실시형태들은 종속 청구항, 발명의 상세한 설명 및 도면의 청구 대상이며, 아래에서 보다 상세하게 설명된다.
본 발명에 따른 센서 시스템은 제3 센서 장치가 360°보다 작은 검출 범위를 갖는 것을 특징으로 한다. 이는 본 발명에 따른 센서 시스템에 있어서의 제3 센서 장치의 검출 범위가 한 바퀴보다 작다는 것을 의미한다. 따라서, 제3 센서 신호가 메인 로터의 상대 회전 각도의 함수로서 제3 센서 장치에 의해 생성될 수 있는 회전 각도 범위는 한 바퀴에 걸쳐서가 아니라 규정된 각도 범위에 걸쳐서만 연장된다. 특히, 제3 센서 장치를 사용하면, 메인 로터의 상대 회전 각도는 이 각도 범위, 소위 검출 범위에서만 검출될 수 있다.
본 발명에 따른 센서 시스템은 두 회전 방향으로, 즉 좌측으로 및 우측으로 샤프트의 절대 회전 각도를 검출하도록 설계되는 것이 바람직하며, 다음과 같은 관계, 즉 α ≤ ± 360°/q이고, q > 1이 적용되는 것이 바람직하다.
제3 센서 장치가 둘레 방향으로 한 바퀴에 걸쳐서가 아니라 그 일부에 걸쳐서만 연장되는 검출 범위를 갖는다는 사실로 인해, 본 발명에 따른 센서 시스템은, DE 10 2009 031 176 A1에서 설명되는 것과 같이 검출 범위가 360°인 제3 센서 장치를 갖는 센서 시스템보다 비용 면에서 더욱 효율적이고, 그에 따라서 특히 제3 센서 장치가 더욱 단순하게 설계될 수 있어서 제조하기가 보다 간단하고 비용 효율적이다.
본 발명에 따른 센서 시스템에 의하면, 샤프트의 절대 회전 각도는 검출 범위 내에서만 보다 높은 정밀도로 결정될 수 있다. 그러나, 경험상, 증가된 정밀도는 일반적으로 전체 회전 각도 범위 또는 한 바퀴에 걸쳐서 요구되는 것이 아니라 규정된 회전 각도 범위에서만 요구되기 때문에, 예를 들어, 차량의 경우, 조향 샤프트의 절대 조향 각도의 결정에 있어서는, 증가된 정밀도가 통상 제로(zero) 위치 주위에서만 요구되고, 다수의 용례의 경우, 특히 센서 시스템 내의 제3 센서 장치의 유리한 배치구조의 경우에는, 본 발명에 따른 센서 시스템은 큰 단점 없이 사용될 수 있다.
본 발명의 의미 내에서, 샤프트의 절대 회전 각도는, 샤프트가 규정된 제로 위치에 대하여 회전되는 각도로서 정의되고, 샤프트의 절대 회전 각도는 > 360°일 수 있다.
본 발명의 의미 내에서 샤프트의 상대 회전 각도는 한 바퀴 이내의 샤프트의 회전 각도이고, 즉 상대 회전 각도는 360° 이하일 수 있다. 예를 들어, 샤프트의 절대 회전 각도가 +400°이면, 샤프트의 상대 회전 각도는 +40°이다. 따라서, -460°의 절대 회전 각도에 대한 상대 회전 각도는 -100°이다.
2개의 회전 가능하게 장착된 구성요소 사이의 회전 가능한 동기식 연결은, 규정된 회전 각도만큼의 제1 구성요소의 회전이 동일한 회전 각도만큼의 제2 구성요소의 회전을 야기하는 연결, 또한 그 반대도 성립하는 연결이다. 환언하면, 메인 로터가 샤프트에 동기식으로 회전 가능하게 연결되는 경우에는, 메인 로터의 절대 회전 각도는 샤프트의 절대 회전 각도에 대응하며, 그 반대 또한 마찬가지이다. 바람직하게는, 샤프트에 대한 회전 가능한 동기식 연결을 생성하기 위해, 메인 로터는 샤프트에 회전 가능하게 고정되는 방식으로, 특히 둘레 방향으로의 유극 없이 연결될 수 있다.
본 발명의 의미 내에서, 로터는 회전 각도를 통해 회전할 수 있게 장착되는 보디이며, 바람직하게는 센서 시스템의 적어도 하나의 로터, 즉 적어도 메인 로터 및/또는 제1 보조 로터 및/또는 제2 보조 로터는, 예를 들어 디스크-형상의 회전체로서, 예를 들어 회전 가능하게 장착되는 디스크로서, 특히 마찰 휠, 기어휠, 풀리 등으로서 설계된다.
메인 로터로서 설계되는 요소는 샤프트에 동기식으로 회전 가능하게 연결되도록 설계 또는 제공되는 센서 시스템의 회전체이고, 그 회전 각도는 본 발명에 따른 센서 시스템에 의해 검출되게 된다. 보조 로터들은 병진 운동으로 메인 로터에 기계식으로 결합되는, 센서 시스템의 회전 가능하게 장착되는 보디이다.
본 발명에 따른 센서 시스템에 있어서, 메인 로터는 바람직하게는 (각각의 경우에) 제1 보조 로터 및 제2 보조 로터와 함께 기어 메커니즘을 형성한다. 이 경우, 특히 마찰-기어 메커니즘, 기어휠 변속기 및 견인식 구동장치가 적절한 것으로 입증되었다. 환언하면, 메인 로터는 일정하고 균일한 제1 병진 운동으로 마찰 기어 메커니즘, 기어휠 변속기 및/또는 견인식 기어박스에 의해 제1 보조 로터에 결합되는 것이 바람직하고, 제1 병진 운동과는 다르기는 하지만, 마찬가지로 일정하고 균일한 제2 병진 운동으로 마찰 기어 메커니즘, 기어휠 변속기 및/또는 견인식 기어박스에 의해 제2 보조 로터에 기계식으로 결합되는 것이 바람직하다.
기어휠 변속기가 특히 유리한 것으로 입증되었기 때문에, 바람직하게는 메인 로터뿐만 아니라 제1 보조 로터 및 제2 보조 로터가 각각 기어휠로서 구현되고, 여기서 메인 로터는 제1 보조 로터 및 제2 보조 로터와 맞물리고, 제1 보조 로터 및 제2 보조 로터는 상이한 수의 치형부를 가지므로, 제1 보조 로터는 일정하고 균일한 제1 병진 운동으로 메인 로터에 결합되고, 제2 보조 로터는 제1 병진 운동과는 상이한, 일정하고 균일한 제2 병진 운동으로 메인 로터에 결합된다.
메인 로터는 직접적으로 샤프트 상에 위치되도록 설계되는 것이 바람직하며, 메인 로터는 회전 방향으로 고정되는 방식으로 둘레 방향으로의 유극 없이 샤프트에 연결될 수 있는 것이 특히 바람직하다. 이로 인해, 메인 로터의 상대 회전 각도의 사실상 히스테리시스-프리(hysteresis-free) 결정이 가능해지므로, 검출 범위에 있어서 제3 센서 장치의 상응하는 높은 분해능으로, 메인 로터의 절대 회전 각도, 또는 메인 로터에 동기식으로 회전 가능하게 연결되는 샤프트의 절대 회전 각도가 높은 정밀도로, 또한 사실상 히스테리시스 없이 검출 범위 내에서 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 센서 시스템의 유리한 디자인에 있어서, 센서 시스템은 메인 로터의 상대 회전 각도가 제3 센서 장치의 검출 범위 외에 있을 경우에는 제1 정밀도로, 또한 메인 로터의 상대 회전 각도가 제3 센서 장치의 검출 범위 내에 있을 경우에는 바람직하게는 보다 양호한 제2 정밀도로 메인 로터의 절대 회전 각도를 결정하도록 설계된다.
제3 센서 장치의 분해능은 적어도 제1 센서 장치 및/또는 제2 센서 장치만을 사용해서 결정되는 메인 로터의 절대 회전 각도의 분해능만큼 높은 것이 바람직하고, 적어도 2배 높은 것이 바람직하며, 적어도 4배 높은 것이 특히 바람직하다. 제3 센서 장치의 분해능은 절대 회전 각도가 제3 센서 신호를 고려하지 않고 제1 센서 신호 및/또는 제2 센서 신호로부터 결정될 수 있는 분해능의 적어도 10배의 분해능인 것이 특히 바람직하다.
360°보다 작은 검출 범위를 갖는 제3 센서 장치를 갖는 본 발명에 따른 센서 시스템은, 또한 제3 센서 장치의, 특히 그 검출 범위에서의 정교한 배치로, 제3 센서 장치와 제1 센서 장치 및/또는 제2 센서 장치와의 사이의 임의의 상호 영향이 감소되거나 또는 심지어 완전히 방지될 수 있다는 장점을 갖는다. 본 발명에 따른 센서 시스템의 추가적인 유리한 디자인에 있어서, 제3 센서 장치는 제1 센서 장치 및/또는 제2 센서 장치에 대하여, 적어도 메인 로터의 규정된 상대 회전 각도 주위에서, 바람직하게는 메인 로터의 상대 제로 위치 주위에서, 특히 제3 센서 신호의 생성 동안, 제3 센서 장치와 제1 센서 장치 및/또는 제2 센서 장치와의 사이의 임의의 상호 영향이 회피되는, 또는 심지어 방지되는 방식으로 설계 및 배치된다. 환언하면, 이는, 메인 로터가 제3 센서 장치의 검출 범위에서 회전 각도를 가질 경우, 제3 센서 장치와 제1 센서 장치 및/또는 제2 센서 장치와의 사이에서 상호 영향이 전혀 없거나 또는 상호 영향이 감소되는 방식으로, 제3 센서 장치가 제1 센서 장치 및/또는 제2 센서 장치에 대하여 설계 및 배치되는 것이 바람직하다는 것을 의미한다.
또한, 제3 센서 장치의 검출 범위가 한 바퀴를 넘어 연장되지 않는다는 사실은, 특히 본 발명에 따른 방법과 관련하여 보다 상세하게 후술되는 센서 신호의 타당성을 검사하기 위한 추가적인 옵션을 초래한다.
본 발명에 따른 센서 시스템의 추가적인 유리한 배치구조에 있어서, 메인 로터의 절대 제로 위치는 메인 로터의 상대 제로 위치와 일치한다. 메인 로터의 절대 제로 위치는 메인 로터가 0°의 절대 회전 각도를 갖는 회전 각도 위치로서 정의된다. 그에 따라, 본 발명의 의미 내에서 상대 회전 각도는 메인 로터가 0°의 상대 회전 각도를 갖는 회전 각도 위치를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 환언하면, 메인 로터의 절대 회전 각도가 0°일 경우, 메인 로터의 상대 회전 각도도 마찬가지로 0°인 것이 바람직하다.
센서 시스템의 추가적인 유리한 배치구조에 있어서, 제3 센서 장치의 검출 범위는 메인 로터의 규정된 상대 회전 각도 주위로, 바람직하게는 메인 로터의 상대 제로 위치 주위로 연장되고, 여기서 검출 범위는, 특히 메인 로터의 규정된 상대 회전 각도를 중심으로 대칭적으로 연장된다.
본 발명에 따른 센서 시스템의 제3 센서 장치의 검출 범위는 ≤ 270°의 회전 각도 범위에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하고, 여기서 검출 범위는 메인 로터의 상대 회전 각도에 대하여 +135° 내지 -135°의 회전 각도 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 센서 시스템의 추가적인 유리한 디자인에 있어서, 제3 센서 장치의 검출 범위는 180°의 회전 각도 범위에 걸쳐 연장되고, 메인 로터의 상대 회전 각도에 대하여 +90° 내지 -90°가 바람직하다.
본 발명에 따른 센서 시스템의 추가적인 유리한 배치구조에 있어서, 제3 센서 장치의 검출 범위는 ≤ 150°의 회전 각도 범위에 걸쳐 연장되고, 메인 로터의 상대 회전 각도에 대하여 +75° 내지 -75°의 회전 각도 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 센서 시스템의 추가적인 유리한 배치구조에 있어서, 제3 센서 장치는 자기 센서 장치이고, 제3 센서 신호를 생성하기 위해, 제3 센서 장치는 자기 센서 및 둘레 방향으로 연장되는 자기 링 세그먼트를 포함하는 것이 바람직하며, 여기서 자기 링 세그먼트가 둘레 방향으로 연장되는 각도 범위는, 특히 검출 범위를 규정한다. 제3 센서 장치가 광학 센서 장치 또는 다른 센서 장치, 특히 종래 기술에 공지되어 있으며 본 발명의 목적에 적합한 것일 수도 있음은 말할 것도 없다.
제1 보조 로터의 회전 각도에 의존하는 제1 센서 신호를 생성하기 위해 제공되는 제1 센서 장치도 마찬가지로 자기 센서 장치인 것이 바람직하다. 그러나, 제1 센서 장치도 역시, 종래 기술에 공지되어 있으며 본 발명의 목적에 적합한 광학 센서 장치 또는 임의의 다른 센서 장치일 수 있다. 그에 따라, 제2 센서 장치도 마찬가지로 본 발명의 목적에 적합한, 특히 종래 기술에 공지되어 있는 광학 센서 장치, 자기 센서 장치 또는 임의의 다른 센서 장치인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 센서 시스템의 추가적인 유리한 배치구조에 있어서, 제3 센서 장치의 자기 센서는 센서 시스템에 고정되게 배치되고, 자기 링 세그먼트는 메인 로터에 고정된다. 반면에, 경우에 따라서는, 자기 센서를 메인 로터에 고정하고 자기 링 세그먼트를 센서 시스템에 고정되게 배치하는 것이 유리할 수도 있다. 제3 센서 장치의 구성요소들, 특히 자기 센서 및 자기 링 세그먼트는, 메인 로터의 상대 회전 각도가 제3 센서 장치의 검출 범위 내에 있을 경우에는 제3 센서 신호가 생성되고 메인 로터의 상대 회전 각도가 제3 센서 장치의 검출 범위 외에 있을 경우에는 제3 센서 신호가 생성되지 않는 방식으로 설계되어 센서 시스템에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 센서 시스템의 추가적인 유리한 디자인에 있어서, 자기 링 세그먼트는 둘레 방향으로 연쇄되는 복수의 극쌍으로 구성되고, 여기서 극쌍들은 자기 링 세그먼트가 나란히 교대로 배치되는 북극 및 남극을 갖는 방식으로 연쇄되는 것이 바람직하며, 극쌍들은 특히 영구 자석 극쌍으로서 구현된다.
본 발명에 따른 센서 시스템의 추가적인 유리한 디자인에 있어서, 모든 극쌍은 동일한 극쌍 각도 범위에 걸쳐 연장되고, 극쌍 각도 범위는 절대 회전 각도가 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호로부터 결정될 수 있는 정밀도의 대략 2배에 대응하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 센서 시스템의 추가적인 유리한 디자인에 있어서, 제3 센서 장치의 자기 센서는 센서 시스템에서 메인 로터의 상대 제로 위치의 구역에 있어서의 고정된 위치에 배치되고, 제3 센서 장치의 자기 링 세그먼트가 연장되며 바람직하게는 검출 범위를 규정하는 각도 범위는, 적어도 메인 로터의 상대 제로 위치를 중심으로, 제3 센서 장치의 자기 링 세그먼트로 인한 제1 센서 장치 및/또는 제2 센서 장치에 대한 임의의 영향이 및/또는 그 반대의 경우에서도 마찬가지의 임의의 영향이, 바람직하게는 제3 센서 장치의 전체 검출 범위에 걸쳐 방지되도록, 적어도 작게 선택된다.
바람직하게는, 제1 센서 장치 및/또는 제2 센서 장치는, 자기 링 세그먼트가 자기 센서를 지나 이동하는 것으로 인해 제3 센서 신호가 생성되는 동안, 임의의 바람직하지 않은 상호 영향, 특히 제3 센서 장치에 대한 제1 센서 장치 및/또는 제2 센서 장치의 임의의 영향, 및 그 반대의 경우의 임의의 영향이 회피되는 바와 같은, 제3 센서 장치의 자기 센서로부터의 거리에 배치된다.
제3 센서 장치의 자기 센서가 메인 로터의 상대 제로 위치 주위의 구역에, 특히 메인 로터의 상대 제로 위치에 배치되면, 제3 센서 장치의 검출 범위는 메인 로터의 상대 회전 각도에 대하여 +90° 내지 -90°의 회전 각도 범위 내에 있고, 제1 센서 장치 및 제2 센서 장치는 각각 반경 방향에 있어서 ±90° 내지 ±180°의 회전 각도 범위 외에, 바람직하게는 ±120° 내지 ±180°의 회전 각도 범위 외에, 특히 ±135° 내지 ±180°의 회전 각도 범위 외에 배치된다.
본 발명에 따른 방법은 하기의 단계들, 즉:
- 센서 장치들에 의해 생성되는 센서 신호들을 검출하는 단계, 및
- 검출된 센서 신호들로부터 메인 로터의 절대 회전 각도를 결정하는 단계에 의해 특정되고,
메인 로터의 상대 회전 각도가 제3 센서 장치의 검출 범위 외에 있을 경우에는 메인 로터의 절대 회전 각도가 제1 센서 신호 및/또는 제2 센서 신호로부터 결정되고, 메인 로터의 상대 회전 각도가 제3 센서 장치의 검출 범위 내에 있을 경우에는 절대 회전 각도가 제1 센서 신호 및/또는 제2 센서 신호와 제3 센서 신호로부터 결정된다.
이는, 환언하면, 본 발명에 따르면, 상대 회전 각도가 검출 범위 내에 있게 하는 회전 각도로 메인 로터가 회전되고 제3 센서 신호가 제3 센서 장치에 의해 생성될 경우에는, 메인 로터의 절대 회전 각도를 결정하기 위해 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호가 사용되고, 메인 로터의 상대 회전 각도가 검출 범위 외에 있고 그에 따라 제3 센서 신호가 검출되지 않으면, 절대 회전 각도를 결정하기 위해 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호만이 사용된다.
제3 센서 장치의 적절한 디자인에 의하면, 특히 제3 센서 장치가 적절히 높은 분해능을 가지면, 이렇게 절대 회전 각도는 검출 범위 내에서는 높은 정밀도로, 또한 검출 범위 외에서는 보다 낮은 정밀도로 결정될 수 있다. 그러나, 대부분의 경우, 높은 정밀도는 특정 각도 범위 내에서만, 특히 샤프트 또는 메인 로터의 절대 제로 위치 주위에서만 요구되기 때문에, 특히 본 발명에 따른 센서 시스템과 함께, 본 발명에 따른 방법에 의하면, 특히 간단하고 비용-효율적인 방식으로, 샤프트의 절대 회전 각도가 관련 회전 각도 범위에서 높은 분해능 및 사실상 히스테리시스-프리로, 또한 많은 용례에서는 큰 기능 손실 없이 결정될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법의 유리한 구성에 있어서, 메인 로터의 절대 회전 각도는 상대 회전 각도가 제3 센서 장치의 메인 로터의 검출 범위 외에 있을 경우에는 제1 정밀도로, 또한 메인 로터의 상대 회전 각도가 제3 센서 장치의 검출 범위 내에 있을 경우에는 바람직하게는 보다 양호한 제2 정밀도로 결정된다.
본 발명에 따른 방법의 추가적인 유리한 디자인에 있어서는, 센서 신호의 타당성 검사가 부가적으로 수행되고, 타당성 검사는 하기의 단계들을 포함하는 것이 바람직하다:
- 제1 센서 신호 및/또는 제2 센서 신호로부터 제1 정밀도로 메인 로터의 절대 회전 각도를 결정하는 단계,
- 메인 로터의 절대 회전 각도가 규정된 회전 각도 범위 내에 있는지 또는 외에 있는지의 여부를 테스트하는 단계― 규정된 회전 각도 범위는 특히 검출 범위에 대응함 ―,
- 제3 센서 신호가 메인 로터의 연관된 상대 회전 각도의 함수로서 제3 센서 장치에 의해 생성되었는지의 여부를 테스트하는 단계,
- 에러 상태가 존재하는지의 여부를 테스트하는 단계, 및
- 존재하면, 에러 상태 신호를 출력하는 단계.
에러 상태 신호의 신호값에 따라, 바람직하게는 본 발명에 따른 센서 시스템과 관련하여, 본 발명에 따른 방법으로 모니터링되는 시스템, 예를 들어 차량을 안전 상태로 이행시키도록 적절한 조치가 취해질 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가적인 유리한 디자인에 있어서, 메인 로터의 결정된 절대 회전 각도가 제3 센서 장치의 검출 범위 내에 있고 제3 센서 신호가 생성되지 않았을 경우, 또는 메인 로터의 결정된 절대 회전 각도가 제3 센서 장치의 검출 범위 외에 있고 제3 센서 신호가 생성되었을 경우에는, 에러 상태가 존재한다.
본 발명에 따른 차량은, 본 발명에 따른 센서 시스템을 갖고, 메인 로터는, 메인 로터의 절대 회전 각도가 샤프트의 회전 각도에 대응하도록, 샤프트에 동기식으로 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.
센서 시스템에 관하여 제시된 유리한 실시형태들 및 그 장점들은 또한, 본 발명에 따른 방법에 대해서뿐만 아니라 본 발명에 따른 센서 시스템을 갖는 본 발명에 따른 차량에 대해서도 준용된다.
본 발명의 추가적인 특징들은 청구범위, 도면 및 도면 설명으로부터 생긴다. 상기 설명에서 인용된 모든 특징들 및 특징 조합들과, 하기의 도면들의 설명에서 인용되거나 및/또는 도면에만 도시된 특징들 및 특징 조합들은 특정된 각각의 조합에 뿐만 아니라, 기술적으로 실현 가능하다면, 다른 조합들에 또는 심지어 별개로 적용 가능하다.
이제, 유리한 예시적인 실시형태에 기초하고 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 조향 샤프트의 절대 조향 각도를 결정하기 위한 본 발명에 따른 센서 시스템의 예시적인 제1 실시형태의 기본 구조의 개략도이고,
도 2a는 절대 조향 각도에 대한 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호의 신호 트레이스(signal trace)이고,
도 2b는 절대 조향 각도에 대한 제3 센서 신호의 신호 트레이스이다.
도 2a는 절대 조향 각도에 대한 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호의 신호 트레이스(signal trace)이고,
도 2b는 절대 조향 각도에 대한 제3 센서 신호의 신호 트레이스이다.
도 1은 조향 샤프트(10)의 절대 조향 각도(δ)를 결정하기 위한 본 발명에 따른 센서 시스템(1)의 예시적인 제1 실시형태의 기본 구조의 개략도를 도시한다.
본 발명에 따른 센서 시스템(1)은 둘레 방향으로 유극 없이 회전 가능하게 고정되는 방식으로 조향 샤프트(10)에 연결되는 메인 로터(2)와, 제1 보조 로터(3) 및 제2 보조 로터(4)를 갖는다. 메인 로터(2)와 제1 보조 로터(3) 및 제2 보조 로터(4)는 각각, 여기서는 더 설명되지 않는, 축선들을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 기어 휠(2, 3, 4)로서 구현된다.
메인 로터(2)는, 둘레 방향으로 유극 없이 조향 샤프트(10)에 회전 가능하게 고정되는 그 연결로 인해, 조향 샤프트(10)에 동기식으로 회전 가능하게 연결되므로, 규정된 절대 회전 각도(δ)만큼의 조향 샤프트(10)의 회전은 동일한 규정된 절대 회전 각도(δ)만큼의 메인 로터(2)의 회전을 야기한다.
따라서, 제1 보조 로터(3) 및 제2 보조 로터(4)는 각각 메인 로터(2)와 함께 기어 메커니즘을 형성하고, 보조 로터(3)는 일정하고 균일한 제1 병진 운동으로 메인 로터(2)에 기계식으로 결합되고 제2 보조 로터(4)는 제1 병진 운동과는 다르기는 하지만, 마찬가지로 일정하고 균일한 제2 병진 운동으로 메인 로터(2)에 결합된다. 이를 위해, 제2 보조 로터(4)는 제1 보조 로터(3)와는 상이한 수의 치형부를 갖는다.
제1 보조 로터(3)의 회전 각도에 의존하는 제1 센서 신호(S1)를 생성하기 위해, 본 발명에 따른 센서 시스템(1)은 제1 센서 장치(SE1)를 갖고, 제2 보조 로터(4)의 회전 각도에 의존하는 제2 센서 신호(S2)를 생성하기 위해서는 제2 센서 장치(SE2)를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 센서 시스템(1)은 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)의 함수로서 제3 센서 신호(S3)(도 2b 참조)를 생성하도록 설계되는 제3 센서 장치(SE3)를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 센서 시스템(1)은 센서 장치(SE1, SE2, SE3)의 센서 신호(S1, S2, S3)로부터, 메인 로터(2)의, 또는 메인 로터에 동기식으로 회전 가능하게 연결되는 조향 샤프트(10)의 절대 회전 각도(δ)를 결정하기 위한, 여기에는 도시되지 않은, 평가 장치를 갖는다.
본 발명에 따른 센서 시스템(1)의 이 예시적인 실시형태에 있어서의 모두 3개의 센서 장치(SE1, SE2 및 SE3)는 자기 센서 장치(SE1, SE2 및 SE3)로서 구현되고, 제1 센서 장치(SE1) 및 제2 센서 장치(SE2)는 각각의 경우 적어도 한 바퀴에 걸쳐, 즉 적어도 360°의 회전 각도 범위에 걸쳐 각각 연관된 보조 로터(3 또는 4)의 회전 각도를 검출하도록 설계되므로, 메인 로터 또는 조향 샤프트(10)의 절대 회전 각도(δ)는 제1 센서 신호(S1) 및/또는 제2 센서 신호(S2)로부터 단독으로 결정될 수 있다.
한편, 제3 센서 장치(SE3)는 규정된 회전 각도 범위(α), 소위 검출 범위(α)에서 오로지 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)를 검출하도록, 또는 단지 이 회전 각도 범위(α)에서 제3 센서 신호(S3)를 생성하도록 본 발명에 따라 설계된다.
먼저, 본 발명에 따른 센서 시스템(1)의 평가 장치는 오로지 제1 센서 장치(SE1)에 의해 생성되는 제1 센서 신호(S1)로부터 및/또는 제2 센서 장치(SE2)에 의해 생성되는 제2 센서 신호(S2)로부터, 예를 들어 이 점에서 명시적으로 참조가 이루어지는 DE 195 06 938 A1에서 설명되는 바와 같은, 노니우스 원리(the nonius principle)에 따라, 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ)를 결정하도록 설계된다. 다음으로, 제3 센서 신호(S3)가, 특히 DE 10 2009 031 176 A1에서 설명되는 방법에 따라, 메인 로터(2) 또는 메인 로터에 동기식으로 회전 가능하게 연결되는 조향 샤프트(10)의 각각의 연관되는 절대 회전 각도(δ)에 대하여 생성되었다면, 평가 장치는 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ) 및 그에 따른 조향 샤프트(10)의 절대 조향 각도(δ)를 모두 3개의 센서 신호(S1, S2 및 S3)로부터 결정하도록 설계된다.
제3 센서 장치(SE3)의 적절한 디자인이 주어지면, 제3 센서 장치(SE3)에 의해, 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ) 또는 샤프트(10)의 절대 회전 각도(δ)가 검출 범위(α) 내에서 결정될 수 있는 정밀도를 간단한 방식으로 현저하게 향상시키는 것이 가능하다. 이는, 본 발명에 따른 센서 시스템(1)의 이 예시적인 실시형태에서와 같이 설계되며 센서 시스템(1) 내의 고정된 위치에 배치되는 자기 센서(9) 및 둘레 방향으로 연쇄되는 복수의 영구 자석 극쌍(N-S)으로 구성되는 메인 로터(2)에 고정되는 자기 링 세그먼트(8)를 갖는 자기의 제3 센서 장치(SE3)로 매우 간단하게 달성될 수 있으며, 여기서 극쌍(N-S)은 자기 링 세그먼트(8)가 나란히 교대로 배치되는 북극(N) 및 남극(S)을 갖는 방식으로 연쇄된다.
자기 센서(9)는, 특히 샤프트(10)의 회전하에서 또는 메인 로터(2)의 회전하에서 자기 센서(9)를 지나 충분한 회전 각도 만큼 이동될 수 있는, 센서 시스템(1)에서 메인 로터(2) 상에 배치되는 자기 링 세그먼트(8)에 대하여 고정식으로 고정된다. 자계 벡터는 자극(N, S) 근방에서, 및 그에 따른 극쌍(N-S) 근방에서 방향이 계속해서 변화하기 때문에, 자기 센서(9)에 대한 2개의 인접하는 자극(N, S)의 위치 및 그에 따른 극쌍(N-S)의 위치는 자속 밀도의 측정 또는 자계 방향의 측정을 사용해서 검출될 수 있다. 따라서, 제3 센서 장치(SE3)에 의해, 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)에 의존하는 제3 센서 신호(S3)가 생성될 수 있다.
극쌍(N-S)들은 각각, 이 경우에는, 절대 회전 각도(δ)가 제1 센서 신호(S1) 및 제2 센서 신호(S2)로부터 결정될 수 있는 회전 방향에 있어서의 정밀도의 대략 2.5배에 대응하는, 동일한 극쌍 각도 범위(p)에 걸쳐 둘레 방향으로 연장된다. 이것만으로 절대 회전 각도(δ)의 결정에 있어서의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
설명된 예시적인 실시형태에 있어서, 극쌍(N-S)들은 각각 대략 5°의 극쌍 각도 범위(p)에 걸쳐 연장되고, 여기서 조향 샤프트(10)의 절대 회전 각도(δ)는 대략 ±2°의 초기 정밀도로 단지 제1 센서 신호(S1) 및 제2 센서 신호(S2)로부터 결정될 수 있다. 그러나, 명확한 제시를 위해, 도 1에서의 극들(N-S)은 각각, 실제의 5°가 아닌, p 
27°의 극쌍 각도 범위로 도시된다. 따라서, 설명된 예시적인 실시형태는, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 단지 5개 반의 극쌍(N-S)이 아니라, 실제로 33개의 극쌍(N-S)을 갖는데, 그 이유는 ±75°의 검출 범위에 대하여, 즉 150°의 총 회전 각도 범위에 걸쳐 연장되는, 환언하면 q = 2.4인 검출 범위에 대하여, p = 5°의 극쌍 각도 범위의 경우에는 5개 반이 아닌 총 33개의 극쌍이 필요해지기 때문이다.
결과적으로 달성 가능한 정밀도, 또는 절대 회전 각도(δ)의 결정을 위해 제3 센서 장치(SE3)를 사용하는 정밀도의 향상은 먼저, 샤프트(10)의 절대 회전 각도(δ)가 제1 센서 신호(S1) 및 제2 센서 신호(S2)로부터 결정될 수 있는 제1 정밀도 뿐만 아니라 극쌍(N-S)의 극쌍 각도 범위(p)에, 및 자기 센서(9)의 분해능에 의존한다.
메인 로터(2) 또는 샤프트(10)의 절대 회전 각도(δ)가 제1 센서 신호(S1) 및/또는 제2 센서 신호(S2)로부터 단독으로 결정될 수 있는 달성 가능한 제1 정밀도가 이 경우에 예를 들어 ±2°이고, 각각의 극쌍이 극쌍 각도 범위(p)에 걸쳐 5°의 범위로 연장되면, 샤프트(10)의 절대 회전 각도는 0.028°의 제2 정밀도를 갖는 자기 센서(9)의 상응하게 높은 분해능으로 결정될 수 있고, 여기서 절대 회전 각도(δ)의 정밀도는 일 회전 방향에 있어서의 제1 정밀도를 360°의 지수 및 극쌍 각도 범위(p)로 나누는 것에 의해 주어지고, 이는 상기 수치 실시예에서는 다음 식이 적용됨을 의미한다: ±δ = 2°/(360°/5°) = 0.02777777778 
0.028°.
이 예시적인 실시형태에서 제3 센서 장치(SE3)의 자기 센서(9)는 조향 샤프트(10)의 또는 메인 로터(2)의 절대 제로 위치의 구역에, 특히 센서 시스템(1)에서는 바로 절대 제로 위치에, 즉 δ = 0°에 고정되도록 배치되고, 이 센서 시스템(1)에서 메인 로터(2)의 상대 제로 위치, 즉 γ = 0°이고, 절대 제로 위치, 즉 δ = 0°와 일치한다. 이는, 특히 제로 위치 주위에서, 특히 높은 정밀도가 달성될 수 있게 한다.
또한, 검출 범위(α)가 충분히 작게 선택되고, 예를 들어 이 예시적인 실시형태에서와 같이, 150°의 회전 각도 범위로 제한되고, 검출 범위가 특히 제로 위치를 중심으로 대칭적으로 연장되고 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)에 대하여 +75° 내지 -75°의 회전 각도 범위에 위치되는 경우, 또한, 적어도 제3 센서 신호(S3)를 생성하는 동안, 즉 메인 로터(2)가 검출 범위(α) 이내인 상대 회전 각도(γ)를 갖는 상태에서는, 제1 센서 장치(SE1) 및/또는 제2 센서 장치(SE2)와 제3 센서 장치(SE3) 사이의 상호 작용이 방지될 수 있다. 이는 메인 로터(2) 또는 조향 샤프트(10)의 절대 회전 각도(δ)의 결정에 있어서 특히 높은 정밀도가 달성될 수 있게 한다. 특히, 그에 따라, 제3 센서 신호(S3)가 제1 센서 장치(SE1) 및/또는 제2 센서 장치(SE2)에 의해 왜곡될 가능성, 및/또는 자기 링 세그먼트(8)가 제1 센서 신호(S1) 및/또는 제2 센서 신호(S2)를 왜곡시킬 가능성을 방지할 수 있다.
보다 양호한 이해를 위해, 도 2a 및 도 2b는 센서 신호들(S1, S2 및 S3)의 연관된 신호 트레이스들을 도시하고, 여기서 센서 신호(S1 및 S2)는 전체 절대 회전 각도 범위에 걸쳐, 그리고 또한 각각의 경우 메인 로터(2)의 한 바퀴에 걸쳐 생성되는 반면, 제3 센서 신호(S3)는 메인 로터(2)의 회전 각도 범위의 소구역에 걸쳐서만 생성된다.
본 발명에 따르면, 조향 샤프트(10)의 절대 조향 각도(δ)는 센서 장치(SE1, SE2, SE3)에 의해 생성되는 센서 신호(S1, S2, S3)가 제1 단계에서 검출되는 것에 의해, 그리고 제2 단계에서 조향 샤프트(10)의 절대 회전 각도(δ)에 대응하는 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ)가 센서 신호(S1, S2, S3)로부터 결정되는 것에 의해, 전술한 본 발명에 따른 센서 시스템(1)으로 결정되고, 여기서 절대 회전 각도(δ)는 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)가 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 외에 위치될 경우에는 제1 센서 신호(S1) 및/또는 제2 센서 신호(S2)로부터 결정되고, 또한 절대 회전 각도(δ)는 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)가 검출 범위(α) 내에 있을 경우에는 제1 센서 신호(S1) 및/또는 제2 센서 신호(S2)와 제3 센서 신호(S3)로부터 결정된다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 구현예에 있어서, 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ)는 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)가 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 외에 있을 경우에는 제1 정밀도로, 또한 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)가 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 내에 있을 경우에는 바람직하게는 보다 양호한 제2 정밀도로 결정된다.
또한, 전술한 본 발명에 따른 센서 시스템(1)을 이용한 본 발명에 따른 방법의 유리한 구현예에 있어서, 절대 조향 각도의 결정에 있어서는 센서 신호들(S1, S2 및 S3)의 타당성 검사가 부가적으로 수행되고, 여기서 타당성 검사는 하기의 단계들을 포함한다:
- 제1 센서 신호(S1) 및/또는 제2 센서 신호(S2)로부터 제1 정밀도로 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ)를 결정하는 단계,
- 메인 로터(2)의 결정된 절대 회전 각도(δ)가 검출 범위(α) 내에 있는지 또는 외에 있는지의 여부를 테스트하는 단계,
- 제3 센서 신호(S3)가 메인 로터(2)의 연관된 상대 회전 각도(γ)의 함수로서 제3 센서 장치(SE3)에 의해 생성되었는지의 여부를 테스트하는 단계,
- 에러 상태가 존재하는지의 여부를 테스트하는 단계, 및
- 에러 상태 신호를 출력하는 단계.
에러 상태는, 메인 로터(2)의 결정된 절대 회전 각도(δ)가 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 내에 있고 제3 센서 신호(S3)가 생성되지 않았을 경우에, 또는 메인 로터(2)의 결정된 절대 회전 각도(δ)가 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 외에 있고 제3 센서 신호(S3)가 생성되었을 경우에 존재한다.
전술한 본 발명에 따른 센서 시스템(1)에 의하면, 또한 전술한 본 발명에 따른 방법에 의하면, 샤프트(10)의 절대 회전 각도(δ)는 단지 한정된 검출 범위(α) 내에서만 높은 분해능 및 그에 따른 높은 정밀도로 사실상 히스테리시스-프리 방식으로 결정될 수 있다는 것이다. 그러나, 대부분의 경우에, 특히 규정된 회전 각도 범위에서만, 특히 제로 위치 주위의 회전 각도 범위에서만 필요해지는 차량의 조향 시스템에 있어서는, 본 발명에 따른 센서 시스템(1)이 큰 단점 없이 많은 용례에서 사용될 수 있다. 결과적으로, 그 비용 상의 장점 때문에, 제3 센서 장치(SE3)만이 360°보다 작은 검출 범위를 갖기 때문에, 본 발명에 따른 센서 시스템은 360°의, 즉 한 바퀴의 검출 범위를 갖는 제3 센서 장치를 갖는 종래 기술로부터 공지된 센서 시스템에 비해 더욱 유리하다.
또한, 센서 시스템(1) 내에서 개별 센서 장치들(SE1, SE2 및 SE3)을 서로에 대하여 정교하게 배치하는 경우, 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α)를 규정된 회전 각도 범위(α)로 제한하면, 특히 제3 센서 신호(S3)의 생성 중에, 제1 센서 장치(SE1) 및/또는 제2 센서 장치(SE2)와 제3 센서 장치(SE3) 사이의 상호 영향의 감소가 가능해지거나, 또는 심지어, 일부 경우에는, 상호 영향의 완전한 방지가 가능해진다.
또한, 제3 센서 신호(S3)의 생성이 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α)로 한정되는 것으로 인해, 이렇게 신호 타당성을 검사하기 위한 추가적인 옵션이 취득되기 때문에, 기능적인 안전성 이점이 달성될 수 있고, 또한, 특히 결과적으로 센서 시스템의 개선된 진단 성능이 달성될 수 있다.
제3 센서 장치의 검출 범위(α)가 작게 선택될수록, 달성 가능한 안전성 이득이 높아진다.
물론, 특허 청구항들의 내용으로부터 일탈함이 없이, 위에서 상술한 예시적인 실시형태에 대한 다양한 설계 수정이 가능하다.
1: 본 발명에 따른 센서 시스템
2: 메인 로터
3: 제1 보조 로터
4: 제2 보조 로터
8: 극쌍들을 갖는 자기 링 세그먼트
9: 자기 센서
10: 샤프트
N: 자기 북극
p: 극쌍 각도 범위
S: 자기 남극
S1: 제1 센서 신호
S2: 제2 센서 신호
S3: 제3 센서 신호
SE1: 제1 센서 장치
SE2: 제2 센서 장치
SE3: 제3 센서 장치
α: 제3 센서 장치의 검출 (각도) 범위
δ: 메인 로터의 절대 회전 각도
γ: 메인 로터의 상대 회전 각도
2: 메인 로터
3: 제1 보조 로터
4: 제2 보조 로터
8: 극쌍들을 갖는 자기 링 세그먼트
9: 자기 센서
10: 샤프트
N: 자기 북극
p: 극쌍 각도 범위
S: 자기 남극
S1: 제1 센서 신호
S2: 제2 센서 신호
S3: 제3 센서 신호
SE1: 제1 센서 장치
SE2: 제2 센서 장치
SE3: 제3 센서 장치
α: 제3 센서 장치의 검출 (각도) 범위
δ: 메인 로터의 절대 회전 각도
γ: 메인 로터의 상대 회전 각도
Claims (17)
- 한 바퀴 이상의 각회전 범위를 갖는 샤프트(10)의 절대 회전 각도(δ)를 결정하기 위한, 특히 한 바퀴 이상의 조향 각도를 갖는 차량의 조향 샤프트의 절대 조향 각도(δ)를 결정하기 위한 센서 시스템(1)으로서,
상기 센서 시스템(1)은,
- 상기 샤프트(10)에 동기식으로 회전 가능하게 연결될 수 있는 메인 로터(2),
- 일정하고 균일한 제1 병진 운동으로 상기 메인 로터(2)에 기계식으로 결합되는 제1 보조 로터(3),
- 상기 제1 병진 운동과는 다른, 일정하고 균일한 제2 병진 운동으로 상기 메인 로터(2)에 기계식으로 결합되는 제2 보조 로터(4),
- 상기 제1 보조 로터(3)에 배속되며, 상기 제1 보조 로터(3)의 회전 각도에 의존하는 제1 센서 신호(S1)를 생성하는 데 사용되는 제1 센서 장치(SE1),
- 상기 제2 보조 로터(4)에 배속되며, 상기 제2 보조 로터(4)의 회전 각도에 의존하는 제2 센서 신호(S2)를 생성하는 데 사용되는 제2 센서 장치(SE2),
- 상기 메인 로터(2)에 배속되며, 상기 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)에 의존하는 제3 센서 신호(S3)를 생성하는 데 사용되는 제3 센서 장치(SE3), 및
- 상기 메인 로터의 상기 절대 회전 각도(δ)를 상기 센서 장치들(SE1, SE2, SE3)의 상기 센서 신호들(S1, S2, S3)로부터 결정하기 위한 평가 장치를 포함하는, 센서 시스템(1)에 있어서,
상기 제3 센서 장치(SE3)는 360°보다 작은 검출 범위(α)를 갖는 것을 특징으로 하는
센서 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서 시스템(1)은, 상기 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)가 상기 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 외에 있을 경우에는 제1 정밀도로, 그리고 상기 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)가 상기 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 내에 있을 경우에는 바람직하게는 보다 양호한 제2 정밀도로 상기 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ)를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
센서 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제3 센서 장치(SE3)는 상기 제1 센서 장치(SE1) 및/또는 상기 제2 센서 장치(SE2)에 대하여, 적어도 상기 메인 로터(2)의 규정된 상대 회전 각도(γ) 주위에서, 바람직하게는 상기 메인 로터(2)의 상대 제로 위치(γ=0°) 주위에서, 특히 상기 제3 센서 신호(S3)의 생성 동안, 상기 제3 센서 장치(SE3)와 상기 제1 센서 장치(SE1) 및/또는 상기 제2 센서 장치(SE2)와의 사이의 상호 영향이 회피되도록 구성 및 배치되는 것을 특징으로 하는
센서 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 적어도 한 항에 있어서,
상기 메인 로터(2)의 절대 제로 위치(δ=0°)는 상기 메인 로터(2)의 상대 제로 위치(γ=0°)와 일치하는 것을 특징으로 하는
센서 시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 적어도 한 항에 있어서,
상기 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α)는 상기 메인 로터(2)의 규정된 상대 회전 각도(γ) 주위로, 바람직하게는 상기 메인 로터(2)의 상대 제로 위치(γ=0°) 주위로 연장되고, 상기 검출 범위(α)는, 특히 상기 메인 로터(2)의 상기 규정된 상대 회전 각도(γ)를 중심으로 대칭적으로 연장되는 것을 특징으로 하는
센서 시스템. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 적어도 한 항, 특히 제 5 항에 있어서,
상기 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α)는 180°의 회전 각도 범위에 걸쳐, 바람직하게는 상기 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)에 대하여 +90° 내지 -90°에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는
센서 시스템. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 적어도 한 항에 있어서,
상기 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α)는 ≤ 150°이고, 바람직하게는 상기 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)에 대하여 +75° 내지 -75°의 회전 각도 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는
센서 시스템. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 적어도 한 항에 있어서,
상기 제3 센서 장치(SE3)는 자기 센서 장치이고, 상기 제3 센서 신호(S3)를 생성하기 위해, 상기 제3 센서 장치(SE3)는 바람직하게는 자기 센서(9), 및 둘레 방향으로 연장되는 자기 링 세그먼트(8)를 포함하고, 상기 자기 링 세그먼트(8)가 상기 둘레 방향으로 연장되는 각도 범위(α)는, 특히 상기 검출 범위(α)를 규정하는 것을 특징으로 하는
센서 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 자기 센서(9)는 상기 센서 시스템(1) 및 상기 메인 로터(2) 상의 자기 링 세그먼트(8)에 고정되게 배치되고, 상기 제3 센서 장치(SE3)의 구성요소들, 특히 상기 자기 센서(9) 및 상기 자기 링 세그먼트(8)는, 상기 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)가 상기 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 내에 있을 경우에는 상기 제3 센서 신호(S3)가 생성되고 상기 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)가 상기 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 외에 있을 경우에는 상기 제3 센서 신호(S3)가 생성되지 않도록 구성되어 상기 센서 시스템(1) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는
센서 시스템. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 자기 링 세그먼트(8)는 상기 둘레 방향으로 연쇄되는 복수의 극쌍(pole pairs)(N, S)으로 구성되고, 상기 극쌍들(N, S)은 바람직하게는 상기 자기 링 세그먼트(8)가 나란히 교대로 배치되는 북극(N) 및 남극(S)을 갖도록 연쇄되는 것을 특징으로 하는
센서 시스템. - 제 10 항에 있어서,
모든 극쌍(N, S)은 동일한 극쌍 각도 범위(p)에 걸쳐 상기 둘레 방향으로 연장되고, 상기 극쌍 각도 범위(p)는 바람직하게는 상기 절대 회전 각도(δ)가 상기 제1 센서 신호(S1) 및 상기 제2 센서 신호(S2)로부터 결정될 수 있는 정밀도의 대략 2배에 대응하는 것을 특징으로 하는
센서 시스템. - 제 8 항 내지 제 11 항 중 적어도 한 항에 있어서,
상기 제3 센서 장치(SE3)의 상기 자기 센서(9)는 상기 센서 시스템(1)에서 상기 메인 로터(2)의 상대 제로 위치(γ)의 구역에 있어서의 고정된 위치에 배치되고, 상기 제3 센서 장치(SE3)의 자기 링 세그먼트(8)가 연장되며 또한 바람직하게는 검출 범위(α)를 규정하는 상기 각도 범위(α)는, 적어도 메인 로터(2)의 상대 제로 위치(γ=0°)를 중심으로 한, 상기 제3 센서 장치(SE3)의 자기 링 세그먼트(8)로 인한 상기 제1 센서 장치(SE1) 및/또는 상기 제2 센서 장치(SE2)의 임의의 영향 및/또는 그 반대의 경우의 임의의 영향이 바람직하게는 상기 제3 센서 장치(SE3)의 전체 검출 범위(α)에 걸쳐 방지될 정도로 적어도 작게 선택되는 것을 특징으로 하는
센서 시스템. - 센서 시스템(1)으로 샤프트(10)의 절대 회전 각도(δ)를 계산하기 위한, 특히 바람직하게는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따라 구성된 센서 시스템(1)을 가지며 한 바퀴 이상의 조향 각도 범위를 갖는 차량의 조향 샤프트(10)의 절대 조향 각도(δ)를 계산하기 위한 방법에 있어서,
- 상기 센서 장치들(SE1, SE2, SE3)에 의해 생성되는 센서 신호들(S1, S2, S3)을 검출하는 단계, 및
- 검출된 센서 신호들(S1, S2, S3)로부터 상기 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ)를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ)는 상기 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)가 상기 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 외에 있을 경우에는 상기 제1 센서 신호(S1) 및/또는 상기 제2 센서 신호(S2)로부터 결정되고,
상기 절대 회전 각도(δ)는 상기 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)가 상기 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 내에 있을 경우에는 상기 제1 센서 신호(S1) 및/또는 상기 제2 센서 신호(S2)와 상기 제3 센서 신호(S3)로부터 결정되는 것을 특징으로 하는
방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ)는, 상기 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)가 상기 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 외에 있을 경우에는 제1 정밀도로, 그리고 상기 메인 로터(2)의 상대 회전 각도(γ)가 상기 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 내에 있을 경우에는 바람직하게는 보다 양호한 제2 정밀도로 결정되는 것을 특징으로 하는
방법. - 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
추가로, 상기 센서 신호들(S1, S2, S3)의 타당성 검사가 수행되고,
상기 타당성 검사는 바람직하게는,
- 상기 제1 센서 신호(S1) 및/또는 상기 제2 센서 신호(S2)로부터 제1 정밀도로 상기 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ)를 결정하는 단계,
- 상기 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ)가 규정된 회전 각도 범위(α) 내에 있는지 또는 외에 있는지의 여부를 테스트하는 단계― 상기 규정된 회전 각도 범위(α)는 특히 상기 검출 범위(α)에 대응함 ―,
- 상기 제3 센서 신호(S3)가 상기 메인 로터(2)의 연관된 상대 회전 각도(γ)의 함수로서 상기 제3 센서 장치(SE3)에 의해 생성되었는지의 여부를 테스트하는 단계,
- 에러 상태가 존재하는지의 여부를 테스트하는 단계, 및
- 존재하면, 에러 상태 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 메인 로터(2)의 결정된 절대 회전 각도(δ)가 상기 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 내에 있고 제3 센서 신호(S3)가 생성되지 않았을 경우, 또는 상기 메인 로터의 결정된 절대 회전 각도(δ)가 상기 제3 센서 장치(SE3)의 검출 범위(α) 외에 있고 제3 센서 신호(S3)가 생성되었을 경우에, 에러 상태가 존재하는 것을 특징으로 하는
방법. - 한 바퀴 이상의 회전 각도 범위를 갖는 샤프트(10)의 절대 회전 각도(δ)를 결정하기 위한, 특히 한 바퀴 이상의 조향 각도를 갖는 조향 샤프트(10)의 조향 각도(δ)를 결정하기 위한 센서 시스템(1)을 갖는 차량에 있어서,
상기 센서 시스템(1)은 제 1 항 내지 제 12 항 중 적어도 한 항에 따라 구성되고, 상기 메인 로터(2)는, 상기 메인 로터(2)의 절대 회전 각도(δ)가 상기 샤프트(10)의 회전 각도에 대응하도록 상기 샤프트(10)에 동기식으로 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는
차량.
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