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KR100596141B1 - 다이나모 메타 시스템 - Google Patents

다이나모 메타 시스템 Download PDF

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KR100596141B1
KR100596141B1 KR1020030050941A KR20030050941A KR100596141B1 KR 100596141 B1 KR100596141 B1 KR 100596141B1 KR 1020030050941 A KR1020030050941 A KR 1020030050941A KR 20030050941 A KR20030050941 A KR 20030050941A KR 100596141 B1 KR100596141 B1 KR 100596141B1
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pulse
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(주)한국비이피
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Abstract

속도 검출 대상에 연결되어 부하를 인가하는 다이나모메타와, 상기 속도 검출대상의 회전속도를 검출하여 펄스 파형을 출력하는 센서부를 가지는 다이나모메타 시스템에 대해 개시한다.
본 발명은 상기 다이나모 메타의 공급전력을 제어하며, 상기 펄스 파형을 입력 받아 펄스 파형의 주파수를 계산하여 회전속도에 대한 데이터를 생성하는 전류 제어부와,상기 전류 제어부에 전류 기준치를 제공하고 상기 회전속도에 대한 데이터를 입력 받는 속도/토그 제어부를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따라 저비용의 다이나모메타 시스템의 구성이 가능하게 된다.
다이나모메타, 엔진, 속도 검출

Description

다이나모 메타 시스템{DYNAMOMETER SYSTEM}
도 1은 종래기술에 따른 다이나모메타 시스템을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다이나모메타 시스템을 보여주는 도면,
도 3은 도 2에 도시된 전류제어기의 구성을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다이나모메타 시스템의 동작 흐름도,
도 5는 도 2에 도시된 센서부의 출력파형을 보여주는 도면이다.
본 발명은 다이나모 메타에 관한 것으로, 특히 엔진 또는 차량 속도 검출을 위한 다이나모 메타 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 다이나모메타(Dynamometer)는 엔진(Engine), 클러치(Clutch), 트랜스미션(Transmission) 등의 자동차 산업과 일반 기계설비, 전동기, 유공압 모타등의 성능 시험이나 동력계의 연구, 개발 분야에서 실험기자재로서 폭넓게 사용될 수 있다. 본 발명은 엔진 다이나모 메타 시스템 또는 샤시 다이나모메타 시스템의 엔진 또는 차량 속도 검출에 적용되는 것이다.
엔진 또는 차량 속도 검출을 위한 전형적인 다이나모메타 시스템은 도 1과 같이 구성된다. 종래 기술에 따른 다이나모메타 시스템은 데이터 수집이나 시스템 모니터링을 위한 컴퓨터(110, 이하 '속도/토크 제어부'라 칭함)와, 다이나모메타의 코일 전류를 제어하기 위한 전류 제어기(120), 샤시 다이나모메타의 경우 벨트나 체인으로 롤(roll)(140)이나 차량에 연결되며 엔진 다이나모메타의 경우 커플링(coupling)으로 엔진(140)과 연결되어 엔진에 부하를 주는 다이나모메타(130)로 구성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 다이나모메타 시스템의 속도 센서 신호 흐름은, 통상적으로 상기 전류제어기(120)의 기준치를 제공하는 상기 속도/토크 제어기(110)는 데이터 수집이나 시스템 모니터링을 위한 컴퓨터 내에 구비되므로 속도 센서(Tachometer/Encoder)(150)의 출력 신호는 주파수/전압(F/V) 변환기(160)를 거쳐 속도센서의 주파수 정보가 전압변위로 변환이 되며, 전압으로 변환된 속도정보는 A/D 변환기(170)를 통해 디지털 신호로 변환되어 상기 속도/토크 제어부로 데이터가 전달된다.
상기 속도/토크 제어부(110)에서 속도 정보를 읽어 들이는 방법으로는 F/V 변환기(160)와 A/D 변환기(170)를 사용하지 않고 속도센서의 펄스 신호를 펄스 카운터(180)를 통해 받아 들일 수도 있다.
즉, 상기와 같은 종래 기술에 따른 다이나모메타 시스템은 엔진이나 차량의 속도 검출을 위해서, 펄스 형태로 전송되는 타코메타(Tachometer) 또는 엔코더(Encoder)와 같은 속도검출 센서(150)의 출력 신호를 상기 주파수/전압 변환기(160)를 사용하여 전압으로 변환하고, 상기 A/D 변환기(170)를 사용하여 컴퓨터에서 상기 A/D 변환기의 출력 값을 읽어서 속도를 측정하는 방식을 사용한다. 그러나, 이러한 방식은 고가의 주파수/전압 변환기 및 A/D 변환기 혹은 펄스카운터가 추가되어야 하므로 시스템의 구성에 있어서 비용이 많이 소요되고 구성이 복잡하게 되는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 비용이 적게 소요되는 다이나모메타 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 구성이 간단하고 정확한 속도 측정이 가능한 다이나모메타 시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명은
속도 검출 대상에 연결되어 엔진이나 차량에 부하를 인가하는 다이나모메타와, 상기 속도 검출대상의 회전속도를 검출하여 펄스 파형을 출력하는 센서부를 가지는 다이나모메타 시스템에 있어서,
상기 다이나모 메타의 공급전력을 제어하며, 상기 펄스 파형을 입력 받아 펄스 파형의 주파수를 계산하여 회전속도에 대한 데이터를 생성하는 전류 제어부와,상기 전류 제어부에 전류 기준치를 제공하고 상기 회전속도에 대한 데이터를 입력 받는 속도/토그 제어부를 포함한다. 여기서 속도 검출 대상의 예로는 엔진 또는 차량이 있으며, 샤시 다이나모메타의 경우 벨트나 체인으로 롤이나 차량에 연결되며, 엔진 다이나모메타의 경우 커플링으로 엔진과 연결된다.
또한 상기 전류 제어부는 필수 구성요소로서, 입력되는 펄스 수를 자동으로 누적할 수 있는 펄스 누산기나 외부 신호에 의해 인터럽트가 발생할 수 있는 기능을 가지며 상기 펄스 누산기나 외부 인터럽트 신호에 의해 펄스 주파수를 계산하고 속도 데이터를 생성하는 중앙처리장치를 가지는 마이크로프로세서와 마이크로 프로세서에서 계산 된 속도 정보를 속도/토크 제어부에 송신하며 상기 속도/토크 제어부로부터 전류기준치를 수신할 수 있는 송수신부와 상기 전류기준치에 따라 다이나모메타에 공급 전원을 생성하는 전원공급부를 구비한다.
그리고 전류 제어부는 속도센서의 출력신호의 레벨이 마이크로 프로세서에서 입력 받을 수 있는 레벨 이상으로 큰 경우, 입력되는 신호 파형을 소정 레벨, 예를 들어 티티엘(TTL : Transistor Transistor Logic) 레벨 또는 마이크로 프로세서 최대 입력 레벨 이하의 펄스 신호로 조정하여 상기 펄스 누산기로 제공하는 입력전압 조정부를 더 포함하여 구성되는 것이 가능하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
<본 발명의 원리>
모든 다이나모메타 시스템은 코일 전류를 제어하기 위한 전류제어기와 전원공급회로를 가지고 있다. 본 발명의 원리는 마이크로 프로세서나 DSP를 구비하는 전류제어기를 이용하는 것이다. 즉, 엔진이나 차량의 속도를 측정하기 위해 펄스 형태로 신호를 출력하는 엔진/차량 속도 검출용 센서의 출력 신호를 전류제어기의 마이크로 프로세서나 DSP의 펄스 누산기(Pulse accumulator)로 입력시키고, 단위 시간당 입력되는 펄스의 수를 카운트하거나 상기 마이크로 프로세서나 DSP의 외부 인터럽트 기능을 이용하여 펄스가 입력되어 인터럽트가 발생되는 시간차를 계산하여 펄스의 주파수를 계산하는 것이다.
<실시예>
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다이나모메타 시스템을 보여주는 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 속도/토크 제어부(210)는 컴퓨터 내에 구비되거나, 독립적인 컨트롤러(controller)로 기능하며, 다이나모메타 시스템의 운영자의 입력에 따라 소정 전류 기준치를 전류 제어부(220)로 제공한다. 또한 상기 전류 기준치는 속도/토크 제어부내에 입력된 미리 설정된 값도 가능하다.
다이나모메타(230)는 샤시 다이나모메타의 경우 벨트나 체인으로 롤(roll)(240)이나 차량에 연결되며 엔진 다이나모메타의 경우 커플링(coupling)으로 엔진(240)과 연결 되어 엔진에 부하를 제공한다.
센서부(250)는 타코메타(Tachometer) 또는 엔코더(Encoder)를 구비하며 엔진이나 롤(Roll)의 회전속도에 따라 해당되는 주파수를 가지는 펄스 파형이나 정현파를 출력하며 필요 시 도3의 입력전압 조정부를 거쳐 도 5에 도시 된 바와 같이 속도 검출 대상의 회전속도에 해당하는 펄스 형태의 신호로 변환된다. 상기 센서부(250)는 펄스 형태의 출력 신호를 전류제어부(220)로 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 전류 제어부(220)는 상기 속도/토크 제어부(210)로부터 제공받는 전류기준치에 따라 상기 다이나모메타(230)의 공급전력을 생성하며, 상기 속도센서부(250)의 펄스 출력 신호를 입력 받는다. 상기 전류제어부(220)는 상기 펄스 파형을 입력 받아 펄스 파형의 주파수를 계산하여 회전속도에 대한 데이터를 생성한다. 상기 속도 데이터는 상기 속도/토크 제어부(210)로 제공되어 운영자에게 속도 검출 결과를 디스플레이 하도록 하거나 메모리에 저장된다.
도 3은 상기 도 2에 도시된 전류 제어부의 상세 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명의 원리에서 살핀 바와 같이 전류 제어부는 마이크로 프로세서나 DSP 를 이용하며, 상기 도 3은 본 발명에 적용되는 필수 구성요소를 보여주는 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 송수신부(320)는 상기 속도/토크 제어부(210)와 상기 전류 제어부(220)사이의 데이터 송수신을 담당한다. 마이크로 프로세서 또는 DSP(300)은 중앙처리장치(CPU)(310)와 펄스누산기(330)와 외부 인터럽트(360)으로 구성 되어 있다. 중앙처리장치(CPU)(310)는 상기 속도/토크 제어부(210)로부터 제공되는 전류기준치에 따라 전원공급부(350)를 제어하여 다이나모메타의 코일 전류가 상기 전류기준치가 되도록 한다. 상기 전원공급부(350)는 상기 중앙처리장치(310)의 제어에 따라 전력을 생성하고 이를 상기 다이나모메타(230)로 제공한다. 상기 전원공급부(350)는 게이트 드라이브, 스너브 회로, 전력용 반도체 소자 등으로 구성될 수 있으며 여기서는 설명의 편의를 위해 상세 구성의 설명은 생략한다.
펄스 누산기(330)는 센서부(250)의 출력 신호를 직접 입력 받거나, 입력 레벨이 높을 경우, 입력되는 펄스 파형을 소정 레벨, 예를 들어 티티엘(TTL : Transistor Transistor Logic)레벨 또는 마이크로 프로세서 입력 레벨, 이하의 펄스 파형으로 조정하는 입력전압 조정부(340)의 출력을 입력받는다. 상기 펄스 누산기(330)는 입력되는 펄스 수를 카운트(count) 한다.
외부 인터럽트(360)는 펄스 형태의 속도신호를 입력 받아 라이징 에지(rising edge)나 폴링 에지(falling edge)에서 인터럽트(interrupt)를 발생하게 되며 상기 중앙처리장치(310)에서 속도 데이터를 생성하는 방법은 후술한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다이나모메타 시스템의 동작을 보여주는 흐름도이다. 상기 도 4를 참조하면 과정 410에서 과정 440은 시스템이 운영되기 시작하는 단계이며 전류제어 루프(loop)는 소정 시간마다 발생한다. 과정 450은 상기 중앙처리장치(310)가 속도 검출을 수행하는 과정이다. 또한 과정 460은 속도 검출 이외에 필요한 처리를 하는 과정으로서, 발명의 요지에 관한 사항이 아니므로 설명을 생략한다. 과정 470은 상기 과정 450과 460에서 수행한 속도정보 등의 데이터를 송신하는 과정이다.
이하 상기 과정 450의 속도 검출 루프(loop)를 설명한다. 하기의 과정은 상기 중앙처리장치(310)가 수행하는 동작이다.
먼저, 펄스 누산기를 이용하는 방법에 대해 설명하면, 중앙연산장치는 일정 시간 마다 펄스 누산기의 값을 읽는다. 즉, 속도 검출 루프의 동작 주기동안 누적된 펄스 수를 마이크로 프로세서나 DSP의 해당 레지스터(register)로부터 읽어 온다. 다음에, 읽어온 펄스 누산기의 값을 속도 검출 루프 시간과 속도센서의 분해능으로 나누면 다이나모메타에 연결 된 엔진이나 롤(Roll)의 단위시간 당 회전수를 계산 할 수 있다. 이 계산 된 값에 60을 곱하면 RPM이 되며 상기 속도센서의 분해능은 엔진이나 롤(roll)이 한 바퀴 회전하는데 나오는 펄스의 수를 의미한다. 속도를 계산하는 방법에는 여러가지가 있을 수 있으며, 이전 펄스가 발생하는 시간과 다음 펄스가 발생하는 시간의 차이를 계산하여 펄스의 발생주기에 따라 펄스 주파수를 계산할 수 있다. 즉, 마이크로 프로세서나 DSP의 외부 인터럽트를 이용하여 이전 펄스가 발생하는 시간 정보를 기억하고 다음 펄스가 발생하는 시간 정보에서 빼면 속도센서의 펄스 주기가 된다. 이 펄스 주기의 역수가 펄스 주파수가 되며 이 펄스 주파수를 속도센서의 분해능으로 나누면 다이나모메타에 연결 된 엔진이나 롤(roll)의 단위시간 당 회전 속도가 된다.
또한 엔진이나 롤(roll)의 속도를 계산하는 방법에는 상기 여러 방법에 의해 계산된 속도의 평균값을 이용하거나 일정 가중치(weight)를 부여하는 방식으로 계산하는 것이 가능하다.
상기 마이크로 프로세서나 DSP(330)는 상기 계산된 속도에 대한 정보를 상기 속도/토크 제어부(210)으로 제공한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어, 전류 제어부의 상세 구성은 사용하는 마이크로 프로세서의 종류에 따라 변형될 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 마이크로 프로세서나 DSP를 구비하는 전류제어기를 이용함으로써, 엔진이나 차량의 속도 검출을 위해서 필요했던 고가의 주파수/전압 변환기와 A/D 변환기, 혹은 펄스 카운터를 제거 할 수 있으므로, 다이나모메 타 시스템의 가격을 낮출 수 있는 이점이 있다.
또한 종래의 다이나모메타 시스템보다 구성이 간단 하면서도 정확한 속도 측정이 가능한 이점을 갖는다.

Claims (4)

  1. 엔진이나 차량을 포함하는 속도 검출대상과 연결되어 부하를 인가하는 다이나모메타;와 상기 속도 검출대상의 회전속도에 대응되는 펄스 파형을 출력하는 센서부;와 상기 다이나모메타에 인가되는 공급전력을 제어하며, 상기 펄스 파형을 입력받아 회전속도에 대한 데이터를 생성하는 전류 제어부; 및 상기 전류 제어부에 전류 기준치를 제공하고 상기 회전속도에 대한 데이터를 입력받는 속도/토크 제어부;를 구비한 다이나모메타 시스템에 있어서,
    상기 전류 제어부는
    입력되는 펄스 수를 사전에 정하여진 시간동안 카운트하는 펄스 누산기;
    상기 카운트된 펄스 수에 의해 단위 시간당 회전수를 계산하여 속도 데이터를 생성하는 마이크로프로세서;
    상기 마이크로프로세서에서 계산된 속도 데이터를 상기 속도/토크 제어부로 송신하고, 상기 속도/토크 제어부로부터 전류기준치를 수신하는 송수신부; 및
    상기 전류기준치에 따라 다이나모메타에 공급 전원을 생성하는 전원공급부;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이나모메타 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제어부는 입력되는 펄스 파형을 소정 레벨로 조정하여 상기 펄스 누산기로 제공하는 입력전압 조정부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이나모메타 시스템.
  3. 엔진이나 차량을 포함하는 속도 검출대상과 연결되어 부하를 인가하는 다이나모메타;와 상기 속도 검출대상의 회전속도에 대응되는 펄스 파형을 출력하는 센서부;와 상기 다이나모메타에 인가되는 공급전력을 제어하며, 상기 펄스 파형을 입력받아 회전속도에 대한 데이터를 생성하는 전류 제어부; 및 상기 전류 제어부에 전류 기준치를 제공하고 상기 회전속도에 대한 데이터를 입력받는 속도/토크 제어부;를 구비한 다이나모메타 시스템에 있어서,
    상기 전류 제어부는
    상기 펄스 파형을 입력받아 펄스 파형의 라이징 에지나 폴링 에지 중 사전에 정하여진 어느 하나의 에지에서 인터럽트 신호를 발생하는 외부 인터럽트;
    상기 인터럽트 신호에 따라 연속된 두 개의 펄스 파형 사이의 펄스 주기를 계산하여 속도 데이터를 생성하는 마이크로프로세서;
    상기 마이크로프로세서에서 계산된 속도 데이터를 상기 속도/토크 제어부로 송신하고, 상기 속도/토크 제어부로부터 전류기준치를 수신하는 송수신부; 및
    상기 전류기준치에 따라 다이나모메타에 공급 전원을 생성하는 전원공급부;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이나모메타 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전류 제어부는 입력되는 펄스 파형을 소정 레벨로 조정하여 상기 외부 인터럽트로 제공하는 입력전압 조정부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이나모메타 시스템.
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