KR20060022690A - 증분 측정 및 차륜의 미분속도 측정에 의한 핸들의 절대각위치를 결정하는 방법 - Google Patents

Abstract

자동차의 섀시(chassis)에 대하여 자동차 핸들(1)의 절대각 위치(θ)를 결정하는 시스템은, 핸들의 상대각 위치(δ)를 점진적으로 측정하는 장치와, 동일 축에 장착된 차륜의 미분속도(△V/V)를 측정하는 장치(2), 및 주기 t로 미분속도와 각위치를 샘플링하는 프로세싱 장치(8)를 포함한다. 상기 장치는 시간 t_n에서, 미분속도 △V/V에 따른 절대각 위치 θ(t_n)의 추정치 θ^*(t_n)와, 각위치 θ^*(t_n)와 δ(t_i) 사이의 이동거리 평군 편차(t_n)을 결정하기에 적합한 연산수단을 포함한다. 여기서 i는 0부터 n까지의 변수이고, 절대각 위치 θ(t_n)은 이동거리 평균 편차(t_n)와 각위치 δ(t_n) 사이의 부가에 의한다.

핸들, 절대각 위치, 상대각 위치, 증분측정, 미분속도

Description

증분 측정 및 차륜의 미분속도 측정에 의한 핸들의 절대각 위치를 결정하는 방법 {DETERMINING OF THE ABSOLUTE ANGULAR POSITION OF A STEERING WHEEL BY MEANS OF AN INCREMENTAL MEASUREMENT AND THE MEASUREMENT OF THE DIFFERENTIAL VELOCITY OF WHEELS}

본 발명은 자동차의 차대(chassis)에 대한 자동차 핸들의 절대각 위치를 결정하는 시스템 및 상기 시스템의 사용방법에 관한 것이다.

특히 궤도 제어 시스템 또는 전기적 조향 보조 시스템과 같은 다수의 적용예에서, 차대(chassis)에 대한 핸들의 절대각 위치를 인식할 필요가 있다.

절대각 위치란 소정 순간에 핸들의 위치와 기준위치 사이의 각을 의미하는바, 상기 기준위치는 차대(chassis)와 관련하여 부여되며 고정되어 있다.

이에 반하여, 상대각 위치란 차대(chassis)와 관련하여 핸들의 위치와 임의의 가변적인 초기위치 사이의 각을 의미한다.

핸들의 절대각 위치를 결정하기 위하여, 동일 축에 장착된 차륜의 미분속도(differential velocity)를 이용하는 것은 알려져 있다. 실제로, 자동차가 직선 또는 곡선 궤도를 따라 운행될 때, 각 차륜은 그 곡률 중심이 동일한 궤도를 가지므로, 이 미분속도 및 각 위치 간에 전단사(全單射)적 관계를 수립할 수 있다. 제기 되는 문제들 중 하나는 이 결정 방식이 +/-50°까지 변할 수 있는 변변치 않은 정확성만으로 절대각의 추정을 허용한다는 점인바, 상기 정확성은 그밖에 자동차의 주행조건에 따라 영향을 받을 수도 있다.

한편, 매우 정확하게 핸들의 상대각 위치를 산출할 수 있는 핸들의 각 위치 증분 측정장치도 있다. 그러나, 절대각 위치를 산출하기 위하여는, 하나 이상의 기준각 위치를 결정할 필요가 있다. 그런 방식은 예컨대 유럽 특허 제EP-1 167 927호에 명시되어 있다. 그런 장치들의 한계는 기준각 위치의 탐지가 회전마다 단 한 번만 가능하다는 점인바, 이는 특정 주행상태에서 무시할 수 없는 정도의 소정 시간이 지난 후 및 무시할 수 없는 정도의 소정거리를 자동차가 주행한 후에야 절대각 위치 결정에 이를 수 있다.

본 발명은 핸들의 절대각 위치 결정 시스템에 내재한 상기 문제들을 해결하기 위한 것인바, 상기 시스템은 측정된 상대각 위치들 부근에서 차륜들의 미분속도 측정에 의해 도출되는 절대각 위치들의 추정치들로부터 조금씩 변동하는 평균을 산출할 수 있게 하며, 상기 평균은 상응하는 절대각 위치를 산출하기 위해 상대각 위치를 재고정하는데 사용된다.

위와 같은 목적으로, 첫 관점에 따라, 본 발명은 자동차 차대(chassis)에 대한 자동차 핸들의 절대각 위치를 결정하는 시스템을 제안하는바, 상기 시스템은 다음 요소들을 포함한다.

-다음 사항을 포함하는, 핸들의 상대각 위치의 증분 측정 장치:

·핸들과 동시적으로 회전하도록 되어있는, 주요 다극(多極) 트랙 내재 엔코더;

·엔코더의 맞은 편에 자극간극(磁極間隙)만큼의 거리를 두고 장착된 고정 픽업 기계의 작동을 전기 신호로 변환하는 장치, 이는 두 전기적 신호 S1, S2를 주기적으로 사방에 송출하도록 주요트랙 맞은 편에 위치한 둘 이상의 센서들을 구비하고 있으며, 신호 S1, S2로부터 핸들의 상대각 위치를 송출하기에 적합한 전자회로를 가진다;

-축에 장착된 차륜들의 미분속도 △V/V 측정장치;

-주기 t로 각의 위치 δ(t_i)들 및 미분속도 △V/V(t_i)를 샘플링하기에 적합한 프로세싱 장치, 상기 장치는 다음 사항에 적합한, 시간 t_n에 대한 연산수단을 갖고 있다:

·미분속도 △V/V(t_n)에 따른 절대각 위치 θ(t_n)의 추정치 θ^*(t_n)의 결정

·각위치 θ^*(t_i)와 δ(t_i) 사이의 이동거리(offset) 평균 편차(t_n)의 결정, 여기서 i는 0에서 n까지 변한다;

·이동거리 평균 편차(t_n)와 각 위치δ(t_n) 사이의 부가에 의한 절대각 위치 θ(t_n) 결정.

두 번째 관점에 따르면, 본 발명은 상기 시스템을 이용하여 각 위치를 결정하는 방법을 제시하는바, 상기 방법은 다음 사항의 정밀한 반복적 단계로 이루어진다:

-각 위치δ(t_n) 및 미분속도 △V/V(t_n)의 측정하는 단계;

-미분속도 △V/V(t_n)에 따른 절대각 위치 θ(t_n)의 추정치 θ^*(t_n)을 결정하는 단계;

-이동거리 평균 편차(t_n)를 산출하기 위한 벡터

및

의 평균 편차를 결정하는 단계;

-이동거리 평균 편차(t_n)와 각 위치 δ(t_n) 사이의 부가에 의한 절대각 위치 θ(t_n)을 결정하는 단계.

이하, 핸들의 절대각 위치 결정 시스템이 장착된 자동차를 위한 조향장치들 중 일부에 대한 별첨 도면을 참조하여 본 발명의 목적 및 장점을 설명한다.

도 1은 핸들의 절대각 위치 결정 시스템이 장착된 자동차 조향장치의 부분 개략도이다.

본 발명은 자동차 차대(chassis)에 대한 자동차 핸들(1)의 절대각 위치(θ) 결정 시스템에 관한 것이다. 경우에 따라서, 이 위치는 자동차 궤도의 제어시스템 또는 조향 보조시스템에 사용하기 위한 용도를 가진다.

이 시스템은 동일축에 장착된 차륜의 미분속도(differential velocity) △V/V 측정 장치(2)와 핸들(1)의 상대각 위치의 증분 측정장치로 이루어진다.

도면은 조향장치들에 장착된 상기 시스템에 대해 설명하고 있는바, 이 조향장치들에는 운전자가 선회력 및 선회각을 실용화하는데 매개역할을 하는 핸들(1)과 결합되어 있는 조향축(3)이 내재되어 있다. 또한, 조향축(3)은 방향 선회각을 자동차 차륜으로 전달하기 위해 장착된다. 이를 위해, 축(3)의 회전운동을 차륜들의 각 변위로 변환하도록 톱니래크 피니언 및 톱니래크를 통하여 차륜들을 역학적으로 축(3)에 결합시키거나 축(3)과의 결합을 해체시킬 수 있다. 이 조향 시스템은 그 밖에 자동차의 차대(chassis)와 연동하는 고정부재(4)에 의하여 이루어진다.

핸들(1)은 다양한 회전이 실행될 수 있도록 차륜들이 바르게 있는 위치 각 측면에 전형적으로 2개 장착된다.

도면상의 증분 측정장치는 픽업의 센서가 엔코더(5)의 맞은 편에 자극간극(磁極間隙) 만큼의 거리를 두고 장착되도록 고정부재(4)에 결합되어 있는 고정 픽업(6) 및 축(3)의 회전과 연동하는 엔코더(5)로 이루어져 있다. 본 발명에 따른 시스템은 고정부재(4) 및 차대(chassis)와 관련하여 엔코더(5) 및 핸들(1)의 절대각 위치를 결정할 수 있게 한다.

엔코더(5)에는 주요 다극(多極) 트랙이 있다. 경우에 따라서, 엔코더(5)에는 주요 트랙을 형성하기 위해 동일한 상수각으로 등분된 한 쌍의 N극 및 S극의 다원성을 고무시키는 다극성 마그네틱 고리가 있다.

또한, 픽업(6)에는 예컨대 Hall 효과를 갖는 존데(sonde), 자기저항 존데, 초자기 저항 존대로 이루어진 그룹에서 선택된 둘 이상의 센서가 있다.

사용되는 픽업(6)은 센서를 매개로 주기적인 두 전기적 신호들 S1, S2를 사방으로 송출하는데 적합하다.

다양한 센서로부터 신호 S1 및 S2를 획득하는 원리는 예컨대 본 출원인의 프랑스 출원 제2 792 403호에 개시되어 있다. 또한, 신호들 S1 및 S2를 송출하기에 적합한 두 센서가 장착된 픽업(6)도 마찬가지로 공지되어 있다.

그 밖에, 픽업에는 신호들 S1, S2로부터 핸들(1)의 상대각 위치를 연산하게 할 수 있는 직각 위상의 A, B에 대한 디지털 신호를 사방으로 송출하는 전자회로(7)가 있다. 특히, 전자회로(7)는 원위치로부터 엔코더(5)의 각위치의 변환을 결정하기에 적합한 계산장치로 이루어진다. 일 실시예에서는, 계산장치에 기록들이 내재되어 있고, 그 기록 내의 각의 위치값이 탐지된 신호들 A, B의 수와 상응하는 각의 값에 의해 증가되거나 감소되는바, 그 원래의 값은 장치를 이용할 때 예를 들어 0으로 고정되어 있다. 그리하여 전자회로(7)는 원위치와 관련하여 엔코더(5)의 상대적 위치를 알려준다.

일 실시예에 따르면, 전자회로(7)에는 동 출원인의 프랑스 특허 제2 754 063호에 기술된 유형처럼 보간기를 더 포함하고 있는바, 송출 신호들의 해독율을 증가시킬 수 있다. 특히, 1°미만의 각 위치의 해독이 이루어질 수 있다.

전자회로(7)가 장착된 픽업(6)은 규소 또는 예컨대 비소갈륨(AsGa)과 같은 동등물로 된 기판상에 부분적으로 또는 전반적으로 통합시켜 특정 적용을 위해 개 성화된 통합회로, 종종 필요에 따라 부분적 또는 전반적으로 구상된 통합회로의 기준으로 삼기 위해 ASIC형으로 설계된 회로를 형성할 수 있다.

이 설명은 자기적 엔코더/픽업들과 관계됨에도 불구하고, 광학적 형태의 기술을 사용하여 유사한 방식으로 본 발명을 구현할 수도 있다. 예를 들어, 엔코더(5)는 감광된 자기적 다극 모티브와 유사한 광학적 모티브를 형성하도록 주요트랙이 새겨진 금속 또는 유리 타겟으로 형성될 수 있는바, 이 경우 센서들은 광학적 탐지기로 형성된다.

미분속도 △V/V 측정장치(2)에는 동일 축에 장착된 좌측 차륜의 속도 V_g 및 우측 차륜의 속도 V_d가 각각 주어지며, 상기 미분속도를 제공하기 위해 장착된 연산수단이 내재되어 있다.

그 밖에, 결정시스템에는 t의 주기로 각의 위치들 δ(t_i) 및 미분속도 △V/V(t_i)를 샘플링하는 프로세싱 장치(8)를 포함한다. 상기 프로세싱 장치는 나아가 다음 사항에 적합한 시각 t_n에 따른 연산수단을 갖추고 있다:

-미분속도 △V/V(t_n)에 따른 절대각 위치 θ(t_n)의 추정치 θ^*(tn) 결정;

-각 위치 θ^*(t_i)와 δ(t_i) 사이의 이동거리 평균 편차(t_n) 결정, i는 0에서 n까지 변동함;

-이동거리 평균 편차(t_n)와 각 위치 δ(t_n) 사이에 부가한 절대각 위치 θ (t_n) 결정.

아래에서는, 1ms 주기로 각 위치 δ(t_i)와 미분속도 △V/V(t_i)를 샘플링하는 본 발명에 따른 결정 시스템의 실행방법에 대하여 기술한다.

각 미분속도 △V/V(t_i) 측정을 위해, 연산에 의한 각 위치 θ(t_i)의 추정치 θ^*(t_i)가 결정된다. 지면과 차륜 사이의 미끄러짐이 무시할 수 있는 정도라고 가정하면, 각 위치 θ^*(t_i)와 미분속도 △V/V(t_i) 사이에는 전단사적 관계가 존재한다. 상기 미끄러짐은 미분속도 측정이 비구동륜 상에서 이루어질 때에는 특히 미약하지만, 정상적인 점착력이 작용할 때에는 구동륜 상에서도 무시할만한 정도이다. 일 실시예에 따르면, 이 관계는 아래의 조건을 포함할 수 있는 최적 조건의 자동차에 대하여 이루어진 측정에 의해 확인된다:

- 평지에서의 자동차 주행;

- 안정된 주행 속도;

- 핸들의 느린 회전;

- 공칭 타이어 압력;

- 건조한 지면.

이러한 조건에서, 미분속도 △V/V(t_i)에 따라 각 위치 θ(t_i)를 추정할 수 있도록 하는 예컨대 3차 다항식 관계가 수립될 수 있다. 프로세싱 장치(8) 내의 이 러한 관계를 이용함으로써 측정된 미분속도 △V/V(t_i)에 따른 각 위치 θ(t_i)의 추정치 θ^*(t_i)를 매 순간 산출할 수 있다.

증가된 각 위치 δ(t_i)는 시간에 따른 각 위치 θ(t_i)의 변화를 인식할 수 있도록 하지만, 상기 절대각 위치에 따라 이동거리 상수에 의해 변경된다.

본 발명에 따른 방법은 예컨대 매 순간(t_n)에, 이동거리 평균 편차의 산출을 위한 벡터

및

의 평균 편차를 결정하기 위해 이 수치를 연산하도록 하고 있다. 실제로, 이동거리(t_n)의 수치는

이동거리^*l_n의 함수의 최소값에 상응하는바, I_n은 n차원의 다항식 행렬이다.

이처럼, 본 방법은 사용된 수치들의 수가 시간에 따라 상승하므로, 평균 이동거리(t_n)에 대한 정확성을 끊임없이 개선하기 위해 통계적으로 일단의 수치들 θ^*(t_i) 및 δ(t_i)를 사용하도록 하고 있다. 나아가, 지면의 평면성 결여와 같이 추정치 θ^*(t_i)의 연산에 영향을 미치는 모든 교란 인자가 0으로 수렴된다고 전제하는 경우, 제시된 통계적 연산은 산출된 이동거리 수치로 신속히 수렴될 수 있다.

결과적으로, 이동거리 평균 편차(t_n)와 각 위치 δ(t_n) 사이에 부가됨으로 써, 프로세싱 장치(8)는 주행구역의 결함으로부터 상당부분 자유로워지면서 절대각 위치 θ(t_n)를 반복적으로 송출하게 한다.

어떤 실시예에 따르면, 소정 주행조건에서 이 방법을 실행함으로써 절대각 위치 결정의 정확성을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 주행조건에는 궤도 내에서 자동차의 기입 속도와 연관된 지장을 제한하기 위한 핸들의 최대 회전 속도 및/또는 추정치의 정밀성을 개선하기 위한 자동차의 최소 속도가 포함된다. 수치로 예를 들자면, 자동차 속도의 제한은 5km/h로 고정될 수 있고 핸들 속도의 제한은 20°/s로 고정될 수 있다. 이처럼, 이러한 조건이 연속적이든 불연속적이든 최소 2초 동안 충족된다면, 핸들의 절대각 위치가 +/-5°편차 내에서 전형적으로 정확하게 산출될 수 있다. 이러한 정확성은 25m의 주행 뒤에 산출될 수 있고, 50m의 주행 뒤에는 +/-2°편차 내에서 산출될 수 있다.

나아가, 결정 시스템은 이동거리 수치의 연산시의 교정으로 인하여 엔코더(5)와 핸들(1) 사이의 역학적 지수 조정이 오류 없이 이루어질 수 있도록 한다.

Claims (7)

1. -주요 다극 트랙이 내재되며, 핸들(1)과 연동하여 회전이 이루어지도록 하는 엔코더(5); 및

   두 전기적 신호 S1, S2를 주기적으로 사방에 송출하도록 상기 주요트랙 맞은 편에 위치한 둘 이상의 센서를 구비하며, 신호 S1, S2로부터 상기 핸들(1)의 상대각 위치를 송출하기에 적합한 전자회로(7)를 포함하고, 엔코더(5)의 맞은 편에 자극간극(磁極間隙) 만큼의 거리를 두고 장착된 고정 픽업(6)을 포함하는 핸들의 상대각 위치(δ)의 증분 측정장치;

   - 동일 축에 장착된 차륜들의 미분속도 △V/V 측정장치 (2); 및

   - 미분속도 △V/V(t_n)에 따른 절대각 위치 θ(t_n)의 추정치 θ^*(t_n)의 결정; 각위치 θ^*(t_i)와 δ(t_i) 사이의 이동거리 평균 편차(t_n)의 결정, 여기서 i는 0에서 n까지 변함; 이동거리 평균 편차(t_n)와 각 위치 δ(t_n) 사이의 부가에 의한 절대각 위치 θ(t_n)을 결정하기에 적합한 시간 t_n 에 대한 연산 수단을 포함하며, 주기 t로 각 위치 δ(t_i) 및 미분속도 △V/V(t_i)를 샘플링하기에 적합한 프로세싱 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 차대(chassis)에 따른 자동차 핸들(1)의 절대각 위치(θ)의 결정 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   동일한 상수각으로 등분된 N극 및 S극을 고무시키는 다극 트랙이 마그네틱 고리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 차대(chassis)에 따른 자동차 핸들의 절대각 위치의 결정 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 전자회로(7)는 송출 신호들의 해독율을 증가시킬 수 있는 보간기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차 차대(chassis)에 따른 자동차 핸들의 절대각 위치의 결정 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중에 어느 한 항에 의한 결정 시스템을 이용하여,

   - 각 위치 δ(t_n) 및 미분속도 △V/V(t_n)을 측정하는 단계;

   - 미분속도 △V/V(t_n)에 따른 절대각 위치 θ(t_n)의 추정치 θ^*(t_n) 을 결정하는 단계;

   -이동거리 평균 편차(t_n)를 산출하기 위한 벡터

   

   및

   

   의 평균 편차를 결정하는 단계; 및

   - 이동거리 평균 편차(t_n)와 각 위치 δ(t_n) 사이의 부가에 의한 절대각 위 치 θ(t_n)을 결정하는 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 자동차 핸들의 절대각 위치 결정방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 미분속도 △V/V(t_n)가 비구동륜 상에서 실행되는 것을 됨을 특징으로 하는 자동차 핸들의 절대각 위치 결정방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   소정 주행조건에서 실행되는 것을 특징으로 하는 자동차 핸들의 절대각 위치 결정방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 주행조건에 핸들 회전의 최대 속도 및/또는 자동차의 최소 속도가 포함되는 것을 특징으로 하는 자동차 핸들의 절대각 위치 결정방법.

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