자동차 업계에서는 현재의 테스트벤치에 현실적인 시뮬레이션과 구동렬에 대한 영향 등 더욱 많은 기능을 원하고 있습니다. 현실적인 시뮬레이션의 예로는 :

  • 연결 및 전환 프로세스 등 구동렬의 진동
  • 다양한 도로 표면에서의 제동중 발생하는 동적 프로세스에 대한 ABS나 ESP와 같은 운전자 보조 시스템 등이 있습니다.

모든 프로세스는 차량의 구동렬에 영향을 미칩니다. 이와 같은 영향과 효과를 조사하기 위해서는 테스트 벤치가 동적 프로세스를 시뮬레이션하여 측정할 수 있어야 합니다. 따라서 테스트 벤치 구성요소의 동적 특성과 토크 및 회전 속도 측정에 사용하는 시험 및 측정 장치, 센서의 성능에 대한 수요가 높아지고 있습니다.

TIM-EC torque interface module

토크 및 회전 속도의 통합

HBM의 주파수 및 전압 토크 변환기 같은 전통적인 출력 신호 외에 고정자의 TMC(Torque Measurement Communication) 디지털 인터페이스가 특징입니다. 따라서 토크 변환기는 유연하게 활용할 수 있습니다. 주파수와 전압 등 전통적인 신호와 EtherCAT등의 현대적인 이더넷 기반 필드버스 기술을 통해 자동화제어 환경에 통합할 수 있습니다. 통합을 위해서는 매우 유연한 모듈 방식의 TIM-EC 인터페이스가 필수입니다.

TIM-EC 는 2채널 이더켓 인터페이스 모듈입니다. RS-422 호환 회전속도 신호T40 토크 시리즈가 제공하며 TMC 디지털 토크 신허 외에 추가적으로 연결할 수 있습니다. 아래의 측정값은 이더켓 버스에서 제공됩니다.

  • 토크
  • 회전 속도
  • 회전 각도 
  • 출력

위의 측정된 값들은 순환 모드로 전송됩니다. 2개의 로페스(Low Pass)필터 (TP1, TP2)는 토크 및 회전 속도 값에 적용할 수 있으며, 상호 독립적으로 구성할 수 있습니다.

커플러(Coupler) 기능

이제 TIM-EC 토크 인터페이스 모듈은 커플러(Coupler)기능도 제공합니다. T40 시리즈 토크 변환기의 측정 데이터 스트림은 인터페이스 모듈의 백플레인(Backplane)버스 (10+2 인터페이스)에서 제공됩니다. 이 모듈은 커프러의 기능을 대신하며 토크 변환기의 측정 데이터 스트림을 연결된 다른 토크 인터페이스 모듈에 제공합니다.

그림. 1: 토크 측정 기술 - 여러 네트워크의 연결 

유입되는 토크 및 회전 속도 값은 인터페이스 모듈에서 개별적으로 반작용 없이 스케일(Scale) 변경, 필터링, 구성, 파라미터화 할 수 있습니다. 이런 구성은 토크 변환기의 측정 값이 완전히 독립적으로 제어 및 자동화 수준에서 여러 네트워크에 제공될 때 유용합니다.

이를 통해 측정 값은 제어 또는 자동화 등을 위해 각 측정 작업에 독립적으로 최적화하여 적용할 수 있습니다. 이런 구성은 토크 변환기를 적용한 향후의 다양하면서 강력한 산업용 Ethernet 네트워크의 복합적인 운용을 위한 전제 조건입니다. 앞으로 이런 구성을 통해 EtherCAT과 PROFINET 네트워크에서 토크 변환기의 동시 운용이 이루어지면서 두 네트워크 사이의 실시간 통신이 가능해집니다. TIM-TIM 통신이라고도 불리는 새롭게 통합된 상호 통신 기능으로 새로운 유연성의 기준이 수립될 것입니다.

앞으로 통합된 웹 서버가 EtherCAT 인터페이스 모듈의 파라미터화에 사용되어 추가적인 소프트웨어 설치가 불필요해질 것입니다. 이 덕분에 EtherCAT 보드가 장착된 표준 PC를 이용해 TIM-EC를 연결, 파라미터화, 시험, 분석할 수 있을 것입니다. 모든 모듈은 통합된 Ethernet 인터페이스를 통해 독립적으로 구성됩니다. 모든 모듈은 공장에서 또는 단일 기기로 운용할 때 '마스터(Master)'로 설정됩니다. 이 인터페이스 모듈은 상호 통신 모드를 사용하고 해당 기능을 할당하기 위해 통합된 웹 서버를 통해 구성해야 합니다. 

 

 

Fig. 2: Parameterization in the web server

구성 모드 조사

토크 변환기가 연결된 이 인터페이스 모듈은 반드시 '슈퍼 마스터'(커플러)로 구성해야 하고 토크 변환기가 없는 모듈은 '슬레이브(Slave)'로 구성해야 합니다.

마스터 모드>>>>>> 디폴트(default)

  1. 슈퍼 마스터(Super-Master) 모드>>>>>>> 상호 통신 (intercommunication)
  2. 슬레이브(Slave)모드 >>>>>>>> 상호 통신 (intercommunication)

토크 변환기가 연결된 이 인터페이스 모듈은 반드시 '슈퍼 마스터' (커플러)로 구성해야 하고 토크 변환기가 없는 모듈은 '슬레이브'로 구성해야 합니다.
이 구성에서 슈퍼 마스터 (커플러)는 데이터를 처리하고 백플레인 버스(10+2 버스)에서 측정 데이터 스트림을 사용할 수 있도록 합니다. 또한 슈퍼 마스터로 구성된 헤드엔드(Head End) 스테이션만이 연결된 토크 변환기에 총체적으로 접근할 수 있습니다. 즉, 분류기 신호는 슈퍼 마스터에 의해서는 생성될 수 있습니다.

 슬레이브는 토크 센서와 슈퍼 마스터(커플러) 사이의 통신 데이터 스트림을 경청(Listen)합니다. 이 구성에서는 실제로 "경청자(Listener)"로 행동합니다.

 

 

결론

TIM-EC 토크 인터페이스 모듈은 매우 강력한 시스템으로 일관성 있는 강력한 네트워크 구조를 통해 역동적인 토크와 회전 속도 신호의 통합이 가능합니다. 새로운 상호 통신 기능은 이더켓등 다양한 네트워크의 연결을 통해 토크 측정 기술의 유연성을 새롭게 바꾸고 있습니다. 또한 앞으로 이더켓과 Profinet 네트워크 등 다양한 산업용 이더넷 기반 솔루션이 융합하면 유연성은 더욱 향상될 것입니다.

프로세스 데이터 외에도 포괄적인 진단 정보를 사용자에게 기본으로 제공합니다. 적절한 실시간 하드웨어를 사용하는 TIM-EC는 ≤ 20 kHz의 버스 사이클 시간을 지원할 뿐 아니라 메시지 교환 레이턴시(Latency)를 최소화합니다. 이를 통해 시스템은 역동적인 구동 및 부하 사이클의 시뮬레이션을 이행하는 데 필요한 기능을 제공합니다. 또한 통합된 웹 서버로 인해 처리 및 파라미터화가 더욱 편리해지며 소프트웨어 설치는 더 이상 필요하지 않습니다.

 

 

EtherCAT and torque measurement

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