토크 측정 시 사용되는 CASMA 필터 관련 팁과 정보

연소 엔진의 토크 신호는 동적 거동을 나타냅니다. 이는 각 실린더 행정 사이클의 진동과 요동 때문입니다. 이처럼 동적이면서 주기적으로 요동하는 토크 성분이 실제 토크 측정에 추가됩니다.

CASMA(Crank Angle Sampled Moving Average) 필터는 각도 동기(angular synchronism)에 따라 작동하고 시간과 무관하기 때문에 RPM 변화에 자동으로 대응할 수 있습니다. 이 필터는 시간 도메인에서 작동하는 것이 아니라 각도 동기적으로 작동합니다.

본 기사를 통해 HBM의 TIM-PN, TIM-EC 및 PMX 신호조절 시스템에 CASMA 필터를 적용하는 방법을 알아보십시오.

토크 시그널 필터링

시간 동기화(Time-synchronous) 필터

정밀한 토크 측정을 위해서는 노이즈 신호를 필터링 하는것이 필수적 입니다. 흔히 쓰이는 베셀 필터(Bessel Filter)나 버터워스 필터(Butterworth Filter)는 로우패스(low-pass) 특성을 갖고 시간 동기적으로 작동합니

각도 필터 (Angular Filters)

CASMA(Crank Angle Sampled Moving Average) 필터는 각도 동기(angular synchronism)에 따라 작동하고 시간과 무관하기 때문에 RPM 변화에 자동으로 대응할 수 있습니다.

HBM signal conditioners that support the CASMA filter

TIM-PN 및 TIM-EC 모듈에서CASMA 필터 사용법

Web Interface

TIM-EC 및 TIM-PN 토크 인터페이스 모듈은 웹 서버 통합형입니다. CASMA 필터 사용에 필요한 모든 설정을 브라우저 기반의 소프트웨어를 통해 실행할 수 있습니다. 필터에 필요한 파라미터를 HTML 페이지에서 입력하고 타당성을 확인하면 됩니다. CASMA 필터 입력점(entry point)은 'Units'와 'filters' 메뉴에 통합되어 있습니다.

CASMA 필터의 특징

Parameterization characteristic	Function
Angle divider	각해상도(angle resolution)를 줄임으로써 동일한 window width에서 높은 회전 속도 지원
Angle range (degrees)	이동평균이 분포할 각도 범위(window width)
Pseudo speed (rpm)	RPM 속도 뒤에 pseudo pulse 또는 pseudo speed가 생성됨. 그렇지 않을 경우, 필터 작동이 중지되고 측정값이 동결됨.

Information Area Feature

Information area feature	Function
Maximum rotational speed (rpm)	Angle pulse는 반드시 토크 측정 샘플링 레이트보다 작아야 한다. 그렇지 않을 경우, 동일 측정값을 통해 평균이 생성된다.
Pulses per revolution	증가수(number of increments) 및 분석을 통한 값 산출. 능동적 구적분석(quadrature analysis)을 통해 각해상도가 네 배가 된다.
Angular resolution in degrees	펄스/회전 수 및 Divider에 의해 산출.
Number of averaged values	이동평균 생성에 사용된 측정값의 수를 계산.

PMX에서 CASMA 필터를 사용하는 방법

계산 채널 생성

Analysis 카테고리에서 계산 채널 'rotation synchronous filter'를 새로 생성합니다.

Adjust parameters

Filter Input: 필터링 할 신호를 입력합니다.
Shaft Angle Input: 회전각 센서의 신호를 여기에 입력합니다. 측정값은 반드시 0°~360° 사이여야 합니다.
Window Width: 이동평균을 측정할 범위를 여기에 명시합니다. 폭은 반드시 30°~720°라야 합니다. 기본 설정값은 180°입니다. Window width 대 Resolution의 비율은 반드시 180 미만이여야 합니다.

Periodic time on the disturbance를 회전각에 투영시키면 window width는 실험적으로 쉽게 계산이 가능합니다. 이 예에서는 720°마다 주기적 외란을 갖습니다.

Minimum Speed: 지정된 최저 회전 속도보다 실제 회전 속도가 더 낮으면 가상 회전 속도가 적용됩니다.
Resolution: 해상도 값은 평균이 새로 계산되는 빈도(매회의 degree)입니다. 주: 계산 속도는 총 업데이트 속도에 영향을 받으므로 허용 가능한 최대 회전 속도는 해상도에 따라 달라집니다.

이론적인 해상도 값은 다음과 같이 계산합니다: 최대 회전 속도=해상도*총 업데이트 속도/6

실제 사용 시에는 이론적으로 가능한 최대 회전 속도의 10~20%만 사용하는 것이 좋습니다.

Resolution	총 업데이트 속도 19,200Hz에서 이론적인 최대 회전 속도	총 업데이트 속도 38,400Hz에서 이론적인 최대 회전 속도
1°	3200 rpm	6400 rpm
2°	6400 rpm	12,800 rpm
4°	12,800 rpm	25,600 rpm
6°	19,200 rpm	38,400 rpm
8°	25,600 rpm	51,200 rpm

아래 window width별로 회전 속도는 배수 단위로 억제됩니다.

Window width	Multiples
90°	4, 8, 12, …
120°	3, 6, 9, …
180°	2, 4, 6, …
360°	1, 2, 3, …
720°	0, 5, 1, 1, 5, …

Note: 소스 신호(source signal) 중 무효 신호가 있으면 출력 신호도 무효값이 나옵니다.

CASMA 사용 예

CASMA 필터가 토크 측정에서 엔진 속도와 상관관계를 가지며(시간 흐름에 따라 변동) 탁월한 안정성을 제공했음을 분명히 보여주고 있습니다. 필터의 폭이 넓으면 넓을수록 결과도 더 좋아집니다.