CN1280632C - 磁旋转检测器、相关车辆控制装置和判断转子异常的方法 - Google Patents

Abstract

随着磁性转子(10)的旋转，设置于磁性转子(10)外圆周上的磁体(11)运动，从而在传感器(15)的周围引起磁通量的变化。然后，传感器(15)输出一个信号。如果传感器(15)的信号输出由于一个设定于磁性转子(10)特定位置的特定磁体(11)而波动，那么判定磁性转子(10)处于一种异常状态，例如磁体(11)上附着碎铁片等。

Description

磁旋转检测器、相关车辆控制装置 和判断转子异常的方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测车轮转速的磁旋转检测器，使用该磁旋转检测器的车辆控制装置，以及判断磁性转子中的异常的方法。

背景技术

已知，磁旋转传感器是车辆中的一种用于检测车轮转速的装置(例如，见日本专利申请公开No.3-59416(第3页和第4页，图1))。这种磁旋转传感器由磁体和检测器组成。磁体以相等的间距设置于转子的外圆周部分上，该转子与一个对象同步转动，该对象的转速将被检测。检测器为例如霍尔装置等的传感器，设置于转子的外侧并朝向转子。如果转子转动，设置于转子外圆周上的磁体引起传感器周围的磁通量变化。传感器检测磁通量的变化并输出信号。因此，能够根据传感器的信号输出检测引起磁通量变化的磁体运动，即转子的转动。

这种磁旋转传感器设置于车轮等的转轴上。然而，由于用于设置磁旋转传感器的结构不能被密封，因而外界物体不可避免地进入传感器。如果碎铁片等进入其中，它们可以附着在设置于转子外圆周部分上的磁体上并干扰磁通量的变化。如果磁通量的变化被这样地干扰，那么即使转子本身以恒定的速度转动，也会错误地检测到转速的波动。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能够检测附着于转子磁体上的外界物体的磁旋转检测器，一种使用该磁旋转检测器的车辆控制装置，以及用于判断磁性转子中的异常的方法。

本发明的第一方面涉及一种磁旋转检测器，该检测器包括磁性转子，该转子具有以预定距离的间隔设置于其外圆周部分上的磁体；以及检测随磁性转子转动而产生的磁通量变化的检测体。磁旋转检测器还包括异常判断部分，该部分根据检测体的检测结果而监控磁性转子转速的周期性波动，并在波动产生于磁性转子的特定位置时判断磁性转子处于异常状态。

如果产生异常，例如外界物体附着于转子的一个特定磁体等，则在该磁体中一个位置的磁通量变化与正常的变化不同。这大致产生与该位置发生转速波动的情形相同的结果。即，引起转速的周期性波动。相反的是，如果在特定的位置检测到一个转速的周期性波动，就可以估计出该位置处于上述的异常状态。

优选的是，异常判断部分通过判断相应于转速周期性波动的磁体的可见位置之间的距离而检测磁性转子特定位置发生波动。相应于转速周期性波动的磁体可以实际上为一块磁体，因为磁体不止一次通过检测体的前面一次以上。恰当的是，可以根据由检测体检测到的输出信号中的噪音产生间隔和噪音产生时的磁性转子转速的乘积而计算出该距离。

优选的是，如果在特定位置的转速周期性波动持续一个预定的周期或更长，那么就判定磁性转子异常。在此情形下，例如噪音的频繁产生、外界物体的暂时混入等的异常并不认为是在磁性转子中的异常。结果，实现了精确的测量。优选的是，如果磁转子转速导数值的绝对值超出预定值，就判定有转速的周期性波动。

优选的是，异常判断部分估计出特定位置处的转速波动是由于金属碎片在磁性转子上的附着而产生的异常。这是因为，通常认为金属碎片之外的附着物对磁通量没有影响，因此不会导致磁通量的变化，即转速的周期性波动。

本发明的第二方面涉及一种车辆控制装置，该装置包括多个轮速检测器，每个轮速检测器通过上述的磁旋转检测器检测相应车轮的轮速，还包括不平整道路判断装置，该装置根据轮速检测器测量到的轮速判断路面处于不平整状态。在此车辆控制装置中，如果异常判断部分判断磁性转子是异常的，那么不平整道路判断装置就通过将使用被认定异常的磁旋转检测器检测到的轮速的反映程度减少，而对不平整路面进行判断。

本发明的第三方面涉及一种车辆控制装置，该车辆控制装置包括多个轮速检测器，每个轮速检测器通过上述磁性转子检测器检测相应车轮的轮速；该车辆控制装置还包括车辆速度判断装置，该装置根据由轮速检测器分别测得的轮速而判断车辆速度。在此车辆控制装置中，如果异常判断部分判定磁性转子是异常的，那么车辆速度判断装置就通过将使用被认定异常的磁旋转检测器检测到的轮速的反映程度减少，而判断车辆速度处于异常。

本发明的第四实施例涉及一种车辆控制装置，该车辆控制装置包括使用本发明的上述磁旋转检测器的轮速检测器，还包括根据轮速检测器测得的轮速来控制车辆行为的车辆控制装置。如果异常判断装置判断磁性转子是异常的，车辆控制装置将阻止积极地执行车辆控制。

在检测到磁性转子中的异常的情况下，磁旋转检测器所测得的轮速被认为具有较低的可靠性。如果使用被认为具有较低可靠性的检测结果对不平整道路和车辆速度进行判断，或者如果使用被认为具有较低可靠性的检测结果执行车辆控制，那么可能无法保持该判断或控制的可靠性。因此，在这种情形下，通过暂停判断、将检测结果排除在精确判断之外、或者避免积极地执行控制，避免错误的判断或者错误的控制操作。

恰当的是，在排除了被认为是异常的磁旋转检测器的检测结果(轮速)后，对不平整道路或车速进行判断。

本发明的第五方面涉及一种用于判断磁性转子中的异常的方法，该磁性转子具有以预定间距设置于其外圆周部分的磁体。这种方法包括下列步骤：检测随着磁性转子转动而由磁体引起的磁通量变化；根据所检测到的磁通量变化监控磁性转子转速的周期性波动；判断磁性转子的特定位置是否发生转速波动；以及如果判断出在磁性转子的特定位置产生了转速的波动，那么就判断磁性转子处于异常状态。

附图说明

本发明的上述和进一步的目的、特性及优点将根据对于优选实施例的下列详细说明并参考附图而变得明显，其中使用类似的附图标号表示类似的部件，并且其中：

图1为根据本发明的一个实施例的磁旋转检测器的示意图。

图2为示出了依据图1所示的磁旋转检测器的车辆控制装置的结构被用作轮速传感器的方框图。

图3为流程图，该图示出了图1所示的磁旋转检测器的操作。

图4为流程图，该图示出了图2所示的车辆控制装置的操作。

图5A到5C为部分前视图，它们示出了在图1所示磁旋转检测器的其它实施例的磁性转子中的磁体设置。

具体实施方式

下面将参考附图详细说明本发明的优选实施例。为便于理解下述说明，类似的参考标号尽可能地用于表示附图中的类似部件，并将避免对相同说明的重复。

图1为根据本发明的一个实施例的磁旋转检测器的示意图。应当在此注意到，在图1中仅示出了磁性转子10的一部分。磁性转子10为圆盘状。磁体11以相等间隔地设置于磁性转子10的外圆周，同时从其中伸出。各间隙12形成于相邻的磁体11之间。传感器(检测体)15与磁性转子10的外圆周表面相邻，并固定于这样一个位置，在该位置，传感器15在磁性转子10转动时处于静止。对于传感器15，能够使用其输出信号根据周围磁通量的变化而变化的各种传感器。例如，能够优选地使用利用电磁感应现象的传感器，利用霍尔效应的传感器，利用磁阻的传感器等。来自传感器15的信号通过异常判断部分17输出。异常判断部分17由CPU、存储器等组成，并评价传感器15所输出信号的正确性。如果有异常，那么异常判断部分17或者停止输出根据传感器15输出信号的信号，或者在传感器15输出信号中增加一个指示异常的信号并输出合成信号。

图2为方框图，该图示出了其中磁旋转检测器用作轮速检测器的实施例的车辆行为控制装置的结构。尽管有四个轮子，但是为简化起见，在图2中仅示出了它们中的一个。

车轮20的转轴与制动盘21固定在一起，也与磁性转子10固定在一起。传感器15设置于车体上，并不与车轮20的转轴相连接。用于施加制动力的制动钳22设置得使制动盘21夹在制动钳22中。制动钳22与轮缸51固定在一起，该轮缸以液压的方式操纵制动钳22。

用于各轮的轮缸51与用于控制液压压力的促动器50相连接。促动器50与制动踏板53通过制动主缸52相连接。

车辆控制ECU3由CPU、存储器等组成。用于以硬件方式或软件方式控制车辆的程序存储于车辆控制ECU3中。轮速判断装置16设置于车辆控制ECU3中。轮速判断装置16具有上述异常判断部分17和根据传感器15输出的信号判断各轮的速度的异常判断部分18。车辆控制ECU3还具有不平整道路判断部分32、车速判断部分33和制动控制部分31。不平整道路判断部分32根据轮速判断装置16判断的轮速来判断车辆行驶的路面状况。车速判断装置33判断车辆的运动速度，即车速。制动控制部分31通过根据检测结果控制促动器50而控制施加于各轮上的制动力，报警灯4与制动控制部分31相连接。在此处所述的情况下，上述异常判断部分17构造于轮速判断装置16中，该轮速判断装置设置于车辆控制ECU3中。然而，异常判断部分17和整个轮速判断装置16可以独立于车辆控制ECU3设置。

接下来，将结合轮速传感器，即根据本实施例的磁性转子，的操作说明车辆行为控制装置的操作。图3为示出了作为轮速传感器的磁旋转检测器操作的流程图。图4为示出了车辆行为控制装置根据轮速传感器检测结果的操作的流程图。在车辆的点火开关钥匙已打开后，车辆控制ECU3以预定的时间间隔定期地执行图3和图4所示过程。

首先将说明磁旋转检测器的操作。轮速判断装置16首先读取传感器15作为检测体输出的信号(步骤S1)。磁性转子10与车轮20同轴地固定在一起，并因而与其转动同步地转动。当磁性转子10转动时，磁体11和间隙12交替地通过传感器15前的空间，从而周期地改变传感器15周围的磁通量。传感器15的输出信号根据磁通量的变化而改变。然后，异常判断部分17根据输出信号检查磁性转子10的转速是否已在其特定的位置产生了周期性波动(步骤S2)。

更特别的是，如果由轮速判断部分18根据传感器15输出的信号计算出的轮速的导数值DVX(可见轮加速度)等于或小于-10G(其绝对值等于或大于10G)，那么该导数值就被认为是输出信号的噪声，并且输出信号的噪声产生间隔被定义为TFE。如果传感器15由于金属碎片等的附着所导致的磁通量变化的干扰而不能检测磁体11，就产生这种较大负值的可见轮加速度。在输出信号的噪音产生时的轮速被设为VWFE。然而，应当注意到，在用两个或更多个车轮进行修正前已经得到该轮速。在噪音产生时的轮速容易受到噪音的影响，并因此是不精确的。因此，用此轮速来判断噪音产生时的车速不是优选的。因此，恰当的是，使用在不容易受到噪音影响并接近噪音产生的时刻的轮速，例如，在噪音产生的时刻一个预定时间之前或之后的时刻的轮速，或邻近于噪音产生的时刻的一个预定周期内的平均轮速，作为在噪音产生的时刻的轮速VWFE。该预定时间和预定周期优选地设置得短于在车辆以最大速度行驶的情况下轮子转动一周(迫使磁性转子10转动一周)所需的时间和周期。

然后，将TFE与VWFE的乘积(即，TFE×VWFE)与判断系数KFE相比较。如果关系0.8×KFE≤TFE×VWFE≤1.2×KFE成立，那么就确定了在特定位置有转速波动。乘积TFE×VWFE被定义为对应于车辆在传感器15的输出信号中产生噪音的两时刻之间经过的距离。该值对应于在产生了噪音的磁体14之间沿磁性转子10外圆周延伸的距离。判断系数KFE定义为对应于轮胎外圆周长度的一个值。因此，实际上，对应于车辆在噪音产生的时刻之间所经过的距离的一个值表示了根据轮胎直径和磁性转子10直径的比率而增加的一个距离。如果TFE和VWFE值的单位制不同，那么恰当的是根据转换因子设定系数KFE。当车辆以低速行驶时，车轮以低速转动，而传感器15的输出信号可能不稳定。在这种情况下，例如，在车辆速度等于或小于10km/h的情况下，优选的是，避免对于异常产生的判断。

如果确定在磁性转子10的特定位置处有波动，那么就转向步骤S3。在步骤S3中，计数器的值CRf(n)增加1，从而终止本例程。计数器CRf(n)设定值n＝1到4，其分别地设定给各轮传感器。在由于波动被连续检测到而证实了异常状态的产生的情况下，该值表示在特定位置产生波动时的持续周期。如果确定了在特定位置没有波动，那么就转向步骤S4。计数器的值CRf(n)被重置为0，从而终止本例程。

碎铁片等的对磁体11的附着被认为是在车轮特定位置处，也即磁性转子10处的输出信号中产生波动(在轮速中的周期性波动)的一个因素。传感器15所检测到的磁通量变化是由磁体11相对于传感器15设置的节距导致的。因此，如果碎铁片如上所述附着于磁铁11中，在该位置将不会产生磁通量的变化。结果，产生了与碎铁片的附着等没有发生的正常状态不同的一种状态。因此，根据这种磁通量变化所计算出的磁性转子10的转动状态与磁性转子10固有的转动状态不同，并且一种看似真实的转速波动产生于磁性转子10外圆周的特定位置。因此，如果在特定位置检测到这种波动，那么异常判断部分16就认为碎铁片已附着于磁体11上，并将计数器CRf(n)设定为正值，以防止转速波动被错误地检测。

接下来将说明根据轮速传感器的检测结果而进行的车辆行为控制装置的操作。首先，仅使用轮速传感器输出的并相应于在特定位置没有检测到可见转动波动的状态，即CRf(n)＝0的信号，不平整道路判断部分32和车速判断部分33分别地判断不平整道路和车速(步骤S11)。不平整道路的判断被设计为根据车轮加速度波动的不规则量估计路面的不平整状态。通过用已知轮胎直径进行从平均轮速(转速)的转换而做出对车速的判断。

在步骤S12中，判断计数器CRf(n)的最大值是否已等于或大于阈值Th-CRf。该阈值被设为相应于一种状态的值，在该状态下，以一个或多个预定的时间周期连续地在特定位置检测轮速的周期性波动。例如，该阈值被设为一个值，该值对应于这种周期性波动每15秒就被连续地检测到的情形。

如果确定在特定位置的轮速周期性波动已持续了一个或多个预定时间周期，那么就转向步骤S13。在步骤S13中，用于禁止ABS(防抱死制动***)控制的标志XABS和用于禁止EBD(电子制动力分配)控制的标志XEBD被置为1，即表示禁止状态的值。然后，执行报警过程，该过程通过报警灯4警告驾驶员在轮速传感器中检测到异常(步骤S14)。此时，优选的是，将异常检测的结果反馈到诊断***(未示出)中，并将该结果存储到诊断***中，从而使修理和检查变得容易。

如果确定了轮速在特定位置的可见转动波动并未持续一个或多个时间周期，就转向步骤S15。在步骤S15中，用于禁止ABS控制的标志XABS和用于禁止EBD控制的标志XEBD被置为0，即表示取消禁止的状态。本例程从而被终止。

如果驾驶员操作制动踏板53，那么相应于制动踏板53的操作量的液压压力就被从制动主缸52施加到促动器50。如果标志XABS和XEBD被置为0，那么制动控制部分31就执行ABS控制和EBD控制。更特别的是，制动控制部分31执行EBD控制，以根据制动操作时的车速、轮速和路面状态控制施加到各轮上的制动力。而且，如果要施加的制动力较大，那么制动控制部分31就执行ABS控制，以便将合适的制动力施加到各轮，同时防止车轮抱死。

根据此实施例，如果异常判断部分17判断车速传感器(磁旋转检测器)中有异常，那么被认定为异常的车速传感器的检测结果就被排除在用于判断不平整道路和判断车速的数据之外。因此，避免了使用从轮速传感器得出的错误值。结果，能够以较高的精度做出对不平整道路和车速的判断。另外，由于车辆行为控制操作，例如ABS控制、EBD控制等在异常时被禁止，因而限制了使用从车速传感器获得的错误值而控制车辆行为的可能性。结果，实现了禁止执行错误控制的效果。

在此处所说明的例子中，被认定为异常的轮速传感器的检测结果被排除在用于判断不平整道路或判断车速的数据之外。然而，并不绝对需要的是，作为异常结果的轮速传感器检测结果被完全地排除在用于做出那些判断的数据之外。也就是说，可以在降低其判断不平整道路和车速的权重的情况下使用该结果。在此情形下，作为正常结果的轮速传感器检测结果在对不平整道路和车速的判断中的权重被设为高于通常情况。因此，同直接使用作为异常结果的轮速传感器检测结果的情形相比，完全地实现了防止做出错误判断的效果。也并不绝对需要的是，完全禁止车辆行为控制操作。也就是说，代替积极地执行，它们可以逐渐地执行。如果如此处所述地逐渐执行控制操作，车辆的行为就能够在禁止错误控制执行的同时被修正。在此情形下，可以根据判断异常产生的持续周期(上述的计数器值CRf(n))而逐渐地执行控制操作(在判定磁性转子10处于异常状态时，可以减少根据传感器15的信号输出控制车辆的控制量的变化率)。如果超过了预定的持续周期，就可以禁止该控制操作。

根据本发明的磁旋转检测器的磁性转子的结构并不限于图1所示的磁性转子10。例如，可以采用图5A、5B和5C所示的结构。在图5A所示结构中，各磁体11a设置于齿轮状磁性转子10a主体的相邻齿13a之间。在图5B所示结构中，各磁体11b形成与磁性转子10b外圆周附近。在图5C所示结构中，彼此磁极设置不同的磁体11c1和磁体11c2交替的设置于槽14c中，该槽形成于磁性转子10c的侧面靠近其外圆周的区域。在任何情形下，都能够使用传感器15检测磁性转子10a、10b或10c的转速，以检测由于磁性转子10a、10b或10c的转动而产生于外圆周部分的磁通量变化。

以上所述的例子处理了一种情况，其中根据本发明的磁旋转检测器被用作轮速传感器。然而，根据本发明的磁旋转检测器也能够用作检测内燃机转速的车载或非车载传感器，或用作检测转动的任何其它类型传感器。即使在磁旋转检测器用作轮速传感器的情况下，也并不需要磁性转子与车轮同轴地设置。也就是说，磁性转子设置于当增加或减少车轮转速时转动的轴上也是合适的。在此情形下，检测到产生于磁性转子特定位置上的可见转动波动。如上所述，根据检测磁性转子产生可见转动波动的特定位置的一种方法，该特定位置可以作为待测对象(在上述情形下为轮胎)的圆周位置被检测。该特定位置也可以被确定为待测对象的角位置，或被确定为磁性转子本身的圆周位置或角位置。

如上所述，本发明的实施例被设计为，在磁体的特定位置上产生磁性转子转动的周期性波动的情况下，用于监控传感器的信号输出并判断异常，例如金属碎片等在一个特定磁体的特定位置上的附着等。因此，能够可靠地对例如金属碎片在磁性转子磁体上的附着等的异常的产生进行判断。而且，能够避免在对于转动的判断中产生错误的判断、在各种根据所检测到的转速、速度等的不同判断中产生错误，以及在车辆控制操作中产生错误。

Claims (13)

1.一种磁旋转检测器，该磁旋转检测器包括磁性转子(10)，该转子具有以预定间距设置于其外圆周部分上的磁体；和检测体(15)，该检测体用于检测在磁性转子旋转时引起的磁通量变化，该磁旋转检测器的特征在于，包括：

异常判断部分(17)，该异常判断部分根据检测体的检测结果监控磁性转子转速的周期性波动；如果磁性转予的特定位置产生波动，则判定磁性转子处于异常状态。

2.根据权利要求1所述的磁旋转检测器，其特征在于，

异常判断部分(17)通过对相应于转速的周期性波动的磁体可见位置之间距离的判断，而检测磁性转子的特定位置上的波动产生。

3.根据权利要求2所述的磁旋转检测器，其特征在于，

异常判断部分(17)根据检测体所检测到的输出信号中噪音的产生间隔与噪音产生时的磁性转子转速的乘积，计算出该距离。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的磁旋转检测器，其特征在于，

如果在特定位置的转速周期性波动持续一个或多个预定时间周期，那么异常判断部分(17)就判定磁性转子是异常的。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的磁旋转检测器，其特征在于，

如果磁性转子转速导数值的绝对值超过预定值，那么异常判断部分(17)就判定转速中有周期性波动。

6.根据权利要求1到3中任一项所述的磁旋转检测器，其特征在于，

异常判断部分(17)估计出，在特定位置处转速的波动是由于金属碎片对磁性转子的附着而产生的异常。

7.根据权利要求1到3中任一项所述的磁旋转检测器，其特征在于，

只要磁性转子(10)以低于预定值的转速转动，即使在磁性转子的特定位置产生波动时，异常判断部分(17)就不判定磁性转子处于异常状态。

8.一种车辆控制装置，其特征在于包括：

多个轮速检测器(18)，每个轮速检测器都通过根据权利要求1到3中任一项所述的磁旋转检测器检测一个相应车轮的轮速；和

不平整道路判断装置(32)，该装置根据分别由轮速检测器测得的轮速对路面的不平整道路状态做出判断，

并且其特征在于；

如果异常判断部分(17)判断磁性转子处于异常状态，那么不平整道路判断装置(32)就通过将使用被认为异常的磁旋转检测器检测到的轮速的反映程度减少，而对不平整道路做出判断。

9.根据权利要求8所述的车辆控制装置，其特征在于，

如果异常判断部分(17)判定磁性转子处于异常状态，那么不平整道路判断装置(32)在排除了使用被认为异常的磁旋转检测器检测到的轮速后，对不平整道路做出判断。

10.一种车辆控制装置，其特征在于包括：

多个轮速检测器(18)，每个检测器都通过根据权利要求1到3中任一项所述的磁旋转检测器检测一个相应车轮的轮速；和

车速判断装置(33)，该装置根据分别由轮速检测器测得的轮速估计车速，

并且其特征在于，

如果异常判断部分(17)判定磁性转子处于异常状态，那么车速判断装置(33)就通过将使用被认为异常的磁旋转检测器检测到的轮速的反映程度减少，而对车速进行估计。

11.根据权利要求10所述的车辆控制装置，其特征在于，

如果异常判断部分(17)判定磁性转子处于异常状态，那么车速判断装置(33)就在排除了使用被认为异常的磁旋转检测器检测到的轮速后，对车速进行估计。

12.一种车辆控制装置，其特征在于包括：

轮速检测器，该检测器采用了根据权利要求1到3中任一项所述的磁旋转检测器；

车辆控制装置(31)，该装置根据轮速检测器测得的轮速控制车辆的行为，

并且其特征在于，

如果异常判断部分(17)判定磁性转子处于异常状态，那么车辆控制装置(31)就禁止车辆控制积极地执行。

13.一种判断磁性转子中的异常的方法，该磁性转子(10)在其外圆周部分上以预定距离的间隔设置有磁体，该方法的特征在于，包括下列步骤：

检测随磁性转子旋转而由磁体引起的磁通量变化；

根据所检测到的磁通量变化，监控磁性转子转速的周期性波动；

判断转速的波动是否产生于磁性转子的特定位置；和

如果判定转速波动产生于磁性转子的特定位置，那么就判定磁性转子处于异常状态。

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