JP2001021574A

JP2001021574A - 車輪速検出装置

Info

Publication number: JP2001021574A
Application number: JP11189207A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Iwasaki; 克彦岩崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2001-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】車輪速情報を正確に監視可能な車輪速検出装
置を提供する。【解決手段】この車輪速検出装置は、車輪速検出装置
は、車輪速センサから出力される交流信号の角周波数情
報に応じて車輪速情報（Ａ：第１車輪速）を出力する車
輪速検出装置において、交流信号を方形波信号に変換
し、この方形波信号の周期（∝Ｂ：第２車輪速）に基づ
いて車輪速情報を監視することとした。方形波はノイズ
耐性が高いため、正確な車輪速情報の監視を行うことが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車輪速検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の車輪速検出装置は特開平７−１２
８３５２号公報に記載されている。この装置は、通過帯
域の異なるフィルタを用いて２つの車輪速情報を算出
し、必要に応じていずれかの車輪速情報を選択してい
る。車輪速異常を検出するためには、互いの車輪速情報
によって相互監視を行わせればよいと考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の車輪速検出装置においては、双方の車輪速情報がノ
イズに対して変化しやすく、更に確実な車輪速情報の監
視が期待されている。本発明は正確な車輪速情報の監視
を行うことが可能な車輪速検出装置を提供することを目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る車輪速検出装置は、車輪速センサから
出力される交流信号の角周波数情報に応じて車輪速情報
を出力する車輪速検出装置において、交流信号を方形波
信号に変換し、この方形波信号に基づいて車輪速情報を
監視することを特徴とする。

【０００５】車両が悪路等を走行する場合には、路面か
らの衝撃によってセンサ自身の出力がノイズ成分を有す
ることとなり、また、車両外部又は内部に雑音電磁波が
ある場合には、センサからの信号伝達経路にノイズ成分
が重畳されることとなる。車輪速センサから出力される
交流信号の角周波数はこのようなノイズによって変化す
るが、これを方形波信号に変換したものの周期は略車輪
速に比例し、これは特に低速においては正確であるとは
限らないが、ノイズに対しては耐性が高い。したがっ
て、この方形波信号に基づいて車輪速情報を監視するこ
ととすれば、正確な車輪速情報の監視を行うことができ
る。

【０００６】また、方形波信号の周期に応じて変化する
下限閾値を設定し、車輪速情報がこの下限閾値を下回っ
た場合に車輪速情報は異常であると判定することが好ま
しい。

【０００７】また、上記場合において、方形波信号の周
期に応じて変化する上限閾値を設定し、車輪速情報がこ
の上限閾値を上回った場合に車輪速情報は異常であると
判定することが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係る車輪速検
出装置について説明する。同一要素又は同一機能を有す
る要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は
省略する。

【０００９】図１は実施の形態に係る車輪速検出装置を
搭載した車両の概略構成図である。

【００１０】本車両は、車体ＢＤＹに対して回転可能に
設けられた４つの車輪（前輪Ｗ_FL，Ｗ_FR、後輪Ｗ_RL，Ｗ
_RR）を備えている。車輪Ｗ_FL，Ｗ_FR，Ｗ_RL，Ｗ_RRにそれ
ぞれ対応して車輪速センサ１０、１０ｘ、１０ｙ、１０
ｚがそれぞれ設けられており、その出力は左右輪速度に
比例している。ここでは、車輪速センサ１０、１０ｘ、
１０ｙ、１０ｚは、電気／磁気学的或いは光学的に車輪
の回転速度を検出し、回転速度に応じたパルスを出力す
る。なお、単位時間当たりのパルス数は回転速度に比例
する、すなわち、出力される交流パルス信号の繰り返し
角周波数が車輪の回転速度に比例するものとする。本例
では、車輪速センサは、永久磁石と検出コイルを用いた
発電式車輪速センサ（マグネティックピックアップセン
サ：ＭＰＵ）であることとする。

【００１１】各センサ１０、１０ｘ、１０ｙ、１０ｚか
らの出力は、車両内部に配置されたＥＣＵ（電子制御ユ
ニット）１００に入力され、ＥＣＵ１００は入力された
情報に基づいて各車輪の車輪速を演算し、演算された各
車輪速から算出される車速を表示器上に表示したり、ま
た、必要に応じて車輪速に基づいて車体挙動を制御する
駆動手段（例えば、ブレーキ、サスペンション等）を制
御する。例えば、ＥＣＵ１００は、各車輪速に基づいて
ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）における車輪
Ｗ_FL，Ｗ_FR，Ｗ_RL，Ｗ_RRのロックタイミング制御やＴＲ
Ｃ（トラクションコントロール）を実行する。

【００１２】車輪速の演算方法は、いずれのセンサ１
０、１０ｘ、１０ｙ、１０ｚからの信号においても同一
であるので、本例では簡単のため、４つのセンサを代表
してセンサ１０の出力信号から車輪速（車輪速情報）を
求める構成について説明する。

【００１３】車輪速センサ１０から出力される交流信号
は、Ａ／Ｄコンバータ１２を介してプロセッサ２４に入
力される。すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１２は、車輪速
センサ１０からの交流信号を所定のサンプリングタイミ
ングでサンプリングしてデジタル信号に変換し、プロセ
ッサ２４に供給する。

【００１４】プロセッサ２４は、ＲＯＭ１６に格納され
たプログラムを用いてデジタル信号を処理し、車輪速情
報を検出して出力する。なお、プロセッサ２４やＲＯＭ
１６、ＲＡＭ１８はマイクロコンピュータで構成するこ
とができる。ここで、センサについて若干の説明をして
おく。

【００１５】図２は、車輪Ｗ_FLに対して同軸に設けられ
たロータＲとセンサ１０との関係を示す説明図である。
ロータＲの周囲には歯面が形成されており、その回転に
応じてセンサ１０との間の最短距離がパルス的に変動す
る。センサ１０は、この距離変動に応じて信号Ｖｗを出
力する。この交流信号Ｖｗから角周波数ωを抽出し、こ
れをロータの歯数Ｎで割れば、車輪の回転速度が算出さ
れる。

【００１６】図３は、プロセッサ２４の内部構成を示す
ブロック図である。車輪速センサ１０からＡ／Ｄコンバ
ータ１２を介して入力された上記交流信号の角周波数ω
の情報を含む信号Ｖｗは、デジタルの状態ではあるが、
Ｖｗ＝ｆ（ω）ｃｏｓ（ωｔ＋θ）で表されるものとす
る。

【００１７】この角周波数ωは車輪の回転数に比例し、
角周波数ωが高ければ車輪速は大きく、低ければ車輪速
は小さいということになる。また、関数ｆ（ω）は車輪
速センサ１０の出力信号の振幅であり、角周波数ω（車
輪回転数）に依存するものとする。ここで、θは位相を
示す。なお、車輪速センサ１０としては上記ＭＰＵの代
わりにホール効果を利用した半導体センサを用いること
ができ、この場合、ｆ（ω）はωに依存しない定数と考
えることができる。

【００１８】プロセッサ２４は、交流信号Ｖｗから不要
角周波数成分を角周波数に応じて除去する適応フィルタ
２４ｘと、不要角周波数成分が除去された交流信号Ｖｗ
から角周波数ωを抽出する角周波数抽出部２４ｙと、抽
出されたωをロータＲの歯数で除算して車輪速（回転数
ω／Ｎ）（Ａとする）を算出する除算器２４ｚとを備え
ている。角周波数抽出部２４ｙによって抽出された角周
波数ωは適応フィルタ２４ｘにフィードバック入力され
る。適応フィルタ２４ｘは入力された角周波数ωの中心
周波数ω₀近傍の周波数成分以外の周波数を除去するバ
ンドパスフィルタとして機能する。

【００１９】ここで、正弦波信号Ｖｗは、プロセッサ２
４内の方形波変換器２４ａに入力される。方形波変換器
２４ａはコンパレータ等の回路からなり、入力される正
弦波の基本周波数と同一の繰り返し周波数を有する方形
波を出力する。この方形波の周期は車輪速に比例してい
る。回転数（周期）演算部２４ｂは、この方形波信号の
周期に比例した車輪速（回転数）（Ｂとする）を演算す
る。

【００２０】上記２つの経路によって演算された車輪速
は共に判定部２４ｃに入力される。正弦波信号から直接
求められた車輪速（Ａ）は低速においても精度が高い
が、方形波信号に基づいて演算された車輪速（Ｂ）は精
度が低い。しかしながら、方形波信号はノイズ耐性が高
いため、信号（Ｂ）の方が信頼性は高い。

【００２１】判定部２４ｃは、この方形波信号の周期の
長さ（∝Ｂ）に応じて変化する下限閾値Ｔｈ_Lを設定
し、車輪速情報である信号（Ａ）が下限閾値Ｔｈ_Lを下
回った場合に車輪速情報は異常であると判定する。ま
た、判定部２４ｃは、方形波信号の周期の長さ（∝Ｂ）
に応じて変化する上限閾値Ｔｈ_Uを設定し、車輪速情報
である信号（Ａ）が上限閾値Ｔｈ_Uを上回った場合に車
輪速情報は異常であると判定することもできる。詳説す
れば、Ｂ−α＝Ｔｈ_L、Ｂ＋α＝Ｔｈ_Uとすると（αは定
数）、条件：Ｂ−α＜Ａ＜Ｂ＋αを満たす場合には車輪
速情報Ａは正常であり、満たさない場合には車輪速情報
Ａは異常であると判定する。

【００２２】ゲート回路２４ｄは判定部２４ｃの判定結
果に応じて開閉し、異常と判定された場合は車輪速
（Ａ）の出力を禁止し、正常の場合には、車輪速（Ａ）
を出力する。なお、車輪速（Ａ）の出力禁止は車輪速演
算のリセットとすることもできる。

【００２３】また、プロセッサ２４は、所謂ＤＳＰ（デ
ジタルシグナルプロセッサ）やＨＩＣ（ハイブリッド集
積回路）によって構成することもできるし、又はＣＰＵ
（中央処理装置）、或いはこれらのうちの任意の２つの
組み合わせよって構成することもできる。各構成要素の
機能は、ＤＳＰ、ＨＩＣ、ＣＰＵのいずれが分担しても
よく、また、機能が同一であればアナログ回路で構成す
ることもできる。

【００２４】なお、適用フィルタ２４ｘはなくても車輪
速は検出することができる。ここで、角周波数抽出部２
４ｙについて説明する。

【００２５】図４は、角周波数抽出部２４ｙのブロック
図である。角周波数抽出部２４ｙは、交流信号Ｖｗから
この交流信号Ｖｗの位相成分θを除去する演算を行う演
算器１４Ａと、この演算値に基づいて角周波数情報ωを
抽出する換算器３０とを備えている。

【００２６】本例では、演算器１４Ａの出力はω²・ｆ²
（ω）であり、換算器３０は予め測定されたω²・ｆ
²（ω）とωの関係を格納したマップを備えており、演
算器１４Ａから入力されたω²・ｆ²（ω）に対応するω
を求めて出力する。

【００２７】入力交流信号Ｖｗ＝ｆ（ω）・ｃｏｓ（ω
ｔ＋θ）に呼応して出力信号ω²・ｆ²（ω）を出力する
ための演算器１４Ａの構成は種々考えられるが、好適な
構成は同図に示される。すなわち、演算器１４Ａは、微
分器１４ａ、乗算器１４ｂ，１４ｄ、積分器１４ｃ、減
算器１４ｅ、微分器１４ｘ，１４ｙ，１４ｚを含んで構
成されている。

【００２８】詳説すれば、演算器１４Ａは、入力信号Ｖ
ｗ（ｃｏｓ波）を時間微分する微分器１４ｙと、微分器
１４ｙによる微分値を二乗する乗算器１４ｂとを備えて
いる。これにより、乗算器１４ｂからはｓｉｎ波の二乗
関数（＝Ｖｂ）が出力される。

【００２９】また、演算器１４Ａは、入力信号Ｖｗを順
次時間積分及び時間微分する積分器１４ｃ及び微分器１
４ｚを備えており、これを信号伝達手段とする。ここ
で、信号伝達手段は、結果的には信号処理を行わない信
号伝達経路として機能するため、積分器１４ｃ及び微分
器１４ｚは省略することができ、換言すれば、信号伝達
手段の出力値は、結果的に積分及び微分されたものであ
ればよい。

【００３０】さらに、演算器１４Ａは、入力信号Ｖｗを
微分器１４ｙによる微分回数よりも１回多く微分する微
分器群１４ａ，１４ｘと、信号伝達手段と第２微分手段
の出力値を乗算する乗算器１４ｄとを備えている。これ
により、乗算器１４ｄからはｃｏｓ波の二乗関数（＝Ｖ
ｄ）が出力される。

【００３１】減算器１４ｅは、ｓｉｎ波及びｃｏｓ波の
二乗関数Ｖｂ，Ｖｄを一方の符号を反転させて加算し、
その振幅成分のみを出力する。すなわち、本例の場合に
おいては、これらｓｉｎ波の二乗とｃｏｓ波の二乗の符
号は逆であるので、ｓｉｎ波の二乗とｃｏｓ波の二乗と
を加算手段としての減算器１４ｅに入力することによ
り、双方の符号を一致させて加算する。

【００３２】このように構成することによって、入力信
号中の振幅成分が抽出され、減算器１４ｅからの出力は
ω²・ｆ²（ω）となる。換言すれば、減算器１４ｅは、
第１及び第２乗算器１４ｂ，１４ｄの出力値を振幅成分
が抽出できるように加算するものである。

【００３３】また、位相θ成分を無視可能な場合は、各
経路から微分器１４ｘ、１４ｙ、１４ｚを除去してもよ
い。この場合には、この装置は、センサ１０からの交流
信号Ｖｗを位相ずれのない正弦波関数と仮定し、これを
３つに分岐して、第１、第２及び第３交流信号とし、第
１交流信号を微分して二乗し、第２交流信号を積分し、
第３交流信号を微分し、積分値と微分値を掛け合わせた
値と、前記二乗値とを加算することによって、入力信号
中の周波数情報を抽出することとなる。また、上記角周
波数抽出部２４ｙは種々の変形が可能である。

【００３４】図５は、車輪速センサ１０が半導体センサ
である場合のプロセッサ２４の内部構成を示すブロック
図である。このプロセッサ２４は演算器１４Ａの前段に
微分器３１を備えており、演算器１４Ａの出力はω⁴・
ｆ²（ω）となる。この場合、図４を参照とすると、換
算器３０は、予め測定されたω⁴・ｆ²（ω）とωの関係
を格納したマップを備えており、演算器１４Ａから入力
されたω⁴・ｆ²（ω）に対応するωを求めて出力するも
のとする。

【００３５】なお、上記では、演算器１４Ａの出力ω²
・ｆ²（ω）又はω⁴・ｆ²（ω）に基づいて対応するω
をマップから読み込むというルックアップテーブル方式
を用いたが、これは演算器１４Ａと同一構成の演算器１
４Ｂを用いて関数ｆ（ω）を消去することにより、車輪
速情報である角周波数情報ωを抽出してもよい。

【００３６】図６は、このような場合の角周波数抽出部
２４ｙの内部構成を示すブロック図である。この場合、
入力信号Ｖｗは回路内で２つに分岐され、分岐された一
方の信号は微分器群２４_a1，２４_a2・・・２４_anを順次
介して演算器１４Ａに入力され、他方の信号は微分器群
２４_b1，２４_b2・・・２４_bn，２４_bn+1を順次介して演
算器１４Ｂに入力される。換言すれば、入力信号Ｖｗ＝
ｆ（ω）・ｃｏｓ（ωｔ＋θ）は、一方の経路の通過中
にｎ回時間微分され、他方の経路の通過中にｎ＋１回時
間微分されることとなる。

【００３７】一回の微分によって、ｃｏｓ関数又はｓｉ
ｎ関数などの三角関数中の角周波数ωは、その振幅成分
に含まれることとなる。換言すれば、微分回数に比例し
て角周波数ωの次数が増加することとなる。すなわち、
Ｖｗをｎ回微分したものと、ｎ＋１回微分したものと
は、その次数が異なり、演算器１４Ａ及び１４Ｂから
は、位相成分が除去された状態のω及びｆ（ω）によっ
て表される関数値が出力される。

【００３８】ここで、これらの関数値のｆ（ω）の次数
は同一であり、且つ、ωの次数は異なっているので、除
算器２４ｃにこれらを入力してｆ（ω）を消去すること
で、車輪速情報（角周波数）ωのべき乗のみの関数を得
ることができる。除算器２４ｃがωのｋ乗を出力する場
合には、これの後段側に配置されたｋ乗根算出器２４ｄ
は、これのｋ乗根を算出する。したがって、角周波数抽
出部２４ｙからは結果的にωが出力されることとなる。

【００３９】なお、ｆ（ω）はセンサの組立誤差等によ
り、車両毎に異なる場合が多いが、本例では除算器２４
ｃによって関数ｆ（ω）が消去されるので、このような
影響を抑制することができるという利点がある。

【００４０】以上、説明したように、上記車輪速検出装
置は、車輪速センサから出力される交流信号の角周波数
情報に応じて車輪速情報（Ａ：第１車輪速）を出力する
車輪速検出装置において、交流信号を方形波信号に変換
し、この方形波信号の周期（∝Ｂ：第２車輪速）に基づ
いて車輪速情報を監視することとしたので、正確な車輪
速情報の監視を行うことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る車
輪速検出装置によれば、方形波信号に基づいて車輪速情
報を監視することにより、正確な車輪速情報の監視を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る車輪速検出装置を搭載した車
両の概略構成図。

【図２】車輪Ｗ_FLに対して同軸に設けられたロータＲと
及びセンサ１０との関係を示す説明図。

【図３】プロセッサ２４の内部構成を示すブロック図。

【図４】角周波数抽出部２４ｙの内部構成を示すブロッ
ク図。

【図５】別の形態に係る角周波数抽出部２４ｙの内部構
成を示すブロック図。

【図６】更に別の形態に係る角周波数抽出部２４ｙの内
部構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１０…車輪速センサ、２４…プロセッサ、２４ｙ…角周
波数抽出手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車輪速センサから出力される交流信号の
角周波数情報に応じて車輪速情報を出力する車輪速検出
装置において、前記交流信号を方形波信号に変換し、該
方形波信号に基づいて前記車輪速情報を監視することを
特徴とする車輪速検出装置。
【請求項２】前記方形波信号の周期に応じて変化する
下限閾値を設定し、前記車輪速情報が該下限閾値を下回
った場合に前記車輪速情報は異常であると判定すること
を特徴とする請求項１に記載の車輪速検出装置。
【請求項３】前記方形波信号の周期に応じて変化する
上限閾値を設定し、前記車輪速情報が該上限閾値を上回
った場合に前記車輪速情報は異常であると判定すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の車輪速検出装置。