JP2005526249A - エレメントの運動を検出する方法およびセンサ装置 - Google Patents

Abstract

運動方向の識別を行い、センサ装置に対するエレメントの運動を検出する方法を提供する。運動方向に依存して、設定された測定インターバル中に測定信号を増減し、設定された閾値が上方超過されたときにのみ運動方向信号を形成する。有利には、計数論理回路（６）により、一方の方向ではカウンタが１バイナリ値だけ増大され、他方の方向ではカウンタが１バイナリ値だけ低減される。測定インターバル中の値の増減により設定された閾値が上方超過されない測定信号が検出されるときには、エレメントの振動が結論される。

Description

従来の技術
本発明は、独立請求項の上位概念に記載のエレメントの運動を検出する方法およびセンサ装置に関する。本発明は特にセンサ装置に対して回転するエレメントの回転角度をセンシングする方法および装置に関連している。

こうしたセンサ装置は種々のタイプのものが例えば車両内で既に適用されている。いわゆるホールエレメントを備えたものとしては、アンチロックブレーキシステムＡＢＳの車輪に組み込まれている回転数センサ、機関制御装置に対する回転数および位相センサ、またはいわゆる走行ダイナミクス制御システムやパワーステアリングアシスト装置などのための操舵角センサなどが挙げられる。

ＡＢＳや機関領域、トランスミッション領域などで使用される回転数センサに対する最も重要な要求は、できるだけ大きな空隙を得ることと高い振動不感性を得ることである。ただし高感度のセンサは測定結果に障害を与える振動による励振に対しても高感度であることに留意しなければならない。この振動は短時間の回転方向の変化を引き起こすこともある。

例えば独国公開第１９７５０３０４号公報からは、パルスディスクを用いた無接触の回転角度検出装置が公知である。ここでは一方の回転方向で見たときパルスをトリガするエレメントの間隔が変化するとオンオフ比が変化することから、回転方向を識別できることが記載されている。

こうしたセンサ装置の振動感受性を最小化するために、従来の回転数センサには可変ヒステリシスを使用したものが多い。この場合にはまず信号振幅を測定し、これにヒステリシスを柔軟に適合させなければならない。大きな入力信号に対しては大きなヒステリシスを選択し、小さな入力信号に対しては相応に低減されたヒステリシスを選択する。つまり空隙が小さいときには切換に必要な振幅が増大されるのである。この手法の重大な欠点は、動作中の空隙のショックに対して不感性がなく、これにより短時間ではあるが信号振幅の大幅な低下が発生しうることである。予め大きくしたヒステリシスをセンサの切換点で用いると空隙のショックによって信号損失が生じる。

しかもこの手法はセンサでキャリブレーションが行われた後にしか適用できない。なぜならキャリブレーションが行われないと信号振幅が既知とならないからである。センサのスイッチオンの直後には振動感受性が残っている。

例えば米国特許第５４５１８９１号明細書からは、信号振幅に依存するアダプティブなヒステリシスを利用することが公知である。この場合には、測定されたセンサ振幅と周波数とのあいだの商として結合係数が求められ、この結合係数に基づいてヒステリシスが結合係数と周波数との積に比例して調整される。ただしこの公知の手法では、低い励振周波数ではきわめて小さな信号を送出し、高い励振周波数ではきわめて大きな信号を送出する受動的なセンサのふるまいしか補償できない。センサの特性を改善して、信号周波数に依存せずに一定の内部信号振幅を送出するようにすることは不可能である。

本発明の利点
本発明は運動方向の検出を行い、エレメントの運動を検出する方法、特にセンサ装置に対して回転するエレメントの回転角度をセンシングする方法に関連している。ここで有利には、運動方向に依存して設定された測定インターバル中に測定信号が増大または低減される。設定された閾値が上方超過されてはじめて方向信号（有利には回転方向信号）が形成される。

この場合簡単に、計数論理回路によって一方の方向ではカウンタを１バイナリ値だけ増大し、他方の方向ではカウンタを１バイナリ値だけ低減することができる。測定インターバル中の値の増減によって設定された閾値の絶対値が上方超過されない測定信号が検出されるときには、エレメントの振動が結論される。

本発明の方法にしたがって動作するセンサ装置は、例えばいわゆるディファレンシャルホールセンサを備えた現行の回転数センサと同様に、一般に回転方向を検出できる。またこれに代えて、本発明のセンサ装置は、他のセンサ技術、例えばいわゆる磁気抵抗性素子または光素子を導入した回転数センサであってもよい。

本発明における回転方向の検出により、有利には簡単かつ迅速に、振動と真の回転運動とを一義的に区別することができる。一義的な回転方向（例えば左，左，左，．．．）での測定パルスをともなう回転運動とは異なり、センサ装置のセンサディスクが振動していると、頻繁な回転方向の変動（例えば右，左，右，左，．．．）となって現れる。

振動の識別は、本発明では例えば付加的な符号を有するカウンタを組み込むことによって達成される。このカウンタは回転方向ビットの値に依存して計数値を増減する。回転数センサの出力はこのカウンタによって制御され、一義的な回転方向が識別されないかぎり遮断される。つまり、符号なしのカウンタの絶対値が所定の閾値よりも小さいあいだはセンサ信号は出力されない。なおここでの閾値は所望の振動不感性に依存して２以上とされる。

前述のように有利な回転方向信号を求めることにより、角度の振動としてのセンサディスクの振動を簡単に識別し、センサ装置の不感性を向上させることができる。その際にも強い信号変動に対するローバスト性の劣化を甘受してセンサのヒステリシスを増大する必要がない。

また前述の方法において付加的に可変ヒステリシスを利用し、振動不感性をさらに高めることもできる。この手段は機械的構造によって空隙でのショックの発生が既に阻止する分野に特に適している。

図面
本発明の実施例を図に即して詳細に説明する。

図１にはセンサ装置に対するセンサディスクの回転運動を回転方向検出回路および計数論理回路によって検出する方法のフローチャートが示されている。図２には図１の計数論理回路の計数値のグラフが示されている。

実施例の説明
図１には従来技術から基本的に周知のセンサディスクがセンサ装置に対して回転する運動を検出する方法のフローチャートが示されている。これはセンサディスクは例えば設定された回転角度でパルスを形成するために行われる。ブロック１として回転方向検出回路が概略的に示されており、ブロック２では左回転の運動を表す信号が形成され、ブロック３では右回転の運動を表す信号が形成される。

ここで本発明の実施例では、左回転が検出されるとブロック４でバイナリの計数値が１だけ増大され、右回転が検出されるとブロック５でバイナリの計数値が１だけ低減される。計数論理回路６において、そのつどの計数値が求められ、センサ出力に対して評価される。このセンサ出力の評価を図２のグラフに即して説明する。

図２には計数論理回路６の計数値の特性が測定時間ｔに関して示されている。時間ｔに関する計数値ｎの特性について、図２の左方には、回転方向の変化のためにまず０と＋１とのあいだで頻繁に動き、そのあと短時間だけ−１を示す変動、つまり閾値範囲±２内での変動が現れている。したがってこの領域では振動が識別され、信号出力は条件［計数値＜ｎ（ｎ＞１）］に基づき“出力ＯＦＦ”となり遮断される。

これに対して図２の右方には一義的な回転方向信号８ｂが現れている。これは−１から閾値＋２を超えて＋１１まで生じており、閾値範囲±２からは外れている。この領域では振動は識別されず、信号出力は条件［計数値≧ｎ（ｎ＞１）］に基づき“出力ＯＮ”となり出力を開始する。

図１のブロック１〜３にしたがって行われる回転方向の検出結果が用いられ、有利には一義的なセンサ信号の信号出力、すなわち“出力ＯＦＦ”または“出力ＯＮ”が形成される。これにより、図２のグラフの左方に現れている振動と右方に現れている真の回転運動とを区別することができる。

本発明の方法のフローチャートである。 計数論理回路の計数値のグラフである。

Claims (7)

1. 運動方向の検出を行い、センサ装置に対するエレメントの運動を検出する方法において、
   運動方向に依存して設定された測定インターバル中に測定信号を増大するかまたは低減し、
   設定された閾値が上方超過されたのちに運動方向信号を形成する
   ことを特徴とするエレメントの運動を検出する方法。
2. 計数論理回路（６）により、一方の方向（２）ではカウンタを１バイナリ値だけ増大し、他方の方向（３）ではカウンタを１バイナリ値だけ低減し、
   測定インターバル中の値の増減によって設定された閾値の絶対値が上方超過されない測定信号が検出されるとき、エレメントの振動を識別する、
   請求項１記載の方法。
3. エレメントの運動を検出するための測定信号を検出する際に付加的に可変ヒステリシスを設ける、請求項１または２記載の方法。
4. 回転するエレメントの運動を求めるために回転方向を検出する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 請求項１から４までのいずれか１項記載のエレメントの運動を検出する方法を実行するセンサ装置において、
   バイナリの計数パルス（±１）を設定された運動インターバル中に形成する無接触センサと、計数論理回路（６）を含む評価回路とを有しており、
   前記計数論理回路により、計数パルス（±１）が計数され、設定された絶対値が上方超過されると方向信号（７）が形成され、それ以外のときにはエレメントの振動が識別される
   ことを特徴とするセンサ装置。
6. 前記センサはホールエレメントを含む、請求項５記載の装置。
7. 回転数センサとして車両内で使用される、請求項５または６記載の装置。

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