JP4309838B2 - 部材の運動を捕捉する方法および装置 - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は、センサ装置に対し相対的な部材の運動を捕捉するための、たとえば回転部材の回転角度をセンサにより捕捉するための、独立請求項の上位概念に記載の方法および装置に関する。

この種のセンサ装置は、たとえば車両など様々な実施形態においてすでに適用されている。たとえばいわゆるホール素子が、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）のために車輪に設けられた回転数センサとして、モータ制御装置のための回転数発生器または位相発生器として、変速機制御装置の回転数センサとして、あるいはいわゆる走行ダイナミック制御システムや電気的な操舵支援システムのための操舵角センサとして用いられている。たとえばDE 197 50 304 A1により知られているこの種のセンサ装置によれば、センサの前で回転する発信器ホイールに依存して一般にディジタル信号たとえばスイッチング側縁が送出される。

ＡＢＳやモータおよび変速機の分野においてこのような回転数センサに対する基本的な要求として挙げられるのは、できるかぎり空隙を大きく実現できること、ならびに振動に対する高い不感性である。このようなセンサ装置に対しては部分的に矛盾する一連の要求が課されることも多く、高感度のセンサそれ自体は測定結果を妨害する振動による励起にも高感度である。その際、非常に大きい空隙に対しては、すなわち著しく感度の高いセンサに対しては、十分な機能性が要求される一方、小さい空隙に対しては、大きいセンサ信号において振動による誤った信号が発生してはならない。

振動に対するこの種のセンサ装置の感度を最小にする目的で、慣用の回転数センサの場合にはしばしば可変のヒステリシスが使用される。この場合、最初に信号振幅を測定する必要があり、その後、ヒステリシスがフレキシブルに整合される。そして大きい入力信号に対しては大きいヒステリシスが、小さい入力信号にはそれ相応に低減されたヒステリシスが選定され、つまり小さい空隙であればスイッチングに必要とされる振幅が高められる。

このような手法の重大な欠点は、信号振幅の著しい低減を短期間引き起こす可能性のある動作中の空隙の急激な変化に対して設けられた不感性による損失である。センサのスイッチングポイントにおいてヒステリシスが事前に高められたことによって、空隙が急激に変化したときに信号損失が引き起こされる可能性がある。

さらにこの手法はセンサの較正が首尾よく行われた後でしか適用できない。なぜならば、較正後にはじめて信号振幅が既知となるからである。センサがスイッチオンされた直後は、振動感応性が存在し続ける。

たとえばUS 5,451,891 A1によれば、信号振幅に依存する適応型ヒステリシスを利用することが知られている。この場合、測定されたセンサ振幅と周波数の商として結合係数が求められ、この結合係数に基づき結合係数と周波数の積に比例してヒステリシスが設定される。この既知の方法によっても、低い励起周波数に対しては著しく小さい信号を供給し、高い周波数に対しては著しく大きい振幅を送出する受動的なセンサの特性だけしか補償できず、信号周波数とは無関係に一定の内部信号振幅を供給するセンサの特性を改善することはできない。

発明の利点
本発明は、センサの前を通過するパルス発生器に依存する信号が評価される形式の、センサ装置に対し相対的な部材の運動を捕捉する冒頭で述べた方法の発展形態に関する。有利なことに本発明によれば、運動方向で並置された２つのセンサ素子の信号が評価される。その際、パルス発生器として設けられた発信器ホイールの回転を捕捉する場合に、半径方向の振動を容易に検出することができる。この種のセンサ装置をたとえば自動車における回転数センサとして使用することができる。

有利であるのは、個々のセンサ素子の信号および個々のセンサ素子の差分信号の位相特性が、運動方向に対して直角な振動すなわちたとえば発信器ホイールとセンサ素子との間の間隔における揺れを検出するために、測定された３つの信号すべてにおいて同様の位相変化が生じたか否かについて評価されることである。

有利には信号の評価は次のようにして行われる。すなわち、必要に応じてオフセット補正した後で個々のゼロ点通過ならびにゼロ点通過時の傾きが求められ、３つの信号すべてが同時にゼロ点を通過しかつ同じ極性符号の傾きを有していれば、パルス発生器の振動が発生していると検出される。半径方向の振動が検出された場合、簡単なやり方としてはセンサ回路の出力信号を抑圧することができる。

上述の方法を実施するための有利なセンサ装置は、ホール素子または磁気抵抗素子として構成された少なくとも２つの無接触型センサを有している。この場合、各センサ素子の信号のためのそれぞれ１つの入力側と少なくとも２つのセンサ信号から得られる差分信号のための入力側を備えた位相検出回路を設けることができる。

センサ装置の出力側の手前に振動制御回路を接続するのも有利であり、この振動制御回路は位相検出回路の出力のための入力側と、差分信号により制御される信号準備処理・比較回路のための入力側とを有している。これにより上述の振動が、殊に限界条件のもとでセンサ特性を劣化させることなくセンサ装置内で明確に抑圧される。

通常、本発明に従って動作するセンサ装置にいわゆる差動型ホールセンサを設けることができる。有利には本発明による方法は、センサ素子の適正な励起に対しセンサ装置における振動を区別するのに適しており、実質的に差動型センサ方式の利用すなわち少なくとも２つのセンサ素子の利用に基づいている。その際、すでに挙げたホール素子や磁気抵抗素子、いわゆるＡＭＲ素子またはＧＭＲ素子など様々なセンサタイプを用いたり、たとえば光学的な回転数センサを用いたりして実現することができる。したがって回転数センサの場合、発信器ホイールとセンサ素子との間の半径方向の揺れもしくは振動を評価することができる。

図面
次に、センサ装置に対し相対的な部材の動きを捕捉する本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、回転数センサのパルス発生器として用いられる発信器ホイールの部分領域および無接触で対向するセンサ装置におけるセンサ素子を示す図である。
図２は、センサ素子の出力信号およびそこから得られた差分信号の経過特性を示すダイアグラムである。
図３は、図１による経過特性の変形実施形態として各センサ素子間で１８０゜の位相差をもつダイアグラムである。
図４は、半径方向の振動が生じたときのセンサ素子の信号経過特性を示すダイアグラムである。
図５は、各センサ素子における信号の評価回路を示すブロック図である。

実施例の説明
図１には回転数センサにおける発信器ホイール１の領域が示されており、これは発信器ホイール１の回転中つまりはセンサ回路３の前を通り過ぎるとき、センサ回路３においてスイッチングパルスを生じさせる歯２を有している。この場合、センサ回路３は、発信器ホイール１に無接触で対向するセンサ素子４，５たとえばホール素子を有している。さらにここでは矢印６によって半径方向の振動が示されており、これが本発明によるセンサ装置により捕捉されて評価されることになる。

図２には、発信器ホイール１が振動なく適正に回転しているときのセンサ素子４における信号経過特性７とセンサ素子５における信号経過特性８が時間軸ｔ上にダイアグラムとして示されている。さらに参照符号９により、信号経過特性７および８による差分信号が描かれている。図３にも同等の信号経過特性１０，１１，１２が描かれているけれども、この場合には信号経過特性１０および１１はいっそう大きい位相差を有しており、たとえば１８０゜の位相差を有している。

図２および図３とは異なり図４には、発信器ホイール１とセンサ素子４，５との間の間隔（図１の矢印６を参照）において振動が発生した場合に現れるセンサ素子４，５の信号経過特性１３，１４，１５が示されている。

図２〜図４のダイアグラムによれば、センサ素子４，５の各信号経過特性間の位相のずれを求めることにより半径方向の振動を識別できることが示されている。図２および図３には殊に、発信器ホイール１が適正に回転しているのであればそれぞれペアを成す信号経過特性７，８，９または１０，１１，１２のうち少なくとも２つの信号経過特性間では、回転数に依存する位相のずれが発生する。しかし図４の経過特性１３，１４，１５に示されているように個々の信号経過特性間の位相関係のずれがゼロであり、つまりすべての信号が同相で経過しているときには、半径方向の振動が生じていると識別され、したがって再び位相のずれが測定できるまで、センサ装置の出力を遮断することができる。信号１５はここでも図２および図３（信号経過特性９および１２）と同様、信号経過特性１３および１４から得られた差分信号である。

上述の方法を実施するためのセンサ装置の構造が、センサ素子４および５の信号経過特性を評価する評価回路１６のブロック図として図５に描かれている。この評価はここでは次のようにして実現される。すなわちこの場合、最初に両方のセンサ素子４，５ならびにそれらの差分信号について、場合によってはオフセット補正後に位相検出回路１７においてゼロ点通過が求められる。

ここではゼロ点通過時に、３つの信号すべてについて個々の傾きも求められる。第１に３つの信号（図４の信号経過特性１３，１４，１５を参照）すべてが同時にゼロ点を通過し、第２に傾きが同じ極性符号をもつならば、３つの信号は同相であり、その場合には妨害を及ぼす振動が生じている。評価回路１６の出力側１８に送出される信号を振動制御回路１９によって抑圧させることができ、その際、振動制御回路１９には位相検出回路１７の出力信号と差分信号用の信号準備処理・比較回路２０の出力信号が供給される。

回転数センサのパルス発生器として用いられる発信器ホイールの部分領域および無接触で対向するセンサ装置におけるセンサ素子を示す図 センサ素子の出力信号およびそこから得られた差分信号の経過特性を示すダイアグラム 図１による経過特性の変形実施形態として各センサ素子間で１８０゜の位相差をもつダイアグラム 半径方向の振動が生じたときのセンサ素子の信号経過特性を示すダイアグラム 各センサ素子における信号の評価回路を示すブロック図

Claims (8)

1. センサ（３，４，５）の前を通過するパルス発生器（１）に依存する信号（７〜１５）を評価する形式の、センサ装置に対し相対的な部材の運動を捕捉する方法において、
   運動方向で並置されている２つのセンサ素子（４，５）の信号（７，８；１０，１１；１３，１４）を評価し、
   運動方向に対し直角な振動を識別するため、前記２つのセンサ素子（４，５）の信号（７，８；１０，１１；１３，１４）および前記２つのセンサ素子（４，５）の差分信号（９；１２；１５）の位相特性を、測定されたこれら３つの信号（７〜１５）すべてにおいて同じ位相変化が生じているか否かについて調べることを特徴とする、
   センサ装置に対し相対的な部材の運動を捕捉する方法。
2. 前記信号（７〜１５）の評価において、個々のゼロ点通過およびゼロ点通過時の傾きを求め、３つの信号（７〜１５）すべてが同時にゼロ点を通過しかつ同じ極性符号の傾きを有しているならば、前記パルス発生器（１）の振動（１６）が発生していると検出する、請求項１記載の方法。
3. 前記ゼロ点通過の捕捉においてオフセット補正を行う、請求項２記載の方法。
4. 半径方向の振動（６）を検出したときにはセンサ評価回路（１６）の出力信号を抑圧する、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 回転可能な部材のパルス発生器として設けられた発信器ホイール（１）の回転を捕捉するときに半径方向の振動（６）を検出する、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
6. 請求項１から５のいずれか１項記載の方法を実施するためのセンサ装置において、
   センサ装置（３）はホール素子または磁気抵抗素子を備えた２つの無接触型センサ（４，５）を有しており、
   該２つのセンサ素子（４，５）の信号（７，８；１０，１１；１３，１４）のためのそれぞれ１つの入力側および２つのセンサ信号（７，８；１０，１１；１３，１４）から得られる差分信号（９；１２；１５）のための入力側を備えた位相検出回路（１７）が設けられていることを特徴とする、
   センサ装置。
7. センサ評価回路（１６）の出力側（１８）の手前に振動制御回路（１９）が接続されており、該振動制御回路（１９）は、前記位相検出回路（１７）の出力のための入力側と前記差分信号により制御される信号準備処理回路および比較回路（２０）のための入力側を有する、請求項６記載のセンサ装置。
8. 自動車における回転数センサとして使用される、請求項６または７記載のセンサ装置。

Images