JPS59210301A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、例えばエンジンのクランク軸等の回転角位
置等を測定する位１ｈ′：検出装置に関する。

エンジン機関の点火時期制御、ディゼル機関の燃料噴射
時期制御等の、内燃機関における燃焼時期制御は、広く
電子制御によって実行されるようになってきている。こ
のような燃焼時期制御を電子的に実行させるためには、
点火時期、燃料噴射時期の基準となる機関の回転角位置
を正確に測定、検出する必要がある。機関の運転状況に
対応した空燃比制御等を効果的に実行させるためには、
この回転角位置の検出侑度もよシ高度のものが要求され
るようになる。

被測定回転体の回転位置を検出する手段としては、ホー
ル素子、磁気抵抗素子等の磁電効果を用いたセンサが用
いられる。第１図はこのような磁″亀効果を用いたセン
サを用いた回転位１従検出装置の成木的な構成を示すも
ので、ホール素子１１に近接して被検出回転体となる例
えばエンジン等の機関のクランク軸によって同期的に回
転される磁性体でなる円板１２を設ける。

この円板Ｉ２はその特定される回転自信１ｑを設定する
複数あるいは１個の突起Ｚ２ａを有するもので、円板１
２の回転に対応−してその突起１２ａがセンサ１１に対
して間欠的に接近するものである。ホール素子ＩＩに対
しては永久磁石１３が設けられ、電流源１４からホール
素子１１に対して常に一定のバイアス電流を流すように
する。そして、ホール素子１１からの端子ａ、ｂ間に取
り出される出力電圧信号は、トランジスタ１５による波
形整形回路で波形整形して、出力端子ｃｒｄから回転位
置信号として取シ出すようになる。

ここで、この回転位置信号によって、例えばエンジンの
点火時期を制御しようとする場合には、円板１２の突起
１２ａは、エンジンの各気筒の上死点位置となる状態で
ホール素子１１に最も接近し、・対向されるように位置
設定されている。

すなわち、エンジンの回転に伴なって円板１２が回転し
、その突起１２ｔｚがホール素子１１に接近し通過する
と、ホール素子１１を通る磁束が変化し、端子ａ、ｂ間
の電圧は時間ｔの経過と共に第２図の（Ｎに示すように
変化する。

したがって、トランジスタＩ５によって波形整形された
端子ｃ、ｄからの出力信号波形は第２図の（Ｂ）に示す
ような矩形波信号となる。ここで、第２図の（〜に示し
た鎖線はトランジスタ１５のスレッショルドレベルでア
ル。

このようにして得られた矩形波状の信号は、時間計測手
段あるいはマイクロコンピュータ等に入力して、各矩形
波の立ち上り時間１２゜ｔ３、立ち下り時間ｔ、？　、
ｔ４よシ、「ｔＺ〜ｔ３」あるいは「ｔ２〜ｔ４Ｊ間の
時間を計測して、これによって回転速度を算出するよう
になる。寸だ、時間ｔＺ　、ｔ３に対応する波形の立ち
上り、あるいは時間ｔ２．ｔ４で示す波形の立ち下りを
、基準回転位置に対応した信号とみ々し、点火時期制御
等のだめの基準信号としている。

しかし、このような回転位置検出機構を用いる場合には
、円板Ｉ２の突起１２＆がホール素子１１の近傍を通過
する時に、その相互間ギャップが変化すると、端子ａ、
ｂ間の電圧に変化が生ずる。すなわち、突起１２ａとホ
ール素子１・１とのギャップが狭い場合に゛は、出力波
形は第３図の（Ｎにａで示すようになり、逆にギヤツー
　ブの広い場合にはｂで示すようになる。したがって、
トランジスタ１５におけるスレッショルドレベルは一定
のものであるため、ギャップの狭い場合は第３図の（Ｂ
）に示すような出力矩形波が、ギャップの広い場合には
同じり（Ｃ）に示すような出力矩形波が得られるように
なる。すなわち、この出力矩形波の立り上りを基準位置
とし″た場合、回転肉位１置の検出にΔｔの誤差が生ず
る。

また、機械的精度を向上させて、突起１２ａとホール素
子１１との間のギャップが一定になるようにした場合で
も、ホールｘ子ｘｘ’ｐ、バイアス電流、波形整形回路
のスレッショルドレベル等のばらつき変化によって、同
様の誤差が生じ１．エンジンの点火制御を電子的に行な
わせる場合に必要な高精度の安定した回転位置信号を得
ることが内錐な状態となる。　　′この発明は上記のよ
うな点に鑑みなされたもので、センサ部のギャップの変
動、電気的特性の変化等に関与することなく、特に基準
回転位置を正確に検知することができ、例えば内燃機関
の燃焼時期の電子的制御のためにも効果的に利用できる
ようにする位置検出装置を提供しようとするものである
。

すなわち、この発明に係る位置検出装置は、ホール素子
等の磁電効果を利用した検出器からの出力信号を波形整
形して矩形ン信号とすると共に、この矩形波信号の立ち
上り時間、立ち下り）時間を測定し、その両時間から特
定基準時間を算出して、この基準時間にもとづき基準回
転１立置をｌ炙出し得るようにしたものである。

以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。第
４図はその構成を示すもので、検出器２Ｉは第１図で示
したような磁性体でなる被測定回転体の特定される回転
角位置に設けた突起の近接を検出するホール素子等の磁
電効果を利用するものである。この検出器２１には定電
ＤＩＵ　ｉｆ皇２２から磁束の変化を検出するようにバ
イアス電流の供給されるもので、被測定回転体の回転に
対応した検出重圧信号が検出器２１から得られるように
する。検出器２１からの出力信号は、例えば化５図に具
体的に示すような波形整形回路２３によって、矩形仮に
波形修形された信号とする。この波形整形回路２３とし
ては、その他オペアンプＩＣ，コンパレータＩＣ，トラ
ンジスタ等を利用した電圧比較器等を用いるようにして
もよい。

彼形緊形回路２３からの矩形波状の出力信号は、時間計
４１１」回路２４に供給し、矩形波信号の立ち上りおよ
び立ち下りの時間をそれぞれ計７１１１１する。この局
舎、上記矩形波信号は、立ち上りおよび立ち下りの判別
回路２５にも供給し、時間計側回路２４で計１１１１Ｉ
　Ｌだ時間は、矩形仮の立ち一ヒリであるか、あるいは
立ち下りであるかを１り」別し、その判別結果は、時間
計測回路２４０計叫時間データと共に回転位置演算回路
２６に供給する。

ここで、時ｍ１計測回路２４、判別回路２５および演シ
γ回路２６部は、例えば第６図に示すようにワンチップ
マイクロコンピュータ２７によって構成することが可能
なものであり、タイマカウンタ機能内蔵のマイクロコン
ピュータ、あるいはタイマカウンタ機能用ＩＣと一般の
マイクロコンピュータＩＣとの組み合わせで、１δ成す
るようにしてもよい。マイクロコンピュータ２７に対す
る入力端子ＣおよびＤは、入力波形の立ち上りあるいは
立ち下りが入力された時に割り込みが発生ずるようにな
っている。

すなわち、波形整形回路２３に対する入力信号Ａは第７
図の（Ａ）に示すようになり、その出力信号Ｂは第７図
の（Ｂ）に示すよう々矩形波信号となるもので、この矩
形波信号がマイクロコンピュータ２７に供給される。

上記のように構成される装置の動作を、第８図に示すフ
ローチャートにもとづき説明する。

捷ずメインルーチンが起動されると１．第８図の（へに
示すようにステップ１０１でマイクロコンピュータ２７
の内部、外部のレジスタやＲＡ　ｔｖｆを初明化する。

次にステップ１０２でマイクロコンピュータ２７の端子
Ｃを、入力波形の立ち上りの検出に対応して割込１が発
生するように設定すると共に、ステップ１０３で端子り
を入力波形の立ち下りの検出で割込２が発生するように
設定する。そして、ステップ１０４で割込みを許）町し
、ステップ１０５で割込み待ちとするものである。

このようにして割込み待ちとなった状傳で、第１図で説
明したように検出器２１の近傍を磁性体が通、過し、第
７１ンｌの（Ｂ）に示すように時刻ｔノで波形が立ち上
ると、Ｖ１？Ａ子Ｃがその立ち上りを検知してｉｉＥ込
１が発生する。この割込１が発生すると、第８図の（Ｂ
）に示すようにステップ２０１で波形の立ち上った時の
タイマカウンタの値ｔ１（時刻）を読み取り、ステップ
２０２てこの時刻ｔ１を第１のＲＡＭＴＺに沓キ込みス
トアする。そしてメインルーチンへ戻る。

次に時刻ｔ２で入力波形が立ち下ると、端子りでこれを
検知して割込２が発生する。この割込２が発生すると第
８図の（Ｃ）に示すように、ステップ３０１でこの波形
の立ち下がった時のタイマカウンタの値、ｔ２（時刻）
を読み込み、ステップ３０２で第２のＲＡＭにこの時刻
ｔ２をストアする。そして、ステップ３０３で第１およ
び侶２のＲ，ＡＩＪＴＺ、Ｔ、？にストアされた時亥Ｉ
Ｊｔ７．ｔ２にもとづき、基準位置Ｔを次式により４出
する。

ここで、定数Ｋｌ、に２は、検出器２ノであるホール素
子の出力電圧を観察して、出力電圧やスレッショルドレ
ベル等が変化した時にも、基準位置Ｔの値のずれが少な
いような値にあらかじめ設定するもので、例えば第９図
で示すようにに１＝に２＝１　とした場合には、基準位
置Ｔは、時刻ｔＩとｔ２の中点位置となる。多少の誤差
が許される場合はこの中点を基準位置とすると簡便であ
る。

すなわち、上記のような検出動作を繰シ返すことによっ
て、磁性体突起が検出器２１部を通過する毎に、順次基
準位置ＴＭ　、Ｔ２　、Ｔ３゜・・・が演算検出される
ようになる。そして、この基準位ＩＩＴＺ、Ｔ２．・・
・に対応する検出信号は、例えばエンジンの点火時期の
′重子的制御に対して効果的に使用することができる。

また、回転速度データもこの基準位置ＴＩ、Ｔ２．・・
・の検出信号にもとづき演算することができる。

尚、検出器２１としてはホール素子の他に磁気抵抗素子
等も同様にして使用可能である。

上記実施例では、波形整形回路２３からの矩形波信号を
立ち上りおよび立ち下り判別回路２５に供給し、立ち上
り時刻ｔ１の測定および立ち下り時刻ｔ２の測定を行な
うようにした。

しかし、これは第１０図に示すように時間１１届判定回
路２８を利用するようにしても同様に実施し得る。

一般に、ホール素子等の検出器２１に対同役定される磁
性体円板の突起は、円板の円周に比較して充分に１ｉ’
ｉｉｉのせまいものであり、したがって第７図のＣＢ＞
で示した波形のｔ２とｔｌ間とｔａとｔＺ間の時間は ｔ２−ｔｌ（＜　ｔａ−１２ である。したがって、ＩＪ　’）合った立ち上シと立ち
下りとの間の、時間の短かい方の内分点をとれば、これ
は１つの矩形波の時間幅であり、これにもとづき基準位
置Ｔを求めることができる。

第１１図はこのよう力場合の（助作を説明するフローチ
ャートを示すものであるが、割込１と割込２とは同じル
ーチ／を実行する。壕だ、第１１図の（〜に示すメイン
ルーチンは第８図の（Ａ）の場合と同じであるので説明
は省略する。そして、このメインルーチンの割込不待ち
の時に、例えば第７図（Ｂ）の時刻ｔ３で波形が立ち上
って割込みが発生したとすると、第１１図の（Ｂ）に示
す割込みルーチンに進む。ここで、時刻ｔ２゜ｔｌにお
いてもすでに前回、前々回の割込みが発生し、時刻ｔ２
．ｔｌをストアする処理が終了しているものである。

まず、ステップ４０１で今回の割込み時刻ｔ３を読み取
る。次にステップ４０２でマイクロロンピユータ内のＲ
ＡＭの番地ｔｂＯ値を番地ｔａ　に、同じくｔＣをｔｂ
Ｋ移動し、ステップ′４０ノで読み取った値ｔ３をｔｃ
に移しストアする。そして、ＲＡＭの番地ｔａ、ｔｂ、
ｔｃ　　にそれぞれ時刻ｔｌ、ｔ２．ｔ３が記憶設定さ
れるようにする。

次に、ステップ４０３で（ｔｂ−ｔａ）とぐｔｃ−１ｂ
）σＹＲｔ間幅のいずれが大きいかを判定する。この」
２１合、出’ｔ　ｌｘｌ　（Ｂ）からも明らかなように ｔｃ−ｔｂン　ｔｂ−ｔａ となるので、ステップ４０４に進み、基準位置°Ｐを次
式で算出する。

そして、プログラムはメインルーチンに戻り、再びステ
ップ１０５で割込み待ちの状態となる。

次に時刻ｔ４で再び割込みが入り、ステップ。

４０１でタイマカウンタの値ｔ４をｆ７ｅみ込み、ステ
ップ４０２でｔａにｔ２を、ｔ　ｂ　Ｋ　ｔ　、３　を
ｔｃにｔ４　をそれぞれストアさせ、ストンＩく４０３
で判定する。この場合は ｔｂ−ｔａ＝ｔＪ−ｔ、２’：）＞　ｔｃ−ｔｂ＝　ｔ
、４−ｔａであるので、ステップ４０５に進み、基準位
置Ｔを次式で涛ニ出する。

これ全以降繰り返すことによって、立ち上りと立ち下り
の間の時間幅の小さい方の内分点をＪ、ｌ：重位置ＴＺ
、Ｔ２．・・・とじて求めるようになる。

これまでの説明では検出器２１に対向する磁性体円板に
突起を設け、この突起の通過による（磁束変化を検出す
るようにしたが、これは逆に突起に対応する位置、に凹
部を形成して、他の局部との間で磁束変化が生ずるよう
にしてもよい。

この場合の検出器２１の出力波形は上記実施例で示した
ものと反転させたものとなるが、その信号処理は実施例
と同様にして実行し得るものである。

尚、実施例では全て回転体の回転角位置検出を例にして
示したが、これは直線運動する物体の位置検出にもその
まま利用できるものである。

以上のようにこの発明によれば、磁電効果を応用したセ
／すを用いて、回転体の特定される回転用位置を高梢度
に検出することのできるものであり、内燃機関の電子制
御等に）Ｊ果的に商用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転位置検出装置の概略を説明する図、第２図
は上記検出装置の検出信号の状態を説明する図、第３図
は同じく波形整形の状態を説明する図、υ３４図はこの
発明の一実施例に係る検出装置を説明する構成図、第５
図は上記装置の波形整形回路の具体例を示す図、第６図
はコンピュータ構成とし次場合を示す図、第７図は上記
実施例の検出信号波形を説明する図、第８図の（Ｎ〜（
Ｃ）はそれぞれ上記装置の動作を説明するフローチャー
ト、第９図は上記装置の基準（立置検出状態を説明する
図、第１０図はこの発明の他の実施例を説明する構成図
、第１１図の（Ａ）　（Ｂ）は上記装置の動作を説明す
るフローチャートである。 ２１・・・検出器、２３・・・波形整形回路、２４・・
・時間計１ｊ１１回路、２５・・・立ち上り、立ち下り
判別回路、２６・・・回転位置演算回路。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 Ｖ＋ 第３図 第４図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定体の特定される位置を検出する磁電効果を利用し
   た検出器と、この検出器からの検出信号を矩形波信号に
   波形整形する波形整形回路と、この波形整形回路からの
   出力矩形波信号の立ち上り時間および立ち下り時間を計
   測する時間計測手段と、上記針１１１１１された矩形波
   の立ち上シ時間および立ち下り時間にもとづきその相互
   間の特定される位置の基準時間を算出する演体手段とを
   具備し、上記基準時間により基準位１ｄを算出するよう
   にしたことを特徴とする位置検出装置。