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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Umlaufgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung und insbesondere
auf eine Radgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung.
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In Beziehung
stehender Stand der Technik
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Eine herkömmliche Umlaufgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung
ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 9-281125 beschrieben.
Diese Vorrichtung ist in einer solchen Weise aufgebaut, dass diese
ein Signal, das Winkelfrequenzinformationen entsprechend einer Umlaufgeschwindigkeit
aufweist, aus einem Wechselstromsignal, das von einem Umlaufgeschwindigkeitssensor
ausgegeben wird, extrahiert. Genauer gesagt wird die Winkelfrequenzinformation
durch Differenzierung des Wechselstromsignals, wie z.B. eines Sinus-
oder Kosinussignals oder von ähnlichem,
in die Amplitudenkomponente des Signals einbezogen und kann diese
somit extrahiert werden.
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Die US-A-4 807 164 bezieht sich auf
eine Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit, bei der ein erstes
und ein zweites Signal durch eine Anordnung eines optischen Gitters
und eines Wandlers vorgesehen werden. Zum Erhalten der Anzahl der
Linien am Gitter auf einem Drehtisch kombiniert mit der Winkelgeschwindigkeit
einer Welle, an der der Drehtisch montiert ist, wird ein Verhältnis einer
Ableitung eines zweiten Signals durch das erste Signal geteilt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Da sich jedoch die Amplitude des
Umlaufgeschwindigkeitssensors entsprechend der Umlaufgeschwindigkeit ändert, verkleinert
sich die Komponente der Winkelgeschwindigkeitsinformation, die in
der Amplitudenkomponente enthalten ist, bezüglich der Störgröße in einem
Bereich mit geringer Umlaufgeschwindigkeit, so dass eine genaue
Erfassung der Umlaufgeschwindigkeit im Bereich mit niedriger Geschwindigkeit
nicht gestattet ist.
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Die vorliegende Erfindung wurde im
Hinblick auf ein solches Problem getätigt und eine Aufgabe der Erfindung
besteht darin, eine Umlaufgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung vorzusehen, die
in der Lage ist, die Umlaufgeschwindigkeit mit verbesserter Erfassungsgenauigkeit
zu erfassen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung
nach Anspruch 1 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung sieht eine
Umlaufgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung zum Extrahieren eines
Signals, das eine Winkelfrequenzinformation aufweist, die der Umlaufgeschwindigkeit
entspricht, aus einem Wechselstromsignal, das von einem Umlaufgeschwindigkeitssensor
ausgegeben wird, vor, wobei die Amplitude des Wechselstromsignals
im wesentlichen konstant ist und das Wechselstromsignal differenziert
wird, um zu ermöglichen,
dass die Winkelfrequenzinformation durch Bestimmung eines Verhältnisses
von diesen extrahiert wird.
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Wenn das Wechselstromsignal, wie
z.B. die Sinus- oder Kosinuswelle oder ähnliches differenziert wird,
wird die Winkelfrequenzinforamtion in die Amplitudenkomponente des
Signals einbezogen. Durch eine Vielzahl von Differentia- 1operationen ändert sich
die Amplitude, die die Winkelfrequenzinformation einbezieht, wird
jedoch der zeitabhängige
Term gleich. Da die Amplitude des Wechselstromssignals, das vom
Umlaufgeschwindigkeitssensor ausgegeben wird, hier im wesentlichen
konstant ist, kann die Winkelfrequenzinformation durch Bestimmung
eines Verhältnisses
von diesem extrahiert werden. Da die Vorrichtung so aufgebaut ist, dass
die Amplitude des Wechselstromsignals im wesentlichen konstant ist
und dass der vorstehende Vorgang ausgeführt wird, ist die vorliegende
Vorrichtung in der Lage, die Umlaufgeschwindigkeit mit verbesserter
Erfassungsgenauigkeit zu erfassen, selbst in einem solchen Bereich
mit äußerst niedriger
Geschwindigkeit, bei der die Signalgenauigkeit zumindest zuvor aufgrund
eines zu kleinen Amplitudenausgangs null war.
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Wenn das Wechselstromsignal eine
Sinuswelle mit der Störgrößenkomponente
und/oder mit harmonischen Inhalten ist, ist die Wellenform des Signals
keine genaue Sinuswelle, sondern ist eine angenäherte Sinuswelle. Bei der vorliegenden
Vorrichtung ist das Wechselstromsignal vorzugsweise eine angenäherte Sinus-
oder Kosinuswelle.
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Da die vorliegende Erfindung die
Verwendung einer Integriereinrichtung einschränken kann, die für den vorherigen
Betrieb unabdingbar war, obwohl diese nicht ausgeschlossen wird,
ist die Erfindung in der Lage, die Zeitkonstante des Signals zu
verringern, um eine Stopp-Beurteilung
mit hoher Genauigkeit und eine Verbesserung bei der Erfassungsgenauigkeit
der Umlaufgeschwindigkeit zu einem Stopp zu gestatten.
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Bei der vorliegenden Erfindung befindet
sich der Umlaufgeschwindigkeitssensor nahe einem zu erfassenden
Rotor, wobei der Rotor einen elektrisch leitenden oder magnetischen
Körper
aufweist und der Umfang des Rotors eine Vielzahl von Abschnitten
aufweist, die in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, und
der Umlaufgeschwindigkeitssensors eine Spule zur Ausgabe des Wechselstromsignals
entsprechend einer Änderung
des Wirbelstroms oder der magnetischen Permeabilität des magnetischen
Körpers
aufweist, die in den Abschnitten auftritt, wenn diese bei der Rotation
in die Nähe
eines magnetischen Feldes davon bzw. von dieser gelangen.
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Genauer gesagt kann, wenn der Umlaufgeschwindigkeitssensor
ein Radgeschwindigkeitssensor ist, die Umlaufgeschwindigkeit eines
Rades als ein zu erfassender Rotor mit einer guten Ansprechempfindlichkeit und
mit Genauigkeit selbst im Bereich mit äußerst niedriger Geschwindigkeit
erfasst werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische strukturelle graphische Darstellung eines Fahrzeugs,
das mit einem Ausführungsbeispiel
der Radgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung ausgerüstet ist.
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2 ist
eine erläuternde
graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Rotor R,
der sich auf der gleichen Achse wie das Rad WFL befindet,
und dem Sensor 10 zeigt.
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3 ist
ein Blockschaltbild, das die innere Struktur eines Prozessors 24 zeigt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel
der Umlaufgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung beschrieben. Identische
Elemente oder Elemente mit identischen Funktionen sind mit identischen
Bezugszeichen bezeichnet und eine überflüssige Beschreibung von diesen
wird unterlassen.
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1 ist
eine schematische, strukturelle, graphische Darstellung eines Fahrzeugs,
das mit dem Ausführungsbeispiel
der Umlaufgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung
ausgerüstet
ist. Die vorliegende Umlaufgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung
ist eine Radgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung.
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Dieses Fahrzeug ist mit vier Rädern versehen
(Vorderrädern
WFL, WFR und Hinterrädern WRL, WRR), die bezüglich dem
Aufbau BDY drehbar sind. Ein Radgeschwindigkeitssensor 10, 10x, 10y,
oder 10z ist entsprechend jedem der Räder WFL,
WFR, WRL, WRR angebracht und ein Ausgang von diesen
ist proportional zur Geschwindigkeit vom linken und rechten Rad.
In diesem Ausführungsbeispiel
erfasst jeder Radgeschwindigkeitssensor 10, 10x, 10y, 10z die
Umlaufgeschwindigkeit des Rades und gibt dieser ein Wechselstromsignal
entsprechend der Umlaufgeschwindigkeit aus. Die Frequenz oder Wiederholungsfrequenz
des Wechselstromsignals ist zur Umlaufgeschwindigkeit proportional.
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Die Ausgänge von jedem Sensor 10, 10x, 10y oder 1Oz werden
einer ECU (elektronischen Steuereinheit) 100, die sich
im Fahrzeug befindet, zugeführt
und die ECU 100 berechnet die Radgeschwindigkeit von jedem
Rad auf der Grundlage der Eingabeinformationen, zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit
an, die aus den auf diese Weise berechneten Radgeschwindigkeiten
ermittelt wurde, und steuert die Antriebseinrichtung (z.B. Bremsen,
Aufhängung
usw.) zum Steuern des Verhaltens vom Aufbau bzw. von der Karosserie
auf der Grundlage der Radgeschwindigkeiten, wenn die Umstände es erfordern.
Beispielsweise führt
die ECU 100 die Steuerung der Bremsöldrücke an den Rädern WFL, WFR, WRL, WRR im ABS-System
(Antiblockier-Bremssystem) und/oder in der Antischlupfsteuerung
auf der Grundlage der Radgeschwindigkeiten aus.
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Da das Berechnungsverfahren für die Radgeschwindigkeit
für die
Signale von den jeweiligen Sensoren 10, 10x, 10y, 10z gemeinsam
ist, beschreibt das vorliegende Beispiel aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung
die Struktur zum Erhalten der Radgeschwindigkeit (Radgeschwindigkeitsinformation)
aus dem Ausgabesignal des Sensors 10 als ein typisches
Beispiel für
die vier Sensoren.
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Das Wechselstromsignal, das vom Radgeschwindigkeitssensor 10 ausgegeben
wird, wird über
einen A/D-Wandler 12 in einen Prozessor 24 eingegeben.
Genauer gesagt tastet der A/D-Wandler 12 das Wechselstromsignal
vom Radgeschwindigkeitssensor 10 mit einer vorbestimmten
Abtastrate ab, wandelt dieser jedes abgetastete Signal in ein digitales
Signal und führt
dieser dieses dem Prozessor 24 zu.
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Der Prozessor 24 verarbeitet
die digitalen Signale durch Verwendung eines Programms, das in einem ROM 16 gespeichert
ist, um die Radgeschwindigkeitsinformationen zu erfassen, und gibt
diese aus. Der Prozessor 24, das ROM 16 und der
RAM 18 können
als ein Mikrocomputer aufgebaut sein. Der Sensor wird nachfolgend
detailliert beschrieben.
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2 ist
eine erläuternde
graphische Darstellung zum Zeigen einer Beziehung zwischen einem
Rotor (der zu erfassende Rotor) R, der sich auf der gleichen Achse
wie das Rad WFL befindet, und dem Sensor 10. Die
Zahnflächen
sind im Umfang des Rotors R ausgebildet und mit einer Rotation von
diesem ändert
sich der kürzeste
Abstand zum Sensor 10 pulsierend. Der Sensor 10 gibt
das Signal Vw entsprechend dieser Abstandsänderung aus.
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Detaillierter beschrieben befinden
sich der Radgeschwindigkeitssensor 10 und eine Spule CL
von diesem in der Nähe
des Rotors (des zu erfassenden Rotors) R, der einen elektrisch leitenden
oder magnetischen Körper
aufweist und dessen Umfang (dessen Zahnflächen) aus einer Vielzahl von
Abschnitten P aufgebaut sind, die in vorbestimmten Intervallen angeordnet
sind. Der Radgeschwindigkeitssensor 10 ist mit der vorstehenden
Spule CL in einer solchen Anordnung vorgesehen, dass, wenn die vorstehend
beschriebenen Abschnitte P bei der Rotation in die Nähe ihres
Magnetfeldes gelangen, die Spule CL das Wechselstormsignal Vw entsprechend
der Änderung
des Wirbelstroms oder der magnetischen Permeabilität, die in
den Abschnitten auftritt, ausgibt. Die Umlaufgeschwindigkeit des
Rades kann berechnet werden, indem aus diesem Wechselstromsignal
Vw die Winkelfrequenz ω extrahiert
wird und diese durch die Anzahl N der Zähne des Rotors geteilt wird.
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3 ist
ein Blockschaltbild zum Zeigen der inneren Struktur des Prozessors 24.
Das Signal Vw, das die Information zur Winkelfrequenz w des vorstehenden
Wechselstromsignals aufweist und durch den A/D-Wandler 12 vom Radgeschwindigkeitssensor 10 zugeführt wird,
ist ein digitales Signals; es wird angenommen, dass es durch Vw
= A sinωt
dargestellt wird. Der Prozessor 24 kann ebenfalls so gestaltet
sein, dass dieser zur Verarbeitung des Signals Vw in einem analogen
Zustand in der Lage ist. Da das Ist-Signal Vw die Phasenkomponente
und die Versatzkomponente aufweist, wird dieses wie folgt dargestellt:
Vw = A sinωt
+ B sin(ωt/N)
+ C. In dieser Gleichung sind A, B und C im wesentlichen Konstanten. "Im wesentlichen konstant" bedeutet die Einbeziehung
von Änderung
von ± 10%.
Es ist festzuhalten, dass das vorstehende Wechselstromsignal ebenfalls
in Form einer Kosinusfunktion statt der Sinusfunktion ausgedrückt werden
kann und das Wechselstromsignal in diesem Fall ebenfalls in der
gleichen Weise wie vorstehend verarbeitet werden kann.
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Diese Winkelfrequenz ω ist proportional
zur Umlaufgeschwindigkeit des Rades; mit wachsender Winkelfrequenz ω erhöht sich
die Radgeschwindigkeit; mit sinkender Winkelfrequenz verringert
sich die Radgeschwindigkeit.
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Der Prozessor 24 extrahiert
die Winkelfrequenz ω aus
dem Wechselstromsignal Vw und teilt die extrahierte ω durch die
Anzahl N der Zähne
des Rotors R, um die Rad(umlauf)geschwindigkeit (die Umlaufgeschwindigkeit ω/N (in 1
s)) zu erhalten. Hier wird der extrahierte Teile der Winkelfrequenz ω als die
Hauptstruktur beschrieben. Der extrahierende Teil der Winkelfrequenz
(durch 24 dargestellt) des Prozessors 24 ist mit einer
Gruppe von Differenziereinrichtung 24a, 24b und 24c zum
dreimaligen Differenzieren des Wechselstromssignals Vw versehen
und die erste Differenziereinrichtung 24a wird ebenfalls
für das
erste Differential des Wechselstromsignals Vw verwendet. Dieses
dritte und erste Differential werden einer Dividiereinrichtung 24d zugeführt, ein
Divisionsergebnis wird einem Verstärker 24e zum Invertieren
seines Vorzeichens zugeführt und
im Anschluss wird das sich ergebende Signal einer Quadratwurzelberechnungseinrichtung
bzw. Radiziereinrichtung 24f zum Berechnen einer Quadratwurzel
von diesem zugeführt.
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Durch die Differenzierung des Wechselstromsignals
Vw der Sinuswelle oder von ähnlichem
wird die Winkelfrequenzinformation ω in die Amplitudenkomponente
des Signals einbezogen. Durch eine Vielzahl von Differenzieroperationen ändert sich
die Amplitude, die die Winkelfrequenzinformation aufweist, wird
jedoch der zeitabhängige
Term gleich. Hier ist die Amplitude A (oder eine Funktion von A
und B) des Wechselstromssignals Vw, das vom Umlaufgeschwindigkeitssensors
ausgegeben wird, im wesentlichen konstant; daher kann die Winkelfrequenzinformation ω extrahiert
werden, indem ein Verhältnis
von diesem bestimmt wird.
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Genauer gesagt werden das Eingangssignal
Vw, das erste Differential Vw',
das zweite Differential Vw", das
dritte Differential Vw" ' , der Quotient D
(= Vw"'/Vw'), der Kehrwert r
(-D) und die Quadratwurzel S (=(-D)1/2) wie
folgt ausgedrückt.
Es wird jedoch angenommen, dass A Bω/N und ωcosωt ≠ 0 ist.
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Gemäß Vorbeschreibung ist die vorstehende
Vorrichtung die Umlaufgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung zum
Extrahieren des Signals, das die Winkelfrequenzinformation ω aufweist,
die der Umlaufgeschwindigkeit entspricht, aus dem Wechselstromsignal
Vw, das vom Umlaufgeschwindigkeitsssensor 10 ausgegeben wird,
wobei die Amplitude A (oder die Funktion von A und B) des Wechselstromsignals
Vw ungefähr
konstant ist und das Wechselstromsignal Vw differenziert wird, um
zu ermöglichen,
dass die Winkelfrequenzinformation ω extrahiert wird, indem das
Verhältnis
von diesem bestimmt wird.
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Wenn das Wechselstromsignal Vw eine
Sinuswelle ist, die die Störgrößenkomponenten
und/oder harmonische Inhalte aufweist, ist die Wellenform von diesem
Signal keine genaue Sinuswelle, sondern ist eine angenäherte Sinuswelle.
Bei der vorliegenden Vorrichtung ist das Wechselstromsignal Vw eine
angenäherte Sinuswelle;
anders ausgedrückt
kann zusätzlich
zum Radgeschwindigkeitssensor 10, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel
angezeigt ist, ein beliebiger Umlaufgeschwindigkeitssensor, der
eine Ausgabe erzeugt, die einer Sinus- oder Kosinuswelle (trigonometrischen
Funktion) angenähert
ist, ebenfalls bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden.
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Die vorliegende Vorrichtung ist in
der Lage, die Umlaufgeschwindigkeit genau selbst in einem Bereich mit äußerst geringer
Geschwindigkeit zu erfassen.
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Da die vorliegende Vorrichtung in
der Lage ist, die Verwendung einer Integriereinrichtung, die für den herkömmlichen
Vorgang unabdingbar war, einzuschränken jedoch nicht auszuschließen, ist
diese in der Lage die Zeitkonstante des Signals zu verringert, damit
eine Stoppbeurteilung mit hoher Genauigkeit und eine Verbesserung
der Erfassungsgenauigkeit der Umlaufgeschwindigkeit zu einem Stopp
gestattet wird. Es wird jedoch angemerkt, dass ein Tiefpassfilter
oder ähnliches
zum Entfernen von hochfrequenten Störgrößen ebenfalls verwendet werden
kann, wenn die Umstände
es erfordern.
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Wenn der Umlaufgeschwindigkeitssensor
der Radgeschwindigkeitssensor ist, kann die Umlaufgeschwindigkeit des
Rades als ein zu erfassender Rotor mit Genauigkeit erfasst werden.
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Ferner gestattet die vorstehend beschriebene
Struktur, obwohl diese einfach ist, die Erfassung der Radgeschwindigkeit
mit höherer
Genauigkeit als bei der herkömmlichen
F/V-Umwandlung. Die Beschleunigung kann ebenfalls mit hoher Genauigkeit
bestimmt werden, indem die erhaltene Radgeschwindigkeit differenziert
wird; es ist möglich,
eine Bestimmung des Fahrzeugverhaltens mit hoher Genauigkeit, einschließlich der
Fahrzeugverhaltenssteuerung, der Aufbauverschiebung, der Fahrzeugstoppbestimmung
usw. durch die Verwendung von dieser auszuführen.
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Die vorliegende Erfindung sieht die
Umlaufgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung vor, die in der Lage
ist, die Umlaufgeschwindigkeit mit verbesserter Erfassungsgenauigkeit
insbesondere im Bereich von äußerst niedriger
Geschwindigkeit zu einem Stopp zu erfassen.
