JP2004264061A - 磁気式回転検出装置および車両制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁気ロータ10の回転に伴い、磁気ロータ10の外周に配置された磁石11が移動することによって生ずるピックアップ15周囲の磁束変化をピックアップ15で検出し、その出力変動が磁気ロータ10の回転に対して定期的に発生する場合に、磁石11の配列ピッチ異常等の磁気ロータ10の異常状態と判定する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の車輪回転速度検出等に用いられる磁気式回転検出装置およびこれを用いた車両制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両において車輪の回転速度を検出する装置として、磁気式回転センサが知られている(例えば、特許文献1参照)。この種の磁気式回転センサは、回転速度の検出対象である対象物と同期して回転するロータの外周部に等間隔で磁石が配置されており、検出器であるピックアップは、ホール素子等からなり、ロータの外側にこのロータに対峙して配置されている。そして、ロータが回転する際には、外周に配置された磁石によってピックアップ周囲の磁束が変化する。ピックアップは、この磁束変化を検出して出力する。したがって、ピックアップ出力から、磁束変化を引き起こす磁石の移動、つまり、ロータの回転を検出することができる。
【0003】
【特許文献1】
特開平3−59416号公報(第3、4頁、第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この種の磁気式回転センサは、上述したように、ロータの外周部に配置された磁石により形成される磁束が、ロータの回転に伴い、移動することを利用している。したがって、ロータの磁石の配置ピッチが不均一であったり、ロータ自体の真円性に問題があったり、偏心しているような場合には、それに伴う磁束変化が生じるため、ロータの回転を正確に検出することができないという問題がある。
【0005】
そこで本発明は、こうしたロータの異常を検出することが可能な磁気式回転検出装置と、これを用いた車両制御装置を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本発明に係る磁気式回転検出装置は、磁気ロータと、この磁気ロータの回転に伴う磁束変化を検出する検出体と、を備える磁気式回転検出装置において、検出体の検出結果に基づく磁気ロータの見かけの回転速度の変動を監視し、該変動が定期的に発生している場合に異常状態と判定する異常判定部をさらに備えているものである。
【0007】
検出装置で回転速度の変動が検出される理由としては、対象物の回転自体が変動している場合(実際に回転速度が変動している場合)と、対象物および磁気ロータの回転自体には変動がないが、磁気ロータにおける磁石・磁性体の配列ピッチや磁気ロータの真円性、偏心等に異常がある場合(見かけ上の回転速度変動がある場合)がある(これらを総称して以下ピッチ異常と称する)。検出装置自体が正常な場合、つまり、変動理由が対象物の回転自体が変動する場合には、通常、その変動は不定期なものとなる。一方、検出装置自体に異常がある場合に起こる見かけ上の回転変動は、磁気ロータの回転に同期した変動となると考えられる。したがって、このような磁気ロータの回転に同期した定期的な回転変動が発生している場合には、対象物の回転変動ではなく、見かけ上だけの回転変動であり、検出装置自体の異常であると推定できる。
【0008】
この見かけの回転変動が定期的に発生している場合とは、磁気ロータが一回転する時間に相当する時間ごとに見かけの回転変動が発生している場合であることが好ましい。このような場合には、見かけの回転変動と磁気ロータの回転とが同期する。
【0009】
ここで、磁気ロータが1回転する時間に相当する期間内に、磁気ロータの見かけの回転速度変動が所定のしきい値以下の状態からこの所定のしきい値を超える状態が少なくとも1回以上発生する場合に、磁気ロータが1回転する時間に相当する時間ごとにこの変動が発生している場合であると判定するとよい。なお、ここでいう磁気ロータの見かけの回転速度変動とは、磁気ロータの見かけの回転速度の微分値であるとよい。このように、見かけの回転速度変動(見かけの回転速度の微分値、つまり、見かけの回転加速度)がしきい値以下の状態からしきい値以上へと急変する場合は、ピッチ異常の可能性が高い。
【0010】
磁気式回転検出装置は、車輪と同期して回転し、車輪速度を検出する車輪速度検出器であって、磁気ロータが1回転する時間に相当する期間は、車輪径と、推定された車体速度から演算されるとよい。これにより、磁気ロータが1回転する時間を容易かつ精度良く算出できる。
【0011】
車輪径と、推定された車体速度から求められる期間に1より大きい係数を乗じて磁気ロータが1回転する時間に相当する期間を求めるとよい。これにより、タイヤ径の変動や路面状態、車輪間の回転速度変動の誤差によらずに正確な測定が可能となる。
【0012】
この異常判定は、特定位置における回転速度変動が所定時間以上継続している場合に磁気ロータの異常と判定することが好ましい。このようにすると、ノイズが多いような場合や一時的な異物混入等の異常を磁気ロータの異常と判定することがなく、正確な測定が可能となる。
【0013】
この異常判定部は、上述の異常状態を磁気ロータのピッチ異常と推定するとよい。上述したように、ピッチ異常が見かけの回転変動の要因の一つと考えられ、この見かけの回転変動は磁気ロータの同一個所で定期的に発生するからである。
【0014】
本発明に係る車両制御装置は、本発明に係る磁気式回転検出装置を用いて車輪速度を検出する複数の車輪速度検出器と、これら車輪速度検出器で測定した車輪変動を基にして走行中の路面の悪路状態を判定する悪路判定手段、を備えており、異常判定部で磁気ロータの異常と判定された場合には、悪路判定手段は異常判定された磁気式回転検出装置により検出された車輪速度の反映度を下げて路面の悪路状態を判定するものである。
【0015】
あるいは、本発明に係る車両制御装置は、本発明に係る磁気式回転検出装置を用いてそれぞれの車輪速度を検出する複数の車輪速度検出器と、これら車輪速度検出器で測定した各車輪速度を基にして車速を推定する車速判定手段と、を備えており、異常判定部で磁気ロータの異常と判定された場合には、車速判定手段は、異常判定された磁気式回転検出装置により検出された車輪速度の反映度を下げて車速推定を行うものである。
【0016】
または、本発明に係る車両制御装置は、本発明に係る磁気式回転検出装置を用いた車輪速度検出器と、車輪速度検出器で測定した車輪速度に基づいて車両の挙動を制御する車両制御手段と、を備えており、異常判定部で磁気ロータの異常と判定された場合には、車両制御手段は、積極的な車両制御を抑制するものである。
【0017】
磁気ロータの異常が検出された場合、その磁気式回転検出装置によって測定した車輪速度は信頼性が低いと考えられる。このように信頼性が低いと考えられる検出結果を用いて、悪路判定・車速判定・車両制御を行うと、判定や制御の信頼性を維持できない可能性があることから、このような場合には、判定の前提から除外したり、積極的な制御を行わないことにより、誤判定、誤制御を防止する。
【0018】
なお、悪路判定、車速推定において、異常判定された磁気式回転検出装置の検出結果を除外して悪路判定、車速推定を行うようにしてもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【0020】
図1は、本発明に係る磁気式回転検出装置の概略図である。ここでは、磁気ロータ10についてはその一部のみを描いている。磁気ロータ10は円盤状であって、その外周に等間隔で磁石11が突出して配置されている。各磁石11の間には間隙12が形成される。ピックアップ(検出体)15は、この磁気ロータ10の外周に近接し、その回転運動に対して静止する位置に固定されている。このピックアップ15としては、周囲の磁束変化に応じて出力が変化する各種のセンサを用いることができ、例えば、電磁誘導現象を用いたセンサ、ホール効果を用いたセンサ、磁気抵抗効果を用いたセンサ等を好適に利用できる。このピックアップ15の出力は異常判定部17を経由して出力される。異常判定部17は、CPU、メモリ等からなり、ピックアップ15の出力の正当性を検証し、異常がある場合には、出力を停止、あるいは、異常を表す信号を付加して出力を行うものである。
【0021】
図2は、この磁気式回転検出装置を車輪速センサとして用いた本発明に係る車両挙動制御装置の構成を示すブロック図である。ここでは、簡略化のため、4つある車輪のうち1輪のみを示している。
【0022】
車輪20の回転軸にはブレーキディスク21が取り付けられており、同様に磁気ロータ10が配置される。ピックアップ15は、車輪20の回転軸と連結していない車体本体に配置されている。ブレーキディスク21には、これを挟み込んで制動力を付与するブレーキキャリバ22が配置されており、このブレーキキャリバ22を油圧で作動させるホイルシリンダ51が取り付けられている。
【0023】
各輪のホイルシリンダ51は、油圧を制御するアクチュエータ50に接続されており、アクチュエータ50は、マスタシリンダ52を経由してブレーキペダル53に接続されている。
【0024】
車両制御ECU3は、CPU、メモリ等からなり、ハード的あるいはソフト的に車両の制御を行うプログラムを格納している。車両制御ECU3内には、車輪速判定手段16が設けられ、ピックアップ15の出力を基にして各車輪の車輪速判定を行う車輪速判定部18と、前述の異常判定部17とを有している。車両制御ECU3にはさらに、車輪速判定手段16が判定した車輪速を基にして車両が走行している路面の状態を判定する悪路判定部32と、車両の移動速度、車速を判定する車速判定部33と、各検出結果を基にしてアクチュエータ50を制御することにより、各輪に付与する制動力を制御するブレーキ制御部31とを備えている。ブレーキ制御部31には警報ランプ4が接続されている。ここでは、車両制御ECU3内の車輪速判定手段16に前述の異常判定部17を内蔵している場合を説明したが、異常判定部17あるいは車輪速判定手段16全体を車両制御ECU3とは独立して設けてもよい。
【0025】
次に、この車両挙動制御装置の動作を、車輪速センサ、つまり本発明に係る磁気式回転検出装置の動作とあわせて説明する。図3は車輪速センサである磁気式回転検出装置の動作を示すフローチャートであり、図4は、車輪速センサの検出結果を受けた車両挙動制御装置の動作を示すフローチャートである。これらの処理は、車両のイグニッションキーがONにされてから、車両制御ECU3により所定のタイミングで定期的に実行される。
【0026】
まず、磁気式回転検出装置の動作から説明する。まず、車輪速判定手段16が検出体であるピックアップ15の出力を読み込む(ステップS1)。磁気ロータ10は、車輪20と同軸で固定されているため、車輪20の回転に同期して回転する。この回転に伴い、ピックアップ15位置を磁石11と間隙12が交互に通過することで、周期的に周囲の磁束が変化する。この磁束変化に応じてピックアップ15の出力は変化する。次に、異常判定部17は、この出力に定期的な変動が見られないかをチェックする(ステップS2)。具体的には、ピックアップ15の出力を基にして車輪速判定部18が算出した車輪速度の微分値(見かけの車輪加速度である)をしきい値(正の定数)と比較し、しきい値以下の状態からしきい値を超える状態への変動が1/T秒(車輪1回転に要する時間)に1回以上発生している場合に、定期的な変動ありと判定する。ここで、Tは、タイヤ径(半径)をr、推定車体速度(後述のステップS11で算出される。)をVso、判定係数をk(例えば、1.2に設定される。)とすると、T=k×2π×r×3600/Vsoで表せる。ここで、判定係数は、路面状態(スリップしている場合)やタイヤの状態により、実際に車輪1回転に要する時間が短くなる場合を考慮して設定される。これにより、車輪1回転ごと、より正確には、磁気ロータ10の1回転ごとに周期的に発生する磁気ロータ10の見かけの回転変動(見かけの回転速度の微分値に対応する)の有無を判定する。なお、低車速時は車輪回転数が低く、ピックアップ15の出力が安定していない場合がありうるので、このような場合、例えば、車速が10km/h未満の場合にはこの異常判定を行わないことが好ましい。
【0027】
定期的な変動があると判定した場合には、ステップS3に移行してカウンタCRf(n)の値を1加算して処理を終了する。ここで、カウンタCRf(n)はn=1〜4の値をとり、各車輪センサごとに設定されている値であって、この定期的な変動が連続的に検出されている異常状態と判定された場合にその継続時間(単位はタイムステップに相当する。)を示す値である。定期的な変動がないと判定した場合には、ステップS4に移行してこのカウンタCRf(n)の値を0にリセットして処理を終了する。
【0028】
このような車輪、すなわち、磁気ロータ10の1回転ごとに定期的な出力変動(見かけ上の車輪速度の変動)が起こる要因としては、磁石11の欠けやずれ、磁気ロータ10の真円性異常、偏心等によるピックアップ15に対する磁石11のピッチ異常が考えられる。ピックアップ15で検出している磁束変化は、ピックアップ15に対する磁石11のピッチに応じたものとなるので、このようなピッチ異常が存在している場合には、ピッチ異常がない正常な場合と異なるものとなり、この磁束変化を基に算出した磁気ロータ10の回転状態は、本来の磁気ロータ10の回転状態とは異なるものとなり、見かけ上だけの回転速度変動が発生する。したがって、このような定期的変動が検出された場合には、異常判定部16は、磁石11のピッチ異常であると推定し、カウンタCRf(n)を正の値に設定して、回転変動の誤検出を抑制する。
【0029】
次に、この車輪速センサの検出結果を受けた車両挙動制御装置の動作を説明する。最初に、CRf(n)=0、つまり、悪路判定部32と車速判定部33は、それぞれ定期的な回転変動が検出されていない車輪速センサの出力データのみを用いて悪路判定、車速判定を行う(ステップS11)。悪路判定は、例えば、車輪加速度の不定期な変動量(上述の定期的な変動を除く変動)に応じて路面の乱れの状態を推定するものである。車速判定は、平均の車輪速度から既知のタイヤ径を利用して換算することにより求められる。
【0030】
ステップS12では、カウンタ値CRf(n)の最大値がしきい値Th−CRf以上に達しているか否かを判定する。このしきい値は、車輪速度の定期的な回転変動を検出している時間が所定時間以上連続している場合に対応する値に設定されており、例えば、15秒継続している場合に相当する値に設定される。
【0031】
車輪速度の定期的な回転変動が所定時間以上継続していると判定された場合には、ステップS13に移行し、ABS(Antilock Braking System)制御の禁止フラグXABSとEBD(Electronic Brake−force Distribution)制御の禁止フラグXEBDにそれぞれ禁止状態を表す1を設定し、警報ランプ4を用いて運転者に車輪速度センサの異常を検出した旨を報知する警告処理を行う(ステップS14)。このとき、図示していない診断システムに異常検出結果を通知し、診断システム内に格納しておくと、修理・点検が容易となり好ましい。
【0032】
車輪速度の定期的な回転変動が所定時間以上継続している場合ではないと判定された場合には、ステップS15に移行し、ABS制御の禁止フラグXABSとEBD制御の禁止フラグXEBDにそれぞれ禁止解除状態を表す0を設定して処理を終了する。
【0033】
運転者がブレーキペダル53を操作すると、操作量に応じた油圧がマスタシリンダ52からアクチュエータ50に付与される。ブレーキ制御部31は、XABS、XEBDがそれぞれ0の場合に、ABS制御、EBD制御を行う。具体的には、制動操作時に車速、車輪速、路面状態を基にして各輪に付与する制動力を制御するEBD制御を行う。さらに、付与する制動力が大きい場合には、車輪のロックを防止して適切な制動力を各輪に付与するABS制御を実施する。
【0034】
本発明によれば、異常判定部17において車輪速センサ(磁気式回転検出装置)の異常と判定された場合には、異常と判定された車輪速センサの検出結果は悪路判定、車速判定の判定対象から除外されるので、誤差を有する車輪速センサの値を用いることなく正確な判定が可能となる。さらに、異常が継続している場合には、ABS制御、EBD制御等の車両挙動制御を禁止するため、誤差を有する車輪速センサの値を用いて車両の挙動を制御することがなくなり、誤制御を抑制する効果が得られる。
【0035】
ここでは、異常と判定された車輪速センサの検出結果を判定対象から除外する例を説明したが、異常と判定された車輪速センサの検出結果についても完全に判定から除外するのではなく、判定への寄与度を下げた形で判定に用いてもよい。この場合、正常と判定されている車輪速センサの検出結果の判定への寄与度が通常より高く設定されているので、異常と判定された車輪速センサの検出結果をそのまま用いる場合に比べて誤判定を抑制する効果が得られる。また、車両挙動制御についても、制御を完全に禁止してしまうのではなく、積極的な制御を抑制して緩やかな制御を行うようにしてもよい。このように緩やかな制御を行うようにすれば、誤制御を抑制しつつ、車両挙動の修正が可能となる。このとき、異常判定の継続時間(上述のカウンタCRf(n)値)に応じて制御を緩やかにしたり、所定の継続時間を超えたら制御を禁止するように設定してもよい。
【0036】
本発明に係る磁気式回転検出装置の磁気ロータ10の構成は図1の構成に限られるものではない。例えば、図5(a)に示されるように、歯車状の磁気ロータ10a本体の各歯13aの間に磁石11aを配置する構成や、図5(b)に示されるように、磁気ロータ10bの外周近傍に設けた溝14bのそれぞれに磁石11bを嵌め込んだ構成や、図5(c)に示されるように、磁気ロータ10cの外周近傍の側面に設けた溝14c内に磁極配置の異なる磁石11c1、11c2を交互に配置する構成としてもよい。いずれの場合においても、磁気ロータ10a〜10cの回転に伴って外周部で起こる磁束変化をピックアップ15で検出することにより、磁気ロータ10a〜10cの回転速度を検出することが可能である。また、磁気ロータ自体には磁石が配設されておらず、磁性体をギヤ状に構成し、ピックアップとともに磁石を配置して、ロータ通過時にピックアップ近傍に磁束変化を生成する構成であってもよい。
【0037】
以上の説明では本発明に係る磁気式回転検出装置を車輪速センサとして用いる場合を例に説明してきたが、本発明に係る磁気式回転検出装置は、車両搭載式あるいはそれ以外の内燃機関の回転数検出やその他の各種の回転検出用のセンサとしても用いることができる。また、車輪速センサとして用いる場合でも、磁気ロータと車輪が同軸に配置される必要はなく、車輪の回転数を減速あるいは増速して回転している軸上に磁気ロータを配置しても良い。この場合も、磁気ロータの1回転ごとに周期的に発生する見かけの回転変動を検出することが好ましい。これは、当然車輪の1回転に対応する周期とは異なる周期となる。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ピックアップの出力を監視して、磁気ロータの回転変動が定期的、1回転ごとに起こっている場合に、磁気ロータのピッチ異常と判定することにより、磁気ロータのピッチ異常を確実に判定でき、回転検出時の誤検出発生と、検出した回転数、速度等を基にした各種の判定における誤判定や車両制御における誤制御を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る磁気式回転検出装置の概略図である。
【図2】図1の磁気式回転検出装置を車輪速センサとして用いた本発明に係る車両制御装置の構成を示すブロック図である。
【図3】図1の磁気式回転検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図4】図2の車両制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図5】図1の磁気式回転検出装置の別の実施形態における磁気ロータの磁石配置を示す部分正面図である。
【符号の説明】
1…回転センサ(磁気式回転検出装置)、3…制御装置、4…警報ランプ、10…磁気ロータ(ロータ本体)、11…磁石、12…間隙、13…ローター歯、14…溝、15…ピックアップ(検出体)、16…車輪速判定手段、17…異常判定部、18…車輪速判定部、20…車輪、21…ディスクブレーキ、22…ブレーキキャリバ、31…ブレーキ制御部、32…悪路判定部、33…車速判定部、50…アクチュエータ、51…ホイルシリンダ、52…マスタシリンダ、53…ブレーキペダル、
Claims (13)
- 磁気ロータと、該磁気ロータの回転に伴う磁束変化を検出する検出体と、を備える磁気式回転検出装置において、
前記検出体の検出結果に基づく前記磁気ロータの見かけの回転速度変動を監視し、該変動が定期的に発生している場合に異常状態と判定する異常判定部をさらに備えている磁気式回転検出装置。 - 前記該変動が定期的に発生している場合とは、前記磁気ロータが1回転する時間に相当する時間ごとに該変動が発生している場合である請求項1記載の磁気式回転検出装置。
- 前記異常判定部は、前記磁気ロータが1回転する時間に相当する期間内に、前記磁気ロータの見かけの回転速度変動が所定のしきい値以下の状態から前記所定のしきい値を超える状態が少なくとも1回以上発生する場合に、前記磁気ロータが1回転する時間に相当する時間ごとに該変動が発生している場合であると判定する請求項2記載の磁気式回転検出装置。
- 前記所定のしきい値と比較する前記磁気ロータの見かけの回転速度変動とは、前記磁気ロータの見かけの回転速度の微分値である請求項3記載の磁気式回転検出装置。
- 前記磁気式回転検出装置は、車輪と同期して回転し、車輪速度を検出する車輪速度検出器であって、前記磁気ロータが1回転する時間に相当する期間は、車輪径と、推定された車体速度から演算される請求項3または4に記載の磁気式回転検出装置。
- 前記車輪径と、推定された車体速度から求められる期間に1より大きい係数を乗じて前記磁気ロータが1回転する時間に相当する期間を求める請求項5記載の磁気式回転検出装置。
- 前記異常判定部は、該変動が定期的に発生している状態が所定時間以上継続している場合に異常状態と判定する請求項1〜6のいずれかに記載の磁気式回転検出装置。
- 前記異常判定部は、前記異常状態を前記磁気ロータのピッチ異常と推定する請求項1〜7のいずれかに記載の磁気式回転検出装置。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の磁気式回転検出装置を用いて車輪速度を検出する複数の車輪速度検出器と、
前記車輪速度検出器で測定した各車輪速度を基にして走行中の路面の悪路状態を判定する悪路判定手段と、を備えており、
前記異常判定部で異常状態と判定された場合には、前記悪路判定手段は、異常判定された磁気式回転検出装置により検出された車輪速度の反映度を下げて悪路状態を判定する車両制御装置。 - 前記異常判定部で異常状態と判定された場合には、前記悪路判定手段は、異常判定された磁気式回転検出装置の検出結果を除外して悪路状態判定を行う請求項9記載の車両制御装置。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の磁気式回転検出装置を用いてそれぞれの車輪速度を検出する複数の車輪速度検出器と、
前記車輪速度検出器で測定した各車輪速度を基にして車速を推定する車速判定手段と、を備えており、
前記異常判定部で異常状態と判定された場合には、前記車速判定手段は、異常判定された磁気式回転検出装置により検出された車輪速度の反映度を下げて車速推定を行う車両制御装置。 - 前記異常判定部で異常状態と判定された場合には、前記車速判定手段は、異常判定された磁気式回転検出装置の検出結果を除外して車速推定を行う請求項11記載の車両制御装置。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の磁気式回転検出装置を用いた車輪速度検出器と、
前記車輪速度検出器で測定した車輪速度に基づいて車両の挙動を制御する車両制御手段と、を備えており、
前記異常判定部で異常状態と判定された場合には、前記車両制御手段は、積極的な車両制御を抑制する車両制御装置。
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