JP2005221466A - 回転位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 角度信号の不等周期部分を精度よく検出する。
【解決手段】 エッジ信号生成回路２９は、角度信号ＮＥのアップエッジを検出し、１周期おきにＨとなるエッジ信号ＳＥ１（＝ＳＥ４）とＳＥ２（＝ＳＥ３）を生成する。カウンタ３６は、アップダウン指令信号ＳＵＤがＬからＨに変化してエッジ信号ＳＥ２がＨになると、カウント値を０にリセットしてクロックＣＬＫをアップカウントし、角度信号ＮＥの１周期後にエッジ信号ＳＥ１がＨになるとダウンカウントに転じる。ラッチ回路３８は、この時のカウント値をラッチし（ＮＬ１）、演算回路４０は、ＮＬ１−（ＮＬ１×Ｋ）により判定値Ｐ１を演算する。比較回路４３は、カウント値Ｎ１が判定値Ｐ１よりも小さい時にＨレベルとなる検出信号ＳＣ１を出力する。カウンタ３７、ラッチ回路３９、演算回路４１、比較回路４４も同様に動作する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、対象物の回転に同期して生成される不等周期を含む角度信号に基づいて基準位置を検出する回転位置検出装置に関する。

この種の回転位置検出装置として、特許文献１および２に示されたものがある。この内燃機関用回転位置検出装置は、角度信号のパルス列における隣接するパルスの周期の比と所定の判定値Ｋとの比較に基づいて基準位置を検出するものであり、アップダウンカウンタとｆ／Ｋ分周回路とを備えて構成されている（図１０参照）。ここで、ｆ／Ｋ分周回路は、１／３分周クロックと１／２分周クロックとを組み合わせてダウンクロックを生成するようになっている。

この回転位置検出装置は、所定のクロックをアップカウントすることによりパルス列の周期を計測し、そのクロック数から上記ダウンクロックをダウンカウントしてボローが発生したことにより基準位置を検出する。この構成によれば、比較的低い周波数のクロックを用いた場合であっても、小数点を含む判定値Ｋを設定することができる。
特開平５−６６１０５号公報 特開平５−７１９０９号公報

図１０は、上記特許文献２と同様の回転位置検出装置の一構成例を示しており、図１１はその動作波形を示している。この回転位置検出装置１において、分周回路４は、回転センサ２から波形整形回路３を介して出力された角度信号ＮＥを１／２に分周し、アップダウン指令信号ＳＵＤ１、ＳＵＤ２を生成する。２つのアップダウンカウンタ５、６は、それぞれアップダウン指令信号ＳＵＤ１、ＳＵＤ２に従って、角度信号ＮＥの各周期ごとにアップカウントとダウンカウントを交互に繰り返す。

アップダウンカウンタ５、６は、カウント方向（アップ／ダウン）が互いに逆向きであって、クロック発生回路７からのアップクロックＣＬＫＵによりアップカウントし、１／Ｋ分周回路８からのダウンクロックＣＬＫＤによりダウンカウントする。アップダウンカウンタ５、６へのクロックの供給は、セレクタ９、１０が制御する。エッジ検出回路１１、１２がアップダウン指令信号ＳＵＤ１、ＳＵＤ２のアップエッジを検出すると、アップダウンカウンタ５、６のカウント値は０にリセットされる。

この構成によれば、回転センサ２が欠け歯部分（不等周期部分）を検出すると、アップダウンカウンタ５、６の何れか一方のカウント値が０となり、当該アップダウンカウンタ５または６がボロー信号つまり検出信号ＢＯを出力する。しかしながら、アップダウン指令信号ＳＵＤ１、ＳＵＤ２の変化時点におけるダウンクロックＣＬＫＤの変化状態は２通りあり得るため、アップカウントからダウンカウントに移行するタイミングにずれが生じ、その結果として検出信号ＢＯの出力タイミングにずれが生じる場合がある。

図１２は、アップダウン指令信号ＳＵＤ１の変化時点前後におけるアップクロックＣＬＫＵ、ダウンクロックＣＬＫＤ、アップダウンカウンタ５のカウント値および検出信号ＢＯを示している。この図１２において、（ａ）、（ｂ）は、アップダウン指令信号ＳＵＤ１の変化時点がそれぞれダウンクロックＣＬＫＤのダウンエッジ、アップエッジに対応する場合を示している。アップダウンカウンタ５は、ダウンクロックＣＬＫＤのアップエッジに同期してダウンカウントするため、（ａ）の場合と（ｂ）の場合とでは、検出信号ＢＯの出力タイミングがダウンクロックＣＬＫＤの半周期分だけずれてしまう。

しかも、ダウンクロックＣＬＫＤは、回転センサ２の欠け歯数に応じてアップクロックＣＬＫＵを１／Ｋ（Ｋ＞１）に分周して作られるクロックであるため、アップクロックＣＬＫＵよりも周波数が低くなり（つまり周期が大きくなり）、上記ダウンクロックＣＬＫＤの半周期のずれは、アップクロックＣＬＫＵの半周期に比べてＫ倍の大きさとなって現れる。検出信号ＢＯの出力タイミングのずれが大きいと、欠け歯部分を確実に検出するためにクロック周波数を高めることが必要となり、消費電流が増大するなどの新たな問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、角度信号の不等周期部分を精度よく検出することができる回転位置検出装置を提供することにある。

請求項１に記載した手段によれば、２つのカウント手段を備え、各カウント手段は、角度信号を１／２に分周したアップダウン指令信号に従って、クロックパルスを角度信号の１周期においてアップカウントし、その後に続く１周期においてダウンカウントする。この場合、一方のカウント手段がアップカウントしている期間では、他方のカウント手段はダウンカウントするようになっている。このような相補的な動作とすることにより、何れかのカウント手段がダウンカウントしている期間中に角度信号の不等周期が現れる。

第１のカウント手段は、アップダウン指令信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時にカウント値を初期値に設定してクロックパルスをアップカウントし、アップダウン指令信号が第２のレベルから第１のレベルに変化した時点以降、その変化時点のカウント値Ｎからクロックパルスをダウンカウントする。そして、第１の演算手段は、上記変化時点でのカウント値Ｎを得ると、Ｎ−（Ｎ×Ｋ）を演算して第１の判定値を得る。

判定係数Ｋは、角度信号の不等周期に応じて決められる１よりも大きい値であり、第１の判定値は上記初期値よりも小さくなる。第１の比較手段は、第１のカウント手段のカウント値と第１の判定値とを比較し、第１のカウント手段のカウント値が第１の判定値よりも小さくなった時に不等周期の検出信号を出力する。第２のカウント手段、演算手段、比較手段も同様に動作する。

本手段では、カウント手段のアップカウントおよびダウンカウントに同一のクロックパルスを使用するため、検出信号のずれは、クロックパルスとの同期化において高々クロックパルスの１周期内のずれに止まり、検出信号の出力タイミングの精度を高めることができる。また、本手段では、演算手段において乗算を含む演算が必要となるが、Ｋは１よりも大きいため、少なくとも上記カウント値Ｎが初期値までダウンカウントされる時間つまり角度信号の１周期程度の演算余裕時間がある。従って、演算手段はハードウェア、ソフトウェアの何れでも構成可能である。

請求項２に記載した手段は、２つのカウント手段を備え、両カウント手段は、角度信号を１／２に分周したアップダウン指令信号に従って、クロックパルスを互いに相補的な関係の下でアップカウントおよびダウンカウントする。そして、演算手段は、アップダウン指令信号の変化時点におけるカウント値Ｎに基づいて判定値を演算し、比較手段は、カウント手段のカウント値と判定値とを比較して不等周期の検出信号を出力する。本手段におけるこれらの技術的特長は、請求項２に記載した手段と共通している。

異なるのはその具体的な手段であって、第１の演算手段は、アップダウン指令信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時の第２のカウント手段のカウント値Ｎを得ると、Ｎ×Ｋを演算して第１の判定値を得る。また、第２の演算手段は、アップダウン指令信号が第２のレベルから第１のレベルに変化した時の第１のカウント手段のカウント値Ｎを得ると、Ｎ×Ｋを演算して第２の判定値を得る。そして、第１、第２の比較手段は、それぞれ第１、第２のカウント手段のカウント値が第１、第２の判定値よりも大きくなった時に不等周期の検出信号を出力する。つまり、互いに相手側のカウント手段のカウント値を用いて自らの判定値を演算し、カウント手段がアップカウントしている期間中に角度信号の不等周期を検出する。本手段によっても、請求項１に記載した手段と同様の効果が得られる。

請求項３に記載した手段によれば、アップダウン指令信号のレベルが変化して、カウント手段がアップカウントとからダウンカウントに転じる時に、そのカウント値Ｎが保持手段に保持される。

請求項４に記載した手段によれば、エッジ検出手段は、角度信号のアップエッジおよびダウンエッジのうち予め決められた一方のエッジをクロックパルスに同期して検出する。このエッジのうち、アップダウン指令信号が第１のレベルにある期間に検出されたエッジが第１のエッジ信号であって、アップダウン指令信号が第２のレベルから第１のレベルに変化した時点に対応する。また、アップダウン指令信号が第２のレベルにある期間に検出されたエッジが第２のエッジ信号であって、アップダウン指令信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時点に対応する。

請求項５に記載した手段は、１つのカウント手段を備え、このカウント手段は、角度信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時に、カウント値を初期化してクロックパルスをアップカウントし、演算手段は、角度信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時の初期化前のカウント値Ｎに判定係数Ｋを乗算して判定値を得る。そして、比較手段は、カウント値と判定値とを比較し、カウント手段のカウント値が判定値よりも大きくなった時に不等周期の検出信号を出力する。

本手段も、１種類のクロックパルスのみを使用し、そのカウント値に判定係数Ｋを乗算して判定値を得る点において、請求項１、２記載の手段と共通する。従って、クロックパルスとの同期化において高々クロックパルスの１周期内のずれに止まり、検出信号の出力タイミングの精度を高めることができる。また、演算手段において乗算を含む演算が必要となるが、Ｋは１よりも大きいため、少なくとも一旦初期化されたカウント値がＮにまでアップカウントされる時間つまり角度信号の１周期程度の演算余裕時間がある。従って、演算手段はハードウェア、ソフトウェアの何れでも構成可能である。

請求項６に記載した手段によれば、角度信号が第１のレベルから第２のレベルに変化してカウント値Ｎが初期化される時に、そのカウント値Ｎが保持手段に保持される。
請求項７に記載した手段によれば、演算手段が判定値を得るための演算を行っている期間、ゲート手段が比較手段から出力される検出信号を無効化するので、たとえ演算手段から演算途中の不定値が出力されても、それに伴って誤った検出信号が出力されることがなくなる。
請求項８に記載した手段によれば、内燃機関の回転位置を精度よく検出することができる。

（第１の実施形態）
以下、内燃機関のクランク角度を検出する回転位置検出装置の第１の実施形態について図１ないし図３を参照しながら説明する。
図１は、回転位置検出装置の電気的構成を示している。この回転位置検出装置２１は、角度信号発生部２２から出力される角度信号ＮＥについて、基準位置（後述の欠歯部分２４ｂ）を検出する装置である。

角度信号発生部２２（角度信号発生手段に相当）は、内燃機関のクランク軸またはカム軸２３（対象物に相当）の回転位置に応じた信号を出力するようになっている。クランク軸またはカム軸２３に取り付けられたロータ２４の外周部には、例えば１０°ＣＡで等間隔に設けられる３６個の歯２４ａのうち、基準位置として２個の歯を欠落させた欠歯部分２４ｂ（不等周期部分）が形成されている。ロータ２４の外周部の歯２４ａに対向した位置には、電磁ピックアップ、ホールセンサ、光センサなどから構成される回転センサ２５が設けられており、その回転センサ２５の出力信号は、波形整形回路２６を通過することにより矩形波に波形整形されて角度信号ＮＥとなる。

分周回路２７（アップダウン指令手段に相当）は、／Ｑ出力端子とＤ入力端子とが接続されたＤフリップフロップから構成されており、角度信号ＮＥを１／２に分周したアップダウン指令信号ＳＵＤを出力するようになっている。アップダウン指令信号ＳＵＤのＬレベル、Ｈレベルは、それぞれ本発明でいう第１のレベル、第２のレベルに相当する。クロック発生回路２８（クロックパルス生成手段に相当）は、一定周波数つまり一定周期のクロックＣＬＫを出力するようになっている。

エッジ信号生成回路２９（エッジ検出手段に相当）は、角度信号ＮＥの各アップエッジを検出し、その検出したエッジのうち所定のエッジから構成されるエッジ信号ＳＥ１〜ＳＥ４を生成する回路である。このエッジ信号生成回路２９内のエッジ検出回路３０は、クロックＣＬＫに同期して角度信号ＮＥのアップエッジを検出し、その検出時に一時的にＨレベルとなるエッジ信号ＳＥＧ０を出力するようになっている。

ＡＮＤゲート３１は、アップダウン指令信号ＳＵＤの反転信号とエッジ信号ＳＥＧ０とを入力し、それらの論理積であるエッジ信号ＳＥ１を出力するようになっている。このエッジ信号ＳＥ１（第１のエッジ信号に相当）は、後述するラッチ回路３８に対するラッチ指令信号となる。また、ＡＮＤゲート３２は、アップダウン指令信号ＳＵＤとエッジ信号ＳＥＧ０とを入力し、それらの論理積であるエッジ信号ＳＥ２（第２のエッジ信号に相当）を出力するようになっている。このエッジ信号ＳＥ２は、後述するカウンタ３６に対するリセット信号（初期化信号）となる。

ＡＮＤゲート３３は、アップダウン指令信号ＳＵＤとエッジ信号ＳＥＧ０とを入力し、それらの論理積であるエッジ信号ＳＥ３（第２のエッジ信号に相当）を出力するようになっている。このエッジ信号ＳＥ３は、後述するラッチ回路３９に対するラッチ指令信号となる。また、ＡＮＤゲート３４は、アップダウン指令信号ＳＵＤをインバータ３５により反転した信号とエッジ信号ＳＥＧ０とを入力し、それらの論理積であるエッジ信号ＳＥ４（第１のエッジ信号に相当）を出力するようになっている。このエッジ信号ＳＥ４は、後述するカウンタ３７に対するリセット信号（初期化信号）となる。

このように、エッジ信号ＳＥ１とＳＥ４およびエッジ信号ＳＥ２とＳＥ３は、それぞれ同一信号である。エッジ信号ＳＥ１とＳＥ４は、アップダウン指令信号ＳＵＤがＨレベルからＬレベルに変化した時に対応してＨレベルとなり、エッジ信号ＳＥ２とＳＥ３は、アップダウン指令信号ＳＵＤがＬレベルからＨレベルに変化した時に対応してＨレベルとなる。

カウンタ３６、３７（第１、第２のカウント手段に相当）は、アップダウン指令端子Ｕ／ＤＢがＬレベルの時に、クロック端子ＣＫに入力されるクロックＣＬＫをダウンカウントし、アップダウン指令端子Ｕ／ＤＢがＨレベルの時に、クロック端子ＣＫに入力されるクロックＣＬＫをアップカウントするようになっている。カウンタ３６、３７のアップダウン指令端子Ｕ／ＤＢには、それぞれアップダウン指令信号ＳＵＤ、アップダウン指令信号ＳＵＤの反転信号が入力されているため、カウンタ３６と３７とは、常にアップダウンのカウント方向が逆になる。上述したように、カウンタ３６、３７は、それぞれエッジ信号ＳＥ１、ＳＥ４によりカウント値が初期値０にリセット（初期化）されるようになっている。

ラッチ回路３８、３９（第１、第２の保持手段に相当）は、それぞれカウンタ３６、３７から逐次出力されるカウント値を、エッジ信号ＳＥ１、ＳＥ３がＨレベルとなったタイミングでラッチするようになっている。
演算回路４０（第１の演算手段に相当）は、エッジ信号ＳＥ１がＨレベルになると、ラッチ回路３８からラッチ後のカウント値ＮＬ１を入力し、定数保持回路４２から入力した判定係数Ｋを用いて、判定値Ｐ１＝ＮＬ１−（ＮＬ１×Ｋ）を演算するようになっている。同様に、演算回路４１（第２の演算手段に相当）は、エッジ信号ＳＥ３がＨレベルになると、ラッチ回路３９からラッチ後のカウント値ＮＬ２を入力し、定数保持回路４２から入力した判定係数Ｋを用いて、判定値Ｐ２＝ＮＬ２−（ＮＬ２×Ｋ）を演算するようになっている。

これら演算回路４０、４１は、クロックＣＬＫに同期して動作する論理回路により構成されており、定数保持回路４２は、レジスタやメモリなどから構成されている。また、演算回路４０は、エッジ信号ＳＥ１がＨレベルに変化した時点から判定値Ｐ１の演算が終了するまでの期間だけＬレベルとなるマスク信号ＳＭ１を出力し、演算回路４１は、エッジ信号ＳＥ３がＨレベルに変化した時点から判定値Ｐ２の演算が終了するまでの期間だけＬレベルとなるマスク信号ＳＭ２を出力するようになっている。

比較回路４３（第１の比較手段に相当）は、カウンタ３６から逐次出力されるカウント値Ｎ１と演算回路４０から出力される判定値Ｐ１とを比較し、カウント値Ｎ１が判定値Ｐ１よりも小さい時にＨレベルとなる検出信号ＳＣ１を出力するようになっている。同様に、比較回路４４（第２の比較手段に相当）は、カウンタ３７から逐次出力されるカウント値Ｎ２と演算回路４１から出力される判定値Ｐ２とを比較し、カウント値Ｎ２が判定値Ｐ２よりも小さい時にＨレベルとなる検出信号ＳＣ２を出力するようになっている。

ＡＮＤゲート４５（ゲート手段に相当）は、検出信号ＳＣ１とマスク信号ＳＭ１とを入力してマスクされた検出信号ＳＣ１ｍを出力し、ＡＮＤゲート４６（ゲート手段に相当）は、検出信号ＳＣ２とマスク信号ＳＭ２とを入力してマスクされた検出信号ＳＣ２ｍを出力するようになっている。ＯＲゲート４７は、これら検出信号ＳＣ１ｍとＳＣ２ｍを入力し、欠歯部分２４ｂの検出信号ＳＣを出力するようになっている。

次に、本実施形態の作用について図２および図３も参照しながら説明する。
図２は、各信号の波形を示している。各信号は、上から順に（ａ）角度信号ＮＥ、（ｂ）アップダウン指令信号ＳＵＤ、（ｃ）エッジ信号ＳＥＧ０、（ｄ）エッジ信号ＳＥ１、（ｅ）エッジ信号ＳＥ２、（ｆ）カウント値Ｎ１（実線）と判定値Ｐ１（一点差線）、（ｇ）マスク信号ＳＭ１、（ｈ）判定値Ｐ１、（ｉ）検出信号ＳＣ１ｍ、（ｊ）アップダウン指令信号ＳＵＤの反転信号、（ｋ）エッジ信号ＳＥＧ０、（ｌ）エッジ信号ＳＥ３、（ｍ）エッジ信号ＳＥ４、（ｎ）カウント値Ｎ２（実線）と判定値Ｐ２（一点差線）、（ｏ）マスク信号ＳＭ２、（ｐ）判定値Ｐ２、（ｑ）検出信号ＳＣ２ｍ、（ｒ）検出信号ＳＣを表している。

内燃機関のクランク軸またはカム軸２３の回転に伴ってロータ２４が回転すると、ロータ２４の近傍に取り付けられた回転センサ２５には、ロータ２４の外周部に設けられた歯２４ａに応じて変化する信号が発生する。この信号は、波形整形回路２６によって矩形波状の角度信号ＮＥとなる。角度信号ＮＥは、分周回路２７により１／２に分周されて、角度信号ＮＥのアップエッジに合わせてレベルが変化するアップダウン指令信号ＳＵＤが作られる。

カウンタ３６、ラッチ回路３８、演算回路４０、比較回路４３に着目して説明すると、図２の時刻ｔ１で角度信号ＮＥにアップエッジが現れた時、エッジ信号ＳＥ２がＨレベルとなり、カウンタ３６のカウント値Ｎ１が０にリセットされる。その時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間（角度信号ＮＥの１周期）では、アップダウン指令信号ＳＵＤがＨレベルであるため、カウンタ３６はクロックＣＬＫをアップカウントする。

時刻ｔ３で角度信号ＮＥに次のアップエッジが現れると、エッジ信号ＳＥ１がＨレベルとなり、その時のカウンタ３６のカウント値Ｎ１がラッチ回路３８にラッチされる。そして、その時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間（角度信号ＮＥの１周期）では、アップダウン指令信号ＳＵＤがＬレベルであるため、カウンタ３６は、上記ラッチした時のカウント値Ｎ１（＝ＮＬ１）からクロックＣＬＫをダウンカウントする。

演算回路４０は、エッジ信号ＳＥ１がＨレベルになったことに応じて、ラッチ回路３８から上記ラッチしたカウント値ＮＬ１を入力し、ＮＬ１−（ＮＬ１×Ｋ）で定まる判定値Ｐ１を演算する。この演算には若干の時間を要し、演算開始時刻ｔ３からΔｔだけ経過した時刻ｔ４において演算が終了する。図２において、カウント値Ｎ１（実線）から判定値Ｐ１（一点差線）に斜めに延びる矢印は、両者間に演算関係が存在することを示している。演算回路４０は、演算が終了するまでは前回演算した判定値Ｐ１を出力しており、演算終了と同時に新たな判定値Ｐ１を出力する。

比較回路４３は、常時、カウント値Ｎ１と判定値Ｐ１とを比較しており、カウント値Ｎ１が判定値Ｐ１よりも小さい時に検出信号ＳＣ１を出力する。そして、上記演算中に誤って検出信号ＳＣが出力されないように、マスク信号ＳＭ１を用いてマスク処理を行っている。本実施形態のように欠歯数が２の場合、判定係数Ｋは例えば２．０に設定されている。この場合、演算された判定値Ｐ１は−ＮＬ１となり、クランク軸またはカム軸２３の回転速度が急激に低下しても欠歯のない部分についてＮ１≦Ｐ１となることはない。そして、一定回転速度の場合には、例えば図２の時刻ｔ５に示されるように、カウント値Ｎ１が０にまでダウンカウントされたところでエッジ信号ＳＥ２がＨレベルとなり、カウンタ３６はカウント値０から再びアップカウントを開始する。

これに対し、欠歯部分では、カウンタ３６がダウンカウントに転じた後（時刻ｔ７）、エッジ信号ＳＥ２にＨレベルパルスが発生しないため（時刻ｔ９、ｔ１０参照）、カウンタ３６は、次にエッジ信号ＳＥ２がＨレベルとなる時（時刻ｔ１１）までダウンカウントし続ける。その結果、途中の時刻ｔ１０において、カウント値Ｎ１が判定値Ｐ１よりも小さくなり、検出信号ＳＣ１がＨレベル（欠歯検出）となる。

以上の動作は、カウンタ３７、ラッチ回路３９、演算回路４１、比較回路４４についても同様となる。ここで、カウンタ、ラッチ回路、演算回路および比較回路を２組設けたのは、欠歯の発生時にアップカウント中のカウンタ（図２の場合にはカウンタ３７）つまり周期測定中のカウンタは、欠歯を検出できないからである。そこで、２つのカウンタ３６、３７を相補的に動作させることが必要となる。

図３は、より長い時間について見たときの波形図であり、上から順に（ａ）角度信号ＮＥ、（ｂ）カウント値Ｎ１（実線）と判定値Ｐ１（一点差線）、（ｃ）カウント値Ｎ２（実線）と判定値Ｐ２（一点差線）、（ｄ）検出信号ＳＣを示している。この図３は、図２と同様に判定係数Ｋが２．０の場合であって、図中Ａ部は欠歯数が１．５の場合を示し、Ｂ部は欠歯数が２の場合を示している。この図３から分かるように、判定係数Ｋを２．０に設定すると、一定回転速度の場合に欠歯数が１．０を超えると検出信号ＳＣがＨレベルとなって欠歯が検出される。判定係数Ｋは、欠歯数およびクランク軸またはカム軸２３の速度変動に基づいて決定される。

以上説明した本実施形態によれば、カウンタ３６、３７は、アップカウントする時とダウンカウントする時とで同一のクロックＣＬＫを使用している。このため、従来技術とは異なり、アップカウントからダウンカウントに転じる時のタイミングのずれ（遅れ）は発生せず、本実施形態で生じるタイミングのずれは、エッジ信号生成回路２９においてクロックＣＬＫに同期させてエッジ信号ＳＥ１〜ＳＥ４を生成する際に生じるクロックＣＬＫの１周期内のずれに止まる。従って、検出信号ＳＣの出力タイミングの精度を高めることができ、内燃機関のクランク軸またはカム軸２３の回転変動に対してのマージンを確実に確保することができるようになる。

本実施形態では、ラッチしたカウント値ＮＬ１、ＮＬ２と判定係数Ｋとから判定値Ｐ１、Ｐ２を求める演算が必要となるが、判定係数Ｋは１よりも大きく設定されるため、少なくともカウント値Ｎ１、Ｎ２がそれぞれ上記カウント値ＮＬ１、ＮＬ２から０にまでダウンカウントされる時間つまり角度信号ＮＥの１周期程度の演算余裕時間を確保することができる。さらに、演算中はマスク信号ＳＭ１、ＳＭ２を用いて検出信号の出力をマスクしているため、誤検出をより確実に防止することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図４ないし図６を参照しながら説明する。
図４は、回転位置検出装置の電気的構成を示すもので、図１と同一構成部分には同一符号を付している。
この図４に示す回転位置検出装置４８は、図１に示す演算回路４０、４１に替えて演算回路５０、４９を備えている。演算回路４９（第１の演算手段に相当）は、エッジ信号ＳＥ３がＨレベルになると、ラッチ回路３９からラッチ後のカウント値ＮＬ２を入力し、定数保持回路４２から入力した判定係数Ｋを用いて、判定値Ｐ１＝ＮＬ２×Ｋを演算するようになっている。

同様に、演算回路５０（第２の演算手段に相当）は、エッジ信号ＳＥ１がＨレベルになると、ラッチ回路３８からラッチ後のカウント値ＮＬ１を入力し、定数保持回路４２から入力した判定係数Ｋを用いて、判定値Ｐ２＝ＮＬ１×Ｋを演算するようになっている。これら演算回路４９、５０は、クロックＣＬＫに同期して動作する論理回路により構成されており、演算中はそれぞれマスク信号ＳＭ１、ＳＭ２を出力するようになっている。

また、回転位置検出装置４８は、図１に示す比較回路４３、４４に替えて比較回路５１、５２を備えている。比較回路５１は、カウンタ３６から逐次出力されるカウント値Ｎ１と演算回路４９から出力される判定値Ｐ１とを比較し、カウント値Ｎ１が判定値Ｐ１よりも大きい時に検出信号ＳＣ１を出力するようになっている。同様に、比較回路５２は、カウンタ３７から逐次出力されるカウント値Ｎ２と演算回路５０から出力される判定値Ｐ２とを比較し、カウント値Ｎ２が判定値Ｐ２よりも大きい時に検出信号ＳＣ２を出力するようになっている。

ＡＮＤゲート４５は、検出信号ＳＣ１とマスク信号ＳＭ１とを入力してマスク処理された検出信号ＳＣ１ｍを出力し、ＡＮＤゲート４６は、検出信号ＳＣ２とマスク信号ＳＭ２とを入力してマスク処理された検出信号ＳＣ２ｍを出力するようになっている。ＯＲゲート４７は、これら検出信号ＳＣ１ｍとＳＣ２ｍを入力し、欠歯部分２４ｂの検出信号ＳＣを出力するようになっている。

図５は、図２に示した信号と同一種類の信号についての波形を示している。角度信号ＮＥからカウント値Ｎ１、Ｎ２に至るまでの各信号波形は図２と同じであるが、演算回路４９、５０の演算内容および比較回路５１、５２の比較内容が異なっている。
演算回路５０は、例えば時刻ｔ２３においてエッジ信号ＳＥ１がＨレベルになったことに応じて、ラッチ回路３８からラッチしたカウント値ＮＬ１を入力し、ＮＬ１×Ｋで定まる判定値Ｐ２を演算する。この演算には若干の時間を要し、演算開始時刻ｔ２３からΔｔだけ経過した時刻ｔ２４において演算が終了する。同様に、演算回路４９は、例えば時刻ｔ２５においてエッジ信号ＳＥ３がＨレベルになったことに応じて、ラッチ回路３９からラッチしたカウント値ＮＬ２を入力し、ＮＬ２×Ｋで定まる判定値Ｐ１を演算する。この演算は、演算開始時刻ｔ２５からΔｔだけ経過した時刻ｔ２６において終了する。

演算回路４９、５０は、それぞれ演算が終了するまでは前回演算した判定値Ｐ１、Ｐ２を出力しており、演算終了と同時に新たな判定値Ｐ１、Ｐ２を出力する。図５において、カウント値Ｎ１（実線）から判定値Ｐ２（一点差線）に斜めに延びる矢印、およびカウント値Ｎ２（実線）から判定値Ｐ１（一点差線）に斜めに延びる矢印は、両者間に演算関係が存在することを示している。

比較回路５１は、常時、カウント値Ｎ１と判定値Ｐ１とを比較しており、カウント値Ｎ１が判定値Ｐ１よりも大きい時に検出信号ＳＣ１を出力する。本実施形態のように欠歯数が２の場合、第１の実施形態と同様に判定係数Ｋは例えば２．０に設定されている。この場合、演算された判定値Ｐ１、Ｐ２はそれぞれ２×ＮＬ２、２×ＮＬ１となり、クランク軸またはカム軸２３の回転速度が急激に低下しても欠歯のない部分についてＮ１≧Ｐ１、Ｎ２≧Ｐ２となることはない。一定回転速度の場合には、例えば図４の時刻ｔ２３、ｔ２５に示されるように、カウント値Ｎ１、Ｎ２がそれぞれＮＬ１、ＮＬ２までアップカウントされたところでダウンカウントに転じる。

これに対し、欠歯部分では、カウンタ３７がリセットされてアップカウントに転じた後（時刻ｔ２７）、エッジ信号ＳＥ３にＨレベルパルスが発生しないため（時刻ｔ２９、ｔ３０参照）、カウンタ３７は、次にエッジ信号ＳＥ３がＨレベルとなる時（時刻ｔ３１）までアップカウントし続ける。その結果、途中の時刻ｔ３０において、カウント値Ｎ２が判定値Ｐ２よりも大きくなり、検出信号ＳＣ２がＨレベル（欠歯検出）となる。

図６は、より長い時間について見たときの波形図であり、図３に示した信号と同一種類の信号についての波形を示している。この図６は、図５と同様に判定係数Ｋが２．０の場合であって、図中Ａ部は欠歯数が１．５の場合を示し、Ｂ部は欠歯数が２の場合を示している。この図６から分かるように、判定係数Ｋを２．０に設定すると、一定回転速度の場合に欠歯数が１．０を超えると検出信号ＳＣがＨレベルとなって欠歯が検出される。

以上説明した本実施形態の回転位置検出装置４８は、カウンタ３６、３７のアップカウントに対する判定値Ｐ１、Ｐ２を演算し比較する点において、ダウンカウントに対する判定値Ｐ１、Ｐ２を演算し比較する回転位置検出装置２１と異なっているが、その基本的な動作原理は共通している。従って、本実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図７ないし図９を参照しながら説明する。
図７は、回転位置検出装置の電気的構成を示すもので、図１、図４と同一構成部分には同一符号を付している。この図７に示す回転位置検出装置５３は、２つのアップダウンカウンタ３６、３７を用いた回転位置検出装置２１、４８とは異なり、１つのアップカウンタ５５を用いて基準位置（欠歯部分２４ｂ）を検出することができる。

図７において、エッジ検出回路５４（エッジ検出手段）は、クロックＣＬＫに同期して角度信号ＮＥの各アップエッジを検出し、検出時に一時的にＨレベルとなるエッジ信号ＳＥＧ０を出力するようになっている。このエッジ信号ＳＥＧ０は、ラッチ回路３８に対するラッチ指令信号および演算回路５０に対する演算開始指令信号となる。また、エッジ検出回路５４は、このエッジ信号ＳＥＧ０に対し僅かに遅れたタイミングでＨレベルとなるエッジ信号ＳＥＧ１を出力するようになっている。このエッジ信号ＳＥＧ１は、後述するカウンタ５５に対するリセット信号（初期化信号）となる。エッジ信号ＳＥＧ０とＳＥＧ１との時間差は、ラッチ回路３８がカウント値をラッチ完了するのに要する時間以上であって且つ極力短く設定されている。

カウンタ５５（カウント手段に相当）は、クロック端子ＣＫに入力されるクロックＣＬＫをアップカウントするＮビットカウンタである。ラッチ回路３８（保持手段に相当）は、カウンタ５５から逐次出力されるカウント値を、エッジ信号ＳＥＧ０を用いてラッチするようになっている。演算回路５０（演算手段に相当）は、エッジ信号ＳＥＧ０がＨレベルになると、ラッチ回路３８からラッチ後のカウント値ＮＬを入力し、定数保持回路４２から入力した判定係数Ｋを用いて、判定値Ｐ＝ＮＬ×Ｋを演算するようになっている。演算回路５０は、クロックＣＬＫに同期して動作する論理回路により構成されており、演算中はマスク信号ＳＭ１を出力するようになっている。

比較回路５１（比較手段に相当）は、カウンタ５５から逐次出力されるカウント値Ｎと演算回路５０から出力される判定値Ｐとを比較し、カウント値Ｎが判定値Ｐよりも大きい時に検出信号ＳＣ１を出力するようになっている。また、ＡＮＤゲート４５は、検出信号ＳＣ１とマスク信号ＳＭ１とを入力してマスク処理された検出信号ＳＣを出力するようになっている。

図８は、各信号の波形を示している。各信号は、上から順に（ａ）角度信号ＮＥ、（ｂ）エッジ信号ＳＥＧ０、（ｃ）エッジ信号ＳＥＧ１、（ｄ）カウント値Ｎ（実線）と判定値Ｐ（一点差線）、（ｅ）マスク信号ＳＭ１、（ｆ）判定値Ｐ、（ｇ）検出信号ＳＣを表している。例えば、時刻ｔ４１で角度信号ＮＥにアップエッジが現れると、エッジ信号ＳＥＧ０がＨレベルとなり、その時のカウンタ５５のカウント値Ｎがラッチ回路３８にラッチされる。ラッチが完了すると直ちにエッジ信号ＳＥＧ１がＨレベルとなり、カウンタ５５のカウント値Ｎが初期値０にリセット（初期化）される。

演算回路５０は、エッジ信号ＳＥＧ０がＨレベルになったことに応じて、ラッチ回路３８から上記ラッチしたカウント値ＮＬを入力し、ＮＬ×Ｋで定まる判定値Ｐを演算する。この演算には若干の時間を要し、演算開始時刻ｔ４１からΔｔだけ経過した時刻ｔ４２において演算が終了する。図８において、カウント値Ｎ（実線）から判定値Ｐ（一点差線）に斜めに延びる矢印は、両者間に演算関係が存在することを示している。演算回路５０は、演算が終了するまでは前回演算した判定値Ｐを出力しており、演算終了と同時に新たな判定値Ｐを出力する。

比較回路５１は、常時、カウント値Ｎと判定値Ｐとを比較しており、カウント値Ｎが判定値Ｐよりも大きい時に検出信号ＳＣを出力する。本実施形態のように欠歯数が２の場合、第１、第２の実施形態と同様に判定係数Ｋは例えば２．０に設定されている。この場合、演算された判定値Ｐは２×ＮＬとなり、クランク軸またはカム軸２３の回転速度が急激に低下しても欠歯のない部分についてＮ≧Ｐとなることはない。一定回転速度の場合には、例えば図８の時刻ｔ４３、ｔ４５に示されるように、カウント値ＮがＮＬとなったところでエッジ信号ＳＥＧ１がＨレベルとなり、カウンタ５５はリセットされてカウント値０から再びアップカウントを開始する。

これに対し、欠歯部分では、カウンタ５５がリセットされた後（時刻ｔ４７）、エッジ信号ＳＥＧ１にＨレベルパルスが発生しないため（時刻ｔ４９、ｔ５０参照）、カウンタ５５は、次にエッジ信号ＳＥＧ１がＨレベルとなる時（時刻ｔ５１）までアップカウントし続ける。その結果、途中の時刻ｔ５０において、カウント値Ｎが判定値Ｐよりも大きくなり、検出信号ＳＣがＨレベル（欠歯検出）となる。

図９は、より長い時間について見たときの波形図であり、上から順に（ａ）角度信号ＮＥ、（ｂ）カウント値Ｎ（実線）と判定値Ｐ（一点差線）、（ｃ）検出信号ＳＣを示している。この図９は、図８と同様に判定係数Ｋが２．０の場合であって、図中Ａ部は欠歯数が１．５の場合を示し、Ｂ部は欠歯数が２の場合を示している。この図９から分かるように、判定係数Ｋを２．０に設定すると、一定回転速度の場合に欠歯数が１．０を超えると検出信号ＳＣがＨレベルとなって欠歯が検出される。

以上説明した本実施形態の回転位置検出装置５３は、角度信号ＮＥの各周期をカウンタにより計測し、ラッチしたカウント値ＮＬと判定係数Ｋとから判定値Ｐを演算し、カウント値Ｎと判定値Ｐとを比較することにより検出信号ＳＣを得る点において、既述した回転位置検出装置２１、４８と共通する技術的特徴を備えている。

本実施形態で生じるタイミングのずれは、エッジ検出回路５４においてクロックＣＬＫに同期させてエッジ信号ＳＥＧ０、ＳＥＧ１を生成する際に生じるクロックＣＬＫの１周期内のずれに止まる。また、エッジ信号ＳＥＧ１を用いたカウンタ５５のリセットは、角度信号ＮＥのエッジ（エッジ信号ＳＥＧ０）に対し、ラッチ回路３８の最小ホールド時間程度遅れるだけである。従って、検出信号ＳＣの出力タイミングの精度を高めることができ、内燃機関のクランク軸またはカム軸２３の回転変動に対してのマージンを確実に確保することができるようになる。

本実施形態では、ラッチしたカウント値ＮＬと判定係数Ｋとから判定値Ｐを求める演算が必要となるが、判定係数Ｋは１よりも大きく設定されるため、少なくともカウント値Ｎが０から上記カウント値ＮＬにまでアップカウントされる時間つまり角度信号ＮＥの１周期程度の演算余裕時間がある。さらに、演算中はマスク信号ＳＭを用いて検出信号ＳＣの出力をマスクしているため、誤検出をより確実に防止することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
欠歯数が２の場合において、判定係数Ｋは２．０に限られない。
エッジ信号ＳＥ１とＳＥ４およびエッジ信号ＳＥ２とＳＥ３はそれぞれ同一信号であるため、ＡＮＤゲート３３、３４を省略することができる。
誤検出の虞がない場合には、ＡＮＤゲート４５、４６を省略してもよい。
演算回路４０、４１、４９、５０がラッチ機能を有する場合には、ラッチ回路３８、３９を省略することができる。

本発明の第１の実施形態である回転位置検出装置の電気的構成を示す図 各信号の波形を示す図 より長い時間について主要信号の波形を示す図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 図２相当図 図３相当図 本発明の第３の実施形態を示す図１相当図 図２相当図 図３相当図 従来技術を示す図１相当図 図２相当図 アップダウン指令信号の変化時点前後における詳細波形図

符号の説明

２１、４８、５３は回転位置検出装置、２２は角度信号発生部（角度信号発生手段）、２７は分周回路（アップダウン指令手段）、２８はクロック発生回路（クロックパルス生成手段）、２９はエッジ信号生成回路（エッジ検出手段）、３６はカウンタ（第１のカウント手段）、３７はカウンタ（第２のカウント手段）、３８はラッチ回路（第１の保持手段）、３９はラッチ回路（第２の保持手段）、４０、４９は演算回路（第１の演算手段）、４１、５０は演算回路（第２の演算手段）、４３、５１は比較回路（第１の比較手段）、４４、５２は比較回路（第２の比較手段）、４５、４６はＡＮＤゲート（ゲート手段）、５５はカウンタ（カウント手段）である。

Claims (8)

1. 対象物の回転に同期して生成され定速回転の下で等周期となるパルス列であって前記対象物の基準位置に対応する部分が不等周期となっている角度信号を発生する角度信号発生手段と、
   一定周期のクロックパルスを生成するクロックパルス生成手段と、
   前記角度信号を１／２に分周したアップダウン指令信号を出力するアップダウン指令手段と、
   前記アップダウン指令信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時にカウント値を初期化して前記クロックパルスをアップカウントし、その後前記アップダウン指令信号が第２のレベルから第１のレベルに変化した時から前記クロックパルスをダウンカウントする第１のカウント手段と、
   前記アップダウン指令信号が第２のレベルから第１のレベルに変化した時にカウント値を初期化して前記クロックパルスをアップカウントし、その後前記アップダウン指令信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時から前記クロックパルスをダウンカウントする第２のカウント手段と、
   前記アップダウン指令信号が第２のレベルから第１のレベルに変化した時の前記第１のカウント手段のカウント値から、当該カウント値に前記角度信号の不等周期に応じて定められた判定係数を乗じた値を減算して第１の判定値を得る第１の演算手段と、
   前記アップダウン指令信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時の前記第２のカウント手段のカウント値から、当該カウント値に前記判定係数を乗じた値を減算して第２の判定値を得る第２の演算手段と、
   前記第１のカウント手段のカウント値と前記第１の判定値とを比較し、前記第１のカウント手段のカウント値が前記第１の判定値よりも小さくなった時に前記不等周期の検出信号を出力する第１の比較手段と、
   前記第２のカウント手段のカウント値と前記第２の判定値とを比較し、前記第２のカウント手段のカウント値が前記第２の判定値よりも小さくなった時に前記不等周期の検出信号を出力する第２の比較手段とから構成されていることを特徴とする回転位置検出装置。
2. 対象物の回転に同期して生成され定速回転の下で等周期となるパルス列であって前記対象物の基準位置に対応する部分が不等周期となっている角度信号を発生する角度信号発生手段と、
   一定周期のクロックパルスを生成するクロックパルス生成手段と、
   前記角度信号を１／２に分周したアップダウン指令信号を出力するアップダウン指令手段と、
   前記アップダウン指令信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時にカウント値を初期化して前記クロックパルスをアップカウントし、その後前記アップダウン指令信号が第２のレベルから第１のレベルに変化した時から前記クロックパルスをダウンカウントする第１のカウント手段と、
   前記アップダウン指令信号が第２のレベルから第１のレベルに変化した時にカウント値を初期化して前記クロックパルスをアップカウントし、その後前記アップダウン指令信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時から前記クロックパルスをダウンカウントする第２のカウント手段と、
   前記アップダウン指令信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時の前記第２のカウント手段のカウント値に、前記角度信号の不等周期に応じて定められた判定係数を乗じて第１の判定値を得る第１の演算手段と、
   前記アップダウン指令信号が第２のレベルから第１のレベルに変化した時の前記第１のカウント手段のカウント値に、前記角度信号の不等周期に応じて定められた判定係数を乗じて第２の判定値を得る第２の演算手段と、
   前記第１のカウント手段のカウント値と前記第１の判定値とを比較し、前記第１のカウント手段のカウント値が前記第１の判定値よりも大きくなった時に前記不等周期の検出信号を出力する第１の比較手段と、
   前記第２のカウント手段のカウント値と前記第２の判定値とを比較し、前記第２のカウント手段のカウント値が前記第２の判定値よりも大きくなった時に前記不等周期の検出信号を出力する第２の比較手段とから構成されていることを特徴とする回転位置検出装置。
3. 前記アップダウン指令信号が第２のレベルから第１のレベルに変化した時の前記第１のカウント手段のカウント値を保持する第１の保持手段と、
   前記アップダウン指令信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時の前記第２のカウント手段のカウント値を保持する第２の保持手段とを備えていることを特徴とする請求項１または２記載の回転位置検出装置。
4. 前記角度信号のアップエッジおよびダウンエッジのうち予め決められた一方のエッジを前記クロックパルスに同期して検出し、前記アップダウン指令信号が第１のレベルにある期間に検出されたエッジに対応して第１のエッジ信号を出力し、前記アップダウン指令信号が第２のレベルにある期間に検出されたエッジに対応して第２のエッジ信号を出力するエッジ検出手段を備え、
   前記第１のカウント手段は、前記第２のエッジ信号によりカウント値を初期化し、
   前記第２のカウント手段は、前記第１のエッジ信号によりカウント値を初期化し、
   前記第１の保持手段は、前記第１のエッジ信号により前記第１のカウント手段のカウント値を保持し、
   前記第２の保持手段は、前記第２のエッジ信号により前記第２のカウント手段のカウント値を保持することを特徴とする請求項３記載の回転位置検出装置。
5. 対象物の回転に同期して生成され定速回転の下で等周期となるパルス列であって前記対象物の基準位置に対応する部分が不等周期となっている角度信号を発生する角度信号発生手段と、
   一定周期のクロックパルスを生成するクロックパルス生成手段と、
   前記角度信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時にカウント値を初期化して前記クロックパルスをカウントするカウント手段と、
   前記角度信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時の前記カウント手段の初期化前のカウント値に、前記角度信号の不等周期に応じて定められた判定係数を乗じて判定値を得る演算手段と、
   前記カウント手段のカウント値と前記判定値とを比較し、前記カウント値が前記判定値を超えた時に前記不等周期の検出信号を出力する比較手段とから構成されていることを特徴とする回転位置検出装置。
6. 前記角度信号が第１のレベルから第２のレベルに変化した時の前記カウント手段の初期化前のカウント値を保持する保持手段を備えていることを特徴とする請求項５記載の回転位置検出装置。
7. 前記演算手段が前記判定値を得るための演算を行っている期間、前記比較手段から出力される検出信号を無効化するゲート手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の回転位置検出装置。
8. 前記角度信号発生手段は、内燃機関の回転に同期した角度信号を発生することを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の回転位置検出装置。
   
   

Images