JP2006258450A - 計器装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 クランキングの発生を検出することができ、このクランキング発生後の脱調リセット処理において、計測量を通常の表示状態に違和感なく復帰させることが可能な計器装置を提供すること。
【解決手段】 ステッピングモータ本体３ａに固定された指針３ｃによって文字板３ｂ上の目盛を指示して計測量を指示するとともに、ステッピングモータ本体３ａの脱調リセット処理を行う計器装置に関する。制御手段１は、バッテリー電源４と接続されるバッテリーフューズ５の有無を検出する第１の検出機能と、イグニッションスイッチ６の入力の有無を検出する第２の検出機能とを有し、前記第１の検出機能と前記第２の検出機能との検出結果に基づいて、エンジンのクランキングが発生した状態を検出し、一脱調リセット処理回数を切り換えることで、脱調リセット処理の時間短縮を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、脱調が生じる駆動本体（例えば、ＰＭ型ステッピングモータ）に固定された指針によって文字板上の目盛を指示して計測量を指示する計器装置に関し、特に前記駆動部の脱調リセット処理に関するものである。

この種の駆動部を備えた計器装置にあっては、駆動部の駆動軸端に固着した指針を入力信号に応じて回動させ、この指針と数字や目盛が形成された文字板との対比判読にて計測量を指示するように構成されている。

前記駆動部であるＰＭ型ステッピングモータは、その構造によってステップ数が決定する。円滑な回転動作を得るためには、前記ステップ数を多くするかあるいは駆動信号により所謂マイクロステップ駆動する必要があり、これらは、使用条件に応じたステッピングモータ本体の許容できる大きさや駆動回路を含むコストによって選択されるものである。更に、マイクロコンピュータによる処理回路のデジタル化に伴ってパルス信号制御がなされる前記ステッピングモータは、前記計器装置の計器ムーブメントとしても注目され、例えば、特許文献１，２に開示されている。これらの計器装置にあっては、自動車用の走行速度計やエンジン回転計、更には燃料計や温度計にも利用が可能であり、実用化に向けての種々の提案がなされている。

前記ステッピングモータは、入力信号の所定周期毎の変化量を求め、この変化量分ずつ駆動するものであり、例えば車両のイグニッションスイッチのオン時やバッテリー電源のオン時（バッテリー電源を接続した場合）、あるいはエンジンのクランキング発生時（セルスタータの始動時において電圧降下が発生し、マイクロコンピュータが動作しなくなる場合）等の電源投入時あるいは電源再投入時のマグネットロータの位置を初期化（文字板のゼロ位置に強制復帰する起点初期化処理）して、文字板上の指針の起点位置から計測量に応じてステップ駆動する構成が一般的である。前記ステッピングモータは、その構造上、駆動信号の持つ所定の電気的入力角度（以下、電気角という）に対して複数の安定位置を持ち、その安定位置は、駆動信号の電気角２π分で回転する角度ピッチに存在する。即ち、ステッピングモータのマグネットロータ出力軸に指針を固定して指示する場合、複数ある安定位置のどこを指示してもその時の電気角は等しく、計器装置への外部振動によるマグネットロータへの機械的影響によって駆動信号に依存しない回転力が生じた場合は、本来、起点からの駆動によって駆動制御され本来指示すべき角度位置から電気角２π分の角度ピッチ分の整数倍でずれが生じる可能性があり、一旦こうした電気角２π分で回転する角度ピッチ分の整数倍の角度ずれ（以下、脱調という）が発生すると、電源投入時による起点初期化（電気角と機械的な振れ角（見かけ上の振れ角）とを一致させるために、指針を備えたマグネットロータを起点位置に戻す処理であり、以下、脱調リセット処理と記す）を行なわない限り本来の正しい角度位置を示さず、常に脱調誤差分を含んだ角度にて指示してしまう。尚、こうした脱調は前記安定位置が存在する角度ピッチで発生するため、この角度ピッチを「一脱調角」として以下に説明する。

このようなステッピングモータ式の計器装置にあっては、こうした脱調による指示誤差を極力なくすように電源投入時あるいは電源再投入時で起点の初期化を行うことが一般的に行われる最も容易な方法であり、例えば特許文献３にて提案されるように、電源投入時に計器の最大目盛角度以上に相当する角度分を起点（零点）方向に回動させてストッパの形成位置にて指針を停止させる構成である。また、脱調が生じる駆動本体としては、前述したＰＭ型ステッピングモータの他に、回転軸を有するロータ磁石と、このロータ磁石を収納するとともに前記回転軸を軸支するハウジングと、前記ハウジングに巻かれた一対のコイルとを備えた可動磁石式計器があり、このような可動磁石型計器としては、例えば特許文献４に開示されている。
特開昭６１−１２９５７５号公報 特開平１−２２３３１２号公報 特開平６−３８５９３号公報 特開２００４−１２５４４５号公報

このようなステッピングモータを用いた計器装置にあっては、イグニッションスイッチのオン時やバッテリー電源のオン時、あるいはエンジンのクランキング発生時等の電源投入時あるいは電源再投入時に脱調リセット処理を行うことになるが、これら全ての場合の脱調リセット処理は、文字板の最大目盛角度以上に相当する角度分のリセット信号をステッピングモータに付与することで指針を起点位置に戻すものであった。バッテリー電源のオン時は、計器装置を自動車に脱着している場合であったり、自動車が長時間に渡り放置される時間が長くなることが想定されるため（イグニッションスイッチのオン時も同様）、計器装置への外部振動によるマグネットロータへの機械的影響を受け易く、指針が広角に振れている可能性が大きくなるため、文字板の最大目盛角度以上に相当する角度分のリセット信号をステッピングモータに付与することで、指針を確実に起点位置に戻すことを考慮する必要があるが、クランキングは、イグニッションスイッチのオン後に発生する現象であり、イグニッションスイッチのＯＮからクランキング発生までの間に指針が広角に動作する可能性は非常に低く、被測定対象により異なるものの、実質的には一脱調角から三脱調角程度の指針の振れを考慮するものであれば良い。

しかしながら、全ての場合において、最大目盛角度以上に相当する角度分で脱調リセット処理を行うと、特にクランキング発生時における脱調リセット処理を実行するために時間を要し、結果的に通常の計測量を指示する通常表示状態に復帰するまでに時間を要してしまい、違和感のある動きとなってしまうといった問題点を有していた。

本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、クランキング等の電気負荷の駆動を検出することで、このクランキング発生後の脱調リセット処理を電源再投入時の脱調リセット処理と変えて通常の表示状態に早期に復帰させて違和感のない計器装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、請求項１に記載した計器装置のように、脱調が生じる駆動本体によって指針を文字板上の起点位置から回動させることで計測量を指示する計器装置であって、バッテリー電源と接続されるバッテリーフューズの有無を検出する第１の検出機能と、イグニッションスイッチの入力の有無を検出する第２の検出機能とを少なくとも有し、前記第１の検出機能と前記第２の検出機能との検出結果に基づいて、前記バッテリーが外された状態である第１の状態であるか否か、あるいはエンジンのクランキングが発生した状態である第２の状態であるか否かを判定し、前記第１の状態と前記第２の状態とで、前記指針を前記起点位置に戻す脱調リセット処理条件を異ならせてなるリセット処理制御手段を備えてなるものである。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載した計器装置において、前記リセット処理制御手段は、前記第１の状態における脱調リセット処理回数ｍよりも前記第２の状態における脱調リセット処理回数ｎが少なくなるように設定されてなるものである。

また、請求項３に記載した本発明は、請求項１に記載した計器装置において、前記リセット処理制御手段は、前記第２の状態の前記指針を動作させるべく広角範囲が前記第１の状態の前記指針を動作させるべく広角範囲よりも狭く設定されてなるものである。

本発明は、脱調が生じる駆動本体によって指針を文字板上の起点位置から回動させることで計測量を指示する計器装置に関し、クランキングの発生を確実に検出でき、クランキング発生後の脱調リセット処理において、時間の短縮を図ることで計測量の表示において違和感を与えない計器装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明するが、計器装置として車両用の速度計を例に挙げ説明する。

図１は、速度計の基本構成を示すブロック図であり、速度計は、制御手段１と、駆動回路２と、計器本体３とから主に構成される。

制御手段１は、マイクロコンピュータからなるものであり、ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＣＰＵ及び入出力インターフェイス等を有する。制御手段１は、バッテリー電源４の電源ライン４ａとバッテリーフューズ（以下、フューズと記す）５を介して電源が供給されるとともに、電源ライン４ａとイグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮスイッチと記す）６を介して電源が供給されるシステムになっている。尚、制御手段１は、バッテリー電源４からの電源電圧（＋１３Ｖ）は、制御手段１内の所定の回路（図示しない）によってマイクロコンピューターが動作する駆動電圧（＋５Ｖ）に変換される。

また、制御手段１は、フューズ５の有無（外されているか否か）及びＩＧＮスイッチ６の入力の有無（ＯＮ／ＯＦＦ）を確認するための各入力ポートと、図示しない回転センサからの車速パルスが入力される入力ポートとを有している。制御手段１は、計測量である走行速度に比例した車速パルス信号が入力ポートから入力されると、入力信号の立上がりや立下がりを検出してこれを所定のゲートタイムにてカウント（ゲートタイム方式）する、もしくは別の高周波クロック信号を入力信号にてカウント（周期測定方式）し、刻々と変化する走行速度をデジタルデータとして算出し、このデジタルデータを駆動回路２に出力することで、計器本体３の指針を動作させるとともに、後述する処理動作を実行するものである。

駆動回路２は、制御手段１により求められるデジタルデータを計器本体３を動作させる指示角度信号（電圧値）に変換するものである。駆動回路２は、制御手段１によって求められるデジタルデータに対応する指示角信号が記憶され、この指示角信号は、計測量に対応したデジタルデータのＭＩＮからＭＡＸまでの指示領域に対応して所望の分解能によるデータ数を有し、例えば指示角０度（ＭＩＮ）から３６０度（ＭＡＸ）に対して０．５度単位の指示角データからなるものである。また、駆動回路２は、計器本体３の駆動部であるステッピングモータを駆動する歯ヨークの歯数やピッチによって任意に設定される２相信号から指示角度信号を生成し、３６０度の指示領域に対応した全駆動波形のデジタルデータに対応した指示角度信号を記憶している。前記指示角度信号は、ステッピングモータのくし歯ヨークのくし歯ピッチで分解能が決定するものであり、機械的ステップ動作を所謂マイクロステップ駆動によって指針を円滑に動作させるための波形信号からなるものであり、実際にはデジタル的な微細階段波形からなるＳＩＮ，ＣＯＳ波形からなる。

尚、前述した指示角度信号は、３６０度のデータを有することもできるが、３６０度を１／６した６０度分のデジタルデータに対応した指示角度信号を記憶し、このデジタルデータを各角度領域に展開使用する方式を用いることで、メモリ容量を軽減することが可能となる。

計器本体３は、脱調が生じる駆動本体として、例えばＰＭ型ステッピングモータが用いられている。その構成としては、図２及び図３に示すようにＰＭ型のステッピングモータ本体（駆動部）３ａに計器指示をなすための文字板３ｂを固定し、文字板３ｂの目盛３ｂ１や数字３ｂ２を指針３ｃにより指示することで計測量を表示するものである。ステッピングモータ本体３ａは、指針３ｃを固着するマグネットロータ３ａ１の回転軸３ａ２をモータ上下の軸受けにて軸支し、積層配置した上下相のくし歯ヨーク３ａ３，３ａ４を、樹脂製ボビン３ａ５に巻装した各励磁コイル３ａ６にて励磁し、マグネットロータ３ａ１をその磁気バランスでの励磁位置に順次回動するものである。尚、符号３ａ７は、例えばアルミニウムをはじめとする非磁性材料からなるプレートであり、このプレート３ａ７により上下相の磁気干渉を防止している。

また、計器本体３の文字板３ｂには、指針３ｃの起点位置Ｐが定められている。具体的には、ステッピングモータ本体３ａのマグネットロータ３ａ１の一部分に突起３ｄ１を設け、この突起に当接する当接部３ｄ２をプレート３ａ７に設けることで、図３で示すように、文字板３ｂにおける車速０ｋｍ／ｈの位置を指針３ｃの起点位置Ｐとし、この起点位置Ｐから所定の角度（例えば３１５度）まで回動する指針回動領域３ｅ１が構成され、それ以外の領域は、指針非回動領域３ｅ２となる。

次に、図４及び図５を用いて、制御手段１による脱調リセット処理について詳述する。

先ず制御手段１は、後述する条件によってエンジンのクランキングが発生し、このクランキング発生後の復帰動作であるか否かを判定する（ステップＳ１）。言い換えると、制御手段１は、図５に示すように、バッテリー電源４の接続状態（１）と、ＩＧＮスイッチ６の状態（２）と、フューズ５の状態（３）とに基づいて、クランキング発生後の脱調リセット処理（指針位置初期化処理）であるか否かを判定するものであるが、制御手段１は、エンジンのクランキング発生時に、セルスタータによる始動動作によってマイクロコンピュータの駆動電圧が不安定になり、マイクロコンピュータが動作できない電圧まで降下してしまうが、エンジンの始動後に前記マイクロコンピュータへ前記駆動電圧が安定して供給された以降にステップＳ１による判定処理を実行するものである。

具体的に、制御手段１は、バッテリー電源が接続状態（以下、（１）の状態と記す）が「ＯＮ」、ＩＧＮスイッチ６の状態（以下、（２）の状態と記す）が「ＯＦＦ」、フューズ５の状態（以下、（３）の状態と記す）が「有り（ＯＮ）」の第１の判定条件の際に、指針３ｃの最大振れ角（指針回動領域３ｅ１分に相当する回動角度）に相当する一脱調リセット回数（一脱調角分だけ指針３ｃを起点位置Ｐ方向へ戻す回数）をｍ回（例えば７回）に設定する。また、制御手段１は、（１）の状態が「ＯＮ」、（２）の状態が「ＯＮ」、（３）の状態が「有り（ＯＮ）」の第２の判定条件の際に、指針３ｃの最大振れ角に相当する一脱調リセット回数ｍ回よりも少ない回数のｎ回（例えば３回）に設定する（ｍ＞ｎ）。また、制御手段は、（１）の状態が「ＯＦＦ」、（２）の状態が「ＯＮ」、（３）の状態が「無し（ＯＦＦ）」の第３の判定条件の際に、前記第１の判定条件と同様に指針３ｃの最大振れ角（指針回動領域３ｅ１分に相当する回動角度）に相当する一脱調リセット回数をｍ回に設定する。尚、指針３ｃの最大振れ角は、従来例で述べた一脱調角の整数倍にあるものとして説明する。また、一脱調リセット回数において、本発明の実施形態のように速度計を想定する場合は、ＩＧＮスイッチ６のＯＮ後に指針３ｃが振れることが少ないため、一脱調リセット回数ｎは少なめに設定することが可能であるが、例えばエンジンの回転数を表示する回転計の場合にあっては、ＩＧＮスイッチ６のＯＮ後に指針の振れ角が増えるため、これを考慮した脱調リセット回数を設定することが望ましく、様々な計器装置において適宜変更することが望ましい。

尚、前記第１の判定条件は、車両のエンジンが停止され、長時間放置されたことを想定するものであり（ＩＧＮスイッチ６がＯＦＦされ、再びＩＧＮスイッチ６をＯＮする場合）、計器本体３への外部振動によるマグネットロータ３ａ１への機械的影響によって駆動信号に依存しない回転力が生じやすい場合を想定するものである。また、前記第２の判定条件は、車両のエンジンがセルスタータによって始動され、その際に駆動電圧の電圧降下が発生し、その後に前記駆動電圧が復帰し、直ちに通常動作を行うことを想定するものであり、マグネットロータ３ａ１への機械的影響によって駆動信号に依存しない回転力が生じにくい場合を想定するものである。また、前記第３の判定条件は、フューズ５が無い状態にてＩＧＮスイッチ６にてエンジンが始動されることを想定するものであり、マグネットロータ３ａ１への機械的影響によって駆動信号に依存しない回転力が生じやすい場合を想定するものである。

次に、制御手段１は、クランキングの発生でないと判定すると、一脱調リセット回数を指針３ｃの最大振れ角に相当するｍ回と設定するとともに（ステップＳ２）、内部カウンタＣにｍ回を書き込む処理（「Ｃ←ｍ」）を実行する（ステップＳ３）。

そして、制御手段１は、一脱調角分だけ指針起点位置方向へ戻す処理（以下、一脱調リセット処理）を実行し、指針３ａ（マグネットロータ３ａ１）を起点位置Ｐ方向へ動作させた後（ステップＳ４）、前記内部カウンタＣから「−１」し（ステップＳ５）、次に内部カウンタＣが「０」であるか否かを判定し（ステップＳ６）、ステップＳ６にて内部カウンタＣが「０」になるまでの間において、ステップＳ４からステップＳ６の処理を繰り返し実行し、内部カウンタＣが「０」になった際に（「Ｃ＝０」）、通常の指針動作（速度表示動作）の処理を実行するものである（ステップＳ７）。

制御手段１は、ステップＳ１において、前述した判定条件によって、クランキングが発生したと判断した場合に、一脱調リセット回数を指針３ｃの最大振れ角に相当するｍ回よりも少ない回数のｎ回に設定するとともに（ステップＳ８）、ステップＳ３にて内部カウンタＣにｎ回を書き込む処理を実行する（「Ｃ←ｎ」）。そして、制御手段１は、前述した処理と同様に、一脱調リセット処理を実行し、内部カウンタＣが「０」になるまでの間において、ステップＳ４からステップＳ６の処理を繰り返し実行するものである。

かかる計器本体３は、ステッピングモータ本体３ａの回転軸３ａ２に固定された指針３ｃを文字板３ｂ上の起点位置Ｐから回動させることで計測量を指示するものに関し、制御手段１は、バッテリー電源４と接続されるバッテリーフューズ６の有無を検出する第１の検出機能と、ＩＧＮスイッチ６の入力の有無を検出する第２の検出機能とを少なくとも有し、前記第１の検出機能と前記第２の検出機能との検出結果に基づいて、バッテリー電源４から外された状態であるか否か及びＩＧＮスイッチ６がＯＮされた状態（第１の状態）であるか否か、あるいはエンジンのクランキングが発生した状態からの復帰動作の状態（第２の状態）であるか否かを判定し、前者の状態と後者の状態とで、一脱調リセット処理回数を異ならせるものである。

具体的に、制御手段１は、前者の状態における脱調リセット処理回数ｍよりも後者の状態における脱調リセット処理回数ｎが少なくなるように設定するものであり、計器本体３への外部振動によるマグネットロータ３ａ１への機械的影響によって駆動信号に依存しない回転力が生じやすいか否かの判定によって、脱調リセット回数を可変するものである。

即ち、制御手段１は、前記第１の検出機能と前記第２の検出機能とにより、駆動信号に依存しない回転力がマグネットロータ３ａ１に付与される可能性が大きいかあるいは小さいかを判定するもので、前記第１の検出機能は、「可能性が大きい」場合であり、一脱調リセット回数を指針３ｃの最大振れ角に相当するｍ回とし、また前記第２の検出機能は「可能性が小さい」場合であり、一脱調リセット回数を指針３ｃの最大振れ角に相当するｍ回よりも少ない回数のｎ回に設定するものである。従って、クランキングの発生後におけるマイクロコンピュータの復帰後（マイクロコンピュータの駆動電圧が安定した後）であっても確実にクランキングが発生したことを検出でき、クランキング発生後の脱調リセット処理において、通常の表示状態への復帰時間を短縮することができるため、クランキング発生後に計測量の指示が遅れるといった不具合を解消することができる。

尚、本発明の実施形態では、一脱調角の整数倍の回数を切り換えることでクランキング時の脱調リセット処理を行うようにしたが、他の脱調リセット処理としては、バッテリー電源４から外された状態、あるいはＩＧＮスイッチ６がＯＮされた状態である場合に指針３ｃを動作させるべく広角範囲を指針３ｃの最大振れ角とし、また、エンジンのクランキングが発生した状態からの復帰動作の場合に指針３ｃを動作させるべく広角範囲が、前述した状態の広角範囲よりも狭く設定されるものであれば、必ずしも一脱調角の整数倍の回数を切り換えるものでなくても良い。

本発明の実施形態における速度計の構成を示すブロック図である。 同上実施形態の速度計の要部断面図である。 同上実施形態の速度計の平面図である。 同上実施形態の脱調リセット処理を説明する図である。 同上実施形態の脱調リセット処理を説明する図である。

符号の説明

Ａ 速度計（計器装置）
Ｐ 起点位置
１ 制御手段（リセット処理制御手段）
２ 駆動回路
３ 計器本体
３ａ ステッピングモータ本体（駆動本体）
３ａ１ マグネットロータ
３ａ２ 回転軸
３ｂ 文字板
３ｂ１ 目盛
３ｃ 指針
３ｄ１ 突起
３ｄ２ 当接部
３ｅ１ 指針回動領域
３ｅ２ 指針非回動領域
４ バッテリー電源
５ バッテリーフューズ
６ イグニッションスイッチ

Claims (3)

1. 脱調が生じる駆動本体によって指針を文字板上の起点位置から回動させることで計測量を指示する計器装置であって、
   バッテリー電源と接続されるバッテリーフューズの有無を検出する第１の検出機能と、イグニッションスイッチの入力の有無を検出する第２の検出機能とを少なくとも有し、前記第１の検出機能と前記第２の検出機能との検出結果に基づいて、前記バッテリーが外された状態である第１の状態であるか否か、あるいはエンジンのクランキングが発生した状態である第２の状態であるか否かを判定し、前記第１の状態と前記第２の状態とで、前記指針を前記起点位置に戻す脱調リセット処理条件を異ならせてなるリセット処理制御手段を備えてなることを特徴とする計器装置。
2. 前記リセット処理制御手段は、前記第１の状態における脱調リセット処理回数ｍよりも前記第２の状態における脱調リセット処理回数ｎが少なくなるように設定されてなることを特徴とする請求項１に記載の計器装置。
3. 前記リセット処理制御手段は、前記第２の状態の前記指針を動作させる広角範囲が前記第１の状態の前記指針を動作させる広角範囲よりも狭く設定されてなることを特徴とする請求項１に記載の計器装置。

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