JP2010518366A - パルス識別のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明によれば、入力信号に依存して形成されるかまたは入力信号によって形成されるサンプリング値（ＷＡ）シーケンス（ＦＡ）の現下のサンプリング値（ＡＷ）が所定の基準サンプリング値（ＲＥＦ）から少なくとも所定の絶対値（ＭＩＦＦ）分だけずれている場合に、サンプリング値シーケンスが変換値（ＴＷ）のシーケンス（ＦＴ）に対するサンプリング値シーケンスの現下のサンプリング値を表すそれぞれ１つの変換値（ＴＷ）の加算によって、変換値（ＴＭ）シーケンス（ＦＴ）に変換され、所定の基準サンプリング値から少なくとも所定の絶対値分だけずれているサンプリング値シーケンスの現下のサンプリング値が、後続の更新されるサンプリング値に対する所定の基準サンプリング値として設定され、移動平均値（Ｍ）が変換値シーケンスに依存して求められ、前記移動平均値に依存して入力信号におけるパルスが識別される。

Description

本発明は、パルス識別のための方法及び装置に関しており、特に次のようなパルス、すなわち回転数、特に車両変速機における回転数を求めるためにパルスセンサディスクと例えばホール素子を含んだセンサによって生成されるパルスを識別するための方法及び装置に関している。

EP 1 111 392 A1 明細書には、ドリフト補償のための適応化可能なスイッチング閾値を備えた、回転ホイールの角度位置と回転数を求めることが開示されている。センサはホイールの走査マークを無接触で走査し、パルスシーケンス（一連のパルス列）を形成する。このパルスの振幅は、同期検出器とフィルタを備えた評価回路によって比較器において可変のスイッチング閾値と比較される。できるだけ正確な測定結果を得るために、及びセンサのオフセットと長期ドリフトを補償するために、１つまたは複数の条件が満たされた場合には、スイッチング閾値が適応化される。

DE 699 10 741 T2 明細書では、磁界における変化を検出するための回路が開示されている。そこでは差分信号が、磁界センサの出力信号から形成されている。ここでは差分信号のピーク値が識別されて追従制御される。さらにここでは差分信号の大きさに従って閾値を設定するために閾値調整回路が設けられている。

本発明の課題は、信頼性の高いパルス識別のための方法と装置を提供することである。

前記課題は、独立請求項に記載されている本発明によって解決される。本発明の別の有利な実施例は従属請求項に記載されている。

本発明は入力信号におけるパルスを識別するための方法及び相応の装置として優れており、ここでは、入力信号に依存して形成されるかまたは入力信号によって形成されるサンプリング値シーケンスの現下のサンプリング値が所定の基準サンプリング値から少なくとも所定の絶対値分だけずれている場合に、サンプリング値シーケンスが変換値のシーケンスに対するサンプリング値シーケンスの現下のサンプリング値を表すそれぞれ１つの変換値の加算によって、変換値シーケンスに変換され、所定の基準サンプリング値から少なくとも所定の絶対値分だけずれているサンプリング値シーケンスの現下のサンプリング値が、後続の更新されるサンプリング値に対する所定の基準サンプリング値として設定され、移動平均値が変換値シーケンスに依存して求められ、前記移動平均値に依存して入力信号におけるパルスが識別される。

例えばパルスを識別するための閾値は移動平均値に依存して設定され、特にこの移動平均値は閾値を直接形成していてもよい。この利点は、サンプリング値のシーケンスのデシメーションが変換によって作用され得ることである。それにより、さらなる処理に対しては、多数のサンプリング値の場合と比べて僅かな変換値を記憶して考慮するだけでよくなる。これによって装置は非常に簡素に低コストで構成可能となる。特にこの装置はＡＳＩＣとも称される特定用途向けＩＣにおいて容易に低コストで実現可能である。また本発明による方法は、例えばマイクロコントローラで実施可能なプログラムとして実施されてもよい。

さらなる利点は、パルスの周波数に比べて緩慢に変化する振幅ずれ（これはオフセット若しくはドリフトとも称される）が容易にかつ高い信頼性のもとで補償できる点である。この利点は、特に、入力信号にノイズが混ざっている場合、及び／又は振幅のずれがパルスの振幅よりも大きい場合でも当てはまる。さらに前記補償は、パルス周波数の動特性が大きい場合、例えばパルス周波数が１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの間で変動しているような場合でも高い信頼性のもとで可能である。この本発明による方法及び装置は、特に次のようなパルスの識別に適している。すなわち車両の変速機における回転数の検出に用いられ、永久磁石とホール素子をセンサとして用いているスタチックセンサ方式によって検出されるパルスである。振幅ずれないし振幅オフセットは例えば渦電流ブレーキによって引き起こされる。

本発明の有利な構成例によれば、所定の基準サンプリング値から少なくとも所定の絶対値分だけずれているサンプリング値シーケンスの現下のサンプリング値が、変換値シーケンスの変換値として加算される。この利点はこのことが特に容易に実現される点である。

さらに別の有利な実施例によれば、少なくとも１つのパルスの振幅が求められる。所定の絶対値は、少なくとも１つのパルスの検出された振幅値と、少なくとも１つのパルスの求められた振幅値が区分される所定の数の振幅区間に依存して設定される。このことは所定の絶対値の調整が非常に簡単に自動的に行うことができるという利点につながる。従ってマニュアルの調整は不要となる。これによりコストも削減される。

別の有利な実施例によれば、入力信号または該入力信号から導出された信号値が閾値切換えユニットに供給される。さらにこの閾値切換えユニットは、移動平均値を閾値として、または移動平均値に依存して求められた閾値として事前に設定する。この閾値切換えユニットは、有利には、そのつどのデジタルコード化されたサンプリング値をデジタルコード化された閾値と比較する、デジタル比較器として構成されてもよい。この利点も、非常に簡単にかつ低コストで実現できることである。

本発明の実施例は以下の明細書で図面に基づいて詳細に説明する。この場合、
図１は、本発明によるパルスを識別する装置を示した図であり、
図２は、サンプリング値シーケンスの第１の時間的経過特性を表したダイヤグラムであり、
図３Ａは、サンプリング値シーケンスの第２の時間的経過特性を表したダイヤグラムであり、
図３Ｂは、変換値シーケンスの時間的経過特性を表したダイヤグラムであり、
図４は、本発明によるパルスを識別するためのプログラムのフローチャートである。

実施例
同じ構成または機能をもつ構成要素には、図を跨いで同じ参照記号が付されている。

センサユニットＳＥＮＳは信号検出のために設けられている（図１）。センサユニットＳＥＮＳは例えばホール素子を含んでおり、生じている磁界に依存して信号を発生させるように形成されている。例えば、磁界は例えばシャフトなどの回転部材に固定されたセンサホイールに取り付けられた永久磁石により発生する。センサホイールの回転により、センサホイールの回転速度に依存した周波数をもつパルスＩＭＰが信号に生じる。センサユニットＳＥＮＳとセンサホイールは例えばトランスミッションの中に配置されている。センサホイールの回転数、ひいては回転部材の回転数は、パルスＩＭＰに応じて求まる。

センサユニットＳＥＮＳは信号処理ユニットＳＩＧに接続されており、検出された信号を信号処理ユニットＳＩＧに渡すことができる。有利には、信号処理ユニットＳＩＧは信号をアナログで前処理するように、例えば増幅およびフィルタリングするように形成されている。信号処理ユニットＳＩＧはアナログディジタル変換器ＡＤＷに接続されており、前処理された信号をアナログディジタル変換器ＡＤＷに渡すことができる。アナログディジタル変換器ＡＤＷは、検出され前処理された信号をディジタル化する、つまりサンプリングするように形成されている。有利には、フィルタユニット、特にローパスフィルタユニットＴＰが設けられ、ディジタル化された信号にフィルタリングが、特にローパスフィルタリングが施される。

アナログディジタル変換器ＡＤＷによりディジタル化され、必要に応じてフィルタユニットによりフィルタリングされた信号はサンプリング値ＡＷのシーケンスＦＡを形成する。このサンプリング値ＡＷのシーケンスＦＡはパルスＩＭＰを識別する装置に入力信号として供給される。図２および図３Ａには、サンプリング値ＡＷのシーケンスＦＡの第１および第２の特性経過が例示的に示されている。上記の装置は入力側ではフィルタユニットと接続されており、変換ユニットＴＲＡＮＳ、平均値算出ユニットＭＩＴＴおよび閾値切換ユニットＳＳを含んでいる。有利には、サンプリング値ＡＷのシーケンスＦＡのサンプリング値ＡＷをバッファ記憶するためにデータメモリＤＳも設けられている。

変換ユニットＴＲＡＮＳの入力側はフィルタユニットおよび／またはデータメモリＤＳに接続されている。入力信号は変換ユニットＴＲＡＮＳに供給することができる。変換ユニットＴＲＡＮＳはサンプリング値ＡＷのシーケンスＦＡを変換値ＴＷのシーケンスＦＴに変換するように形成されている。変換値ＴＷのシーケンスＦＴの経過特性は図３Ｂに例として図示されている。この変換はサンプリング値ＡＷのシーケンスＦＡのデシメーションを含んでいるため、シーケンスＦＴ内の変換値ＴＷの個数はサンプリング値ＡＷのシーケンスＦＡ内のサンプリング値ＡＷの個数よりも少ない。それゆえ、変換ユニットＴＲＡＮＳはデシメーションユニットとも呼ばれる。

平均値算出ユニットＭＩＴＴの入力側は変換ユニットＴＲＡＮＳの出力側と接続されており、変換ユニットＴＲＡＮＳはその出力側に変換値ＴＷのシーケンスＦＴを供給する。平均値算出ユニットＭＩＴＴは、変換値ＴＷのシーケンスＦＴに依存して、例えば予め決められた幅または予め決められた変換値ＴＷの個数の平均値算出窓の中にあるすべての変換値ＴＷにわたる算術平均として、移動平均値Ｍを求めるように形成されている。この場合、平均値算出窓は変換値ＴＷのシーケンスＦＴ全体を所定のステップ幅で移動し、求められた各算術平均が移動平均値Ｍとして提供される。しかし、移動平均値Ｍを別様に、例えば、その時その時の移動平均値Ｍを前に求めた重み付けされた移動平均値Ｍと現下の重み付けされた移動平均値とに依存して再帰的に求めることも可能である。平均値算出ユニットＭＩＴＴはさらに、パルスＩＭＰを識別するために、例えば移動平均値Ｍの推移に依存して閾値を調整するなど、移動平均値Ｍに依存して閾値を求めるように形成されているものとしてよい。しかし、閾値は移動平均値Ｍにより形成されているのが有利である。平均値の算出は、少なくとも１つのパルスＩＭＰに及ぶほどの個数の連続する変換値ＴＷにわたって行うと有利である。これにより、移動平均値Ｍは各パルスにより生じる信号変化よりも緩慢な信号変化のみに従う。

閾値切換ユニットＳＳの入力側は、フィルタユニット、つまりローパスフィルタＴＰ、またはデータメモリＤＳに接続されている。したがって、サンプリング値ＡＷのシーケンスＦＡを閾値切換ユニットＳＳに供給することができる。さらに、閾値切換ユニットＳＳの入力側は平均値算出ユニットＭＩＴＴにも接続されている。したがって、閾値切換ユニットＳＳにはさらに閾値と特に移動平均値Ｍとが供給可能である。閾値切換ユニットＳＳは閾値または移動平均値Ｍに依存してパルスＩＭＰを識別する目的で形成されている。例えば、パルスＩＭＰは、サンプリング値ＡＷのシーケンスＦＡのあるサンプリング値ＡＷが閾値または移動平均値Ｍよりも大きい場合に識別される。しかし、同様に、サンプリング値ＡＷのシーケンスＦＡのあるサンプリング値ＡＷが閾値または移動平均値Ｍよりも小さい場合にパルスＩＭＰが識別されるようにしてもよい。さらには、移動平均値Ｍに依存して定められる第１の閾値を上回った場合、移動平均値Ｍに依存して定められる第２の閾値を下回ったときにパルスＩＭＰが識別されるようにヒステリシスを与えてもよい。閾値切換ユニットＳＳはさらに、識別されたパルスＩＭＰが例えばパルスＩＭＰが識別されたか否かに応じて１または０となるディジタル値の形で出力側に供給されるように形成されている。閾値切換ユニットＳＳは、例えば、ディジタルコーディングされた各サンプリング値ＡＷをディジタルコーディングされた各閾値と比較するディジタル比較器として形成されている。

識別されたパルスＩＭＰをさらに処理するために、例えば、識別されたパルスＩＭＰの周波数を所定の分周係数で低下させるように形成された分周器ユニットＴを設けてもよい。さらには、識別されたパルスＩＭＰを必要に応じて他のユニットで適切に処理するために、パルス形成ユニットＰＵＬＳを設けてもよい。さらに、計算ユニットＣＰＵを設けて、例えば所定の分周係数を定めたり、例えばパラメータの調整、例えばサンプリング値ＡＷのシーケンスＦＡを変換値ＴＷのシーケンスＦＴに変換するために必要な所定の絶対値の調整を解決するようにしてもよい。計算ユニットＣＰＵはデータメモリＤＳの制御のために使用してもよい。

上記の装置は有利にはディジタル回路として形成されており、有利には特定用途向け集積回路として形成されている。この特定用途向け集積回路はまた信号処理ユニットＳＩＧおよび／またはアナログディジタル変換器ＡＤＷおよび／またはローパスフィルタＴＰ、場合によっては、分周器ユニットＴおよび／またはパルス形成ユニットＰＵＬＳおよび／または計算ユニットＣＰＵおよび／またはセンサユニットＳＥＮＳ、特にホール素子を含むものとしてよい。

図２には、サンプリング値ＡＷと所属の移動平均値Ｍの第１の経過特性が例示的に示されている。このダイヤグラムの時間軸上にはサンプリング値ＡＷのナンバーがプロットされており、ここでは全部で１５００のサンプリング値ＡＷが示されている。図２に示されている第１の経過は例えば次のことによって生じ得る。すなわち車両が、最初はほぼ一定の速度で走行し、例えば渦電流ブレーキの使用のもとでブレーキをかけた場合に生じるサンプリング値である。このブレーキによって車両の速度は低下し、相応に回転数も低減する。相応にパルスＩＭＰの周波数も低減する。渦電流ブレーキの操作によってそれと共に増加する振幅オフセットも生じる。しかしながら閾値は、つまり移動平均値Ｍは、高い信頼性で追跡され、それによってパルスＩＭＰはさらに高い信頼性で識別可能となる。

図３Ａは、サンプリング値ＡＷのシーケンスＦＡの第２の経過特性を示しており、図３Ｂは変換値ＴＷのシーケンスＦＴの所属の経過特性を示している。ここでの変換は、次のようにして行われている。すなわち予め定められた基準サンプリング値ＲＥＦから出発して、後続するサンプリング値ＡＷと所定の基準サンプリング値ＲＥＦとの差分ＤＩＦＦを求めるようにして行われている。この差分ＤＩＦＦが所定の絶対値ＭＤＩＦＦを越えた場合には、このサンプリング値ＡＷが変換値ＴＷとして変換値ＴＷのシーケンスＦＴに加算される。さらにこのサンプリング値ＡＷは後続するサンプリング値ＡＷに対する所定の基準サンプリング値ＲＥＦとして設定される。この差分ＤＩＦＦが所定の絶対値ＭＩＤＩＦＦを越えると、相応に追従するサンプリング値ＡＷに対して差分ＤＩＦＦが基準サンプリング値ＲＥＦに対して求められ、所定の絶対値ＭＩＤＩＦＦと比較される。図３Ａには、その差分ＤＩＦＦがそれぞれの所定の基準サンプリング値ＲＥＦよりも大きいサンプリング値ＡＷが小さい輪で表されている。図３Ｂにはこのサンプリング値ＡＷが変換値ＴＷを形成している。より分かり易くするために、それぞれ順次連続する変換値ＴＷが線で結ばれている。

この変換は、パラメータとしての所定の絶対値ＭＩＤＩＦＦによって制御可能である。有利には、所定の絶対値ＭＩＤＩＦＦが自動的に求められる。それに対して有利には、最大値と最小値の算出によって少なくとも１つのパルスＩＭＰの振幅ＡＭＰが求められる。所定の絶対値ＭＩＤＩＦＦは有利には、検出された振幅値ＡＭＰを、求められた振幅値ＡＭＰが区分される所定の数の振幅区間で割ることによって定められる。それにより所定の絶対値ＭＩＤＩＦＦは容易にパルスＩＭＰの振幅値ＡＭＰに適応化可能である。

この変換は次のような利点を有している。すなわち移動平均値Ｍの算出に対して実質的に一定の周波数を有するパルス列が得られる利点である。この一定の周波数は特に入力信号中のパルスＩＭＰの周波数には実質的に依存しない。それにより移動平均値Ｍは正確にかつ高い信頼性のもとでパルスＩＭＰの幅広い周波数領域に対して算出可能となる。相応にパルスＩＭＰの識別のための閾値も正確で信頼性の高いものとなる。それにより閾値は、入力信号にノイズがあった場合でも、振幅のずれが大きい場合でも高い信頼性のもとで追従可能である。周波数領域は例えば１Ｈｚ〜１０ｋＨｚである。しかしながらこの周波数領域もこれとは別の領域で形成されてもよい。

図４には、パルスＩＭＰを識別するためのプログラムのフローチャートが示されている。このプログラムはステップＳ１で開始される。このステップＳ１では、例えば所定の基準サンプリング値ＲＥＦが設定される。例えば第１のサンプリング値ＡＷは所定の基準サンプリング値ＲＥＦとして設定される。しかしながらこの所定の基準サンプリング値ＲＥＦはこれとは別の値で設定されてもよい。

ステップＳ２ではそのつどの所定の時間間隔で１つのサンプリング値ＡＷが検出される。それにより、これらが既に得られない場合には、一連のサンプリング値ＡＷのシーケンスＦＡが形成される。ステップＳ３ではそのつどの現下のサンプリング値ＡＷと所定の基準サンプリング値ＲＥＦの間の差分の絶対値として差分ＤＩＦＦが形成される。ステップＳ４では、差分ＤＩＦＦが所定の絶対値ＭＩＤＩＦＦよりも大きいか否かが検査される。この条件が満たされない場合には、当該プログラムはステップＳ２において、またはステップＳ３において次の現下のサンプリング値ＡＷによって続けられる。しかしながら前記ステップＳ４において条件が満たされた場合には、ステップＳ５において現下のサンプリング値ＡＷが次の変換値ＴＷとして選択され、ステップＳ６において変換値ＴＷのシーケンスＦＴに加算される。しかしながら現下のサンプリング値ＡＷの代わりに、現下のサンプリング値ＡＷに依存して求められた値が変換値ＴＷのシーケンスＦＴに加算されてもよい。例えば現下のサンプリング値ＡＷを所定の係数で乗算し、及び／又は振幅オフセット値を加算又は減算し、そのように求められた値を変換値ＴＷとして変換値ＴＷのシーケンスＦＴに加算するようにしてもよい。しかしながらその他にも現下のサンプリング値ＡＷのさらなる別の変更が実施されてもよい。その場合も現下のサンプリング値ＡＷに依存して求められ、変換値ＴＷとして変換値ＴＷのシーケンスＦＴに加算される値は、現下のサンプリング値ＡＷを表すものとなる。

ステップＳ７では現下のサンプリング値ＡＷが所定の基準サンプリング値ＲＥＦとして後続の現下のサンプリング値ＡＷに対して設定される。ステップＳ８では、移動平均値が変換値ＴＷのシーケンスＦＴに依存して求められる。さらに閾値が、求められた移動平均値Ｍに依存して求められてもよい。ステップＳ９ではパルスＩＭＰが移動平均値Ｍないしは閾値に依存して識別される。このプログラムは、ステップＳ２、又はステップＳ３において、次の現下のサンプリング値ＡＷのために継続される。

本発明によるパルスを識別する装置を示した図 サンプリング値シーケンスの第１の時間的経過特性を表したダイヤグラム サンプリング値シーケンスの第２の時間的経過特性を表したダイヤグラム 変換値シーケンスの時間的経過特性を表したダイヤグラム 本発明によるパルスを識別するためのプログラムのフローチャート

Claims (5)

1. 入力信号におけるパルス（ＩＭＰ）を識別するための方法において、
   入力信号に依存して形成されるかまたは入力信号によって形成されるサンプリング値（ＷＡ）シーケンス（ＦＡ）の現下のサンプリング値（ＡＷ）が所定の基準サンプリング値（ＲＥＦ）から少なくとも所定の絶対値（ＭＩＦＦ）分だけずれている場合に、変換値（ＴＷ）のシーケンス（ＦＴ）に対するサンプリング値（ＡＷ）シーケンス（ＦＡ）の現下のサンプリング値（ＡＷ）を表すそれぞれ１つの変換値（ＴＷ）の加算によって、サンプリング値（ＡＷ）シーケンス（ＦＡ）を変換値（ＴＭ）シーケンス（ＦＴ）に変換し、
   所定の基準サンプリング値（ＲＥＦ）から少なくとも所定の絶対値（ＭＤＩＦＦ）分だけずれているサンプリング値（ＡＷ）シーケンス（ＦＡ）の現下のサンプリング値（ＡＷ）を、後続の更新されるサンプリング値（ＡＷ）に対する所定の基準サンプリング値（ＲＥＦ）として設定し、
   移動平均値（Ｍ）を変換値（ＴＷ）シーケンス（ＦＴ）に依存して求め、
   前記移動平均値（Ｍ）に依存して入力信号におけるパルス（ＩＭＰ）を識別するようにしたことを特徴とする方法。
2. 所定の基準サンプリング値（ＲＥＦ）から少なくとも所定の絶対値（ＭＤＩＦＦ）分だけずれているサンプリング値（ＡＷ）シーケンス（ＦＡ）の現下のサンプリング値（ＡＷ）を、変換値（ＴＭ）シーケンス（ＦＴ）の変換値（ＴＭ）として加算する、請求項１記載の方法。
3. 少なくとも１つのパルス（ＩＭＰ）の振幅値（ＡＭＰ）を求め、少なくとも１つのパルス（ＩＭＰ）の求められた振幅値（ＡＭＰ）と、少なくとも１つのパルス（ＩＭＰ）の求められた振幅値（ＡＭＰ）が区分される所定の数の振幅区間に依存して、所定の絶対値（ＭＤＩＦＦ）が設定される、請求項１または２記載の方法。
4. 入力信号または該入力信号から導出された信号値が閾値切換えユニット（ＳＳ）に供給され、該閾値切換えユニット（ＳＳ）に対して移動平均値（Ｍ）が閾値として、または移動平均値（Ｍ）に依存して求められた閾値として事前に定められる、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. 入力信号におけるパルス（ＩＭＰ）を識別するための装置において、
   前記装置は、
   入力信号に依存して形成されるかまたは入力信号によって形成されるサンプリング値（ＷＡ）シーケンス（ＦＡ）の現下のサンプリング値（ＡＷ）が所定の基準サンプリング値（ＲＥＦ）から少なくとも所定の絶対値（ＭＩＦＦ）分だけずれている場合に、変換値（ＴＷ）のシーケンス（ＦＴ）に対するサンプリング値（ＡＷ）シーケンス（ＦＡ）の現下のサンプリング値（ＡＷ）を表すそれぞれ１つの変換値（ＴＷ）の加算によって、サンプリング値（ＡＷ）シーケンス（ＦＡ）を変換値（ＴＭ）シーケンス（ＦＴ）に変換し、
   所定の基準サンプリング値（ＲＥＦ）から少なくとも所定の絶対値（ＭＤＩＦＦ）分だけずれているサンプリング値（ＡＷ）シーケンス（ＦＡ）の現下のサンプリング値（ＡＷ）を、後続の更新されるサンプリング値（ＡＷ）に対する所定の基準サンプリング値（ＲＥＦ）として設定し、
   移動平均値（Ｍ）を変換値（ＴＷ）シーケンス（ＦＴ）に依存して求め、
   前記移動平均値（Ｍ）に依存して入力信号におけるパルス（ＩＭＰ）を識別するように
   構成されていることを特徴とする装置。

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