JP2016217850A - Rotational speed detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転速度検出装置に関する。 The present invention relates to a rotational speed detection device.
従来、車軸と一体に回転するロータを磁界中に設置し、ロータの回転による磁界の変化を検知することにより車軸の回転速度を検出する回転速度検出装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a rotational speed detection device that detects a rotational speed of an axle by installing a rotor that rotates integrally with an axle in a magnetic field and detects a change in the magnetic field due to the rotation of the rotor is known (for example, Patent Document 1). See).
また、エンジンの出力軸とモータの回転軸とが連結されている場合、エンジンの出力軸の角度位置を検出するクランクセンサの代わりに、モータの回転軸の角度位置を検出するレゾルバを用いて、エンジンの出力軸の角度位置を算出する技術が知られている(例えば、特許文献2を参照)。 Further, when the output shaft of the engine and the rotation shaft of the motor are connected, instead of a crank sensor that detects the angular position of the output shaft of the engine, a resolver that detects the angular position of the rotation shaft of the motor is used. A technique for calculating an angular position of an output shaft of an engine is known (see, for example, Patent Document 2).
図1は、エンジンの出力軸と共に回転するクランクロータ11の一例を示す図である。エンジンの出力軸の回転速度を算出するため、クランクロータ11の回転による歯12の移動に伴い発生する磁界の変化をコイルにより検知し、磁界の変化に応じた電圧波形を出力するクランクセンサを使用する場合がある。この場合、例えば図2に示されるように、クランクセンサから出力される電圧波形が閾値を1周期毎に跨いだ時に入力されるクランクセンサ信号Cを検知し、クランクセンサ信号Cの入力間隔時間から、エンジンの出力軸の回転速度を算出することができる。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a
しかしながら、例えば図3に示されるように、エンジンの出力軸の回転速度の低下によりクランクロータ11の回転速度が低下するほど、クランクセンサから出力される電圧波形の振幅は小さくなる。その結果、ノイズ等による微小な電圧変動によって電圧波形が閾値を跨ぎやすくなる。したがって、そのような微小な電圧変動によって電圧波形が閾値を跨いでしまうと、実態とは異なるタイミングでクランクセンサ信号Cが生成されるので、エンジンの出力軸の回転速度を正しく算出することができない。
However, for example, as shown in FIG. 3, the amplitude of the voltage waveform output from the crank sensor decreases as the rotational speed of the
そこで、エンジンの出力軸の回転速度が比較的低い時、電圧波形が微小な電圧変動によって閾値を跨ぐことを防止するため、クランクセンサのコイルに電流を供給することにより、電圧波形の振幅を一定時間Pだけ持ち上げる対策をとることがある(図3の破線参照)。 Therefore, when the rotational speed of the output shaft of the engine is relatively low, the amplitude of the voltage waveform is kept constant by supplying current to the coil of the crank sensor in order to prevent the voltage waveform from crossing the threshold due to minute voltage fluctuations. There is a case where a measure for lifting by time P is taken (see the broken line in FIG. 3).
一定時間Pのような電圧波形の振幅を持ち上げる時間(振幅持ち上げ時間)は、エンジンの出力軸の回転速度に基づいて算出可能である。ところが、エンジンの出力軸の回転速度が比較的低い時、エンジンの出力軸の回転速度に基づいて振幅持ち上げ時間を算出すると、その算出値が正しくない場合がある。この場合の一例について、図4を参照して説明する。 The time for lifting the amplitude of the voltage waveform such as the fixed time P (amplitude lifting time) can be calculated based on the rotational speed of the output shaft of the engine. However, when the rotational speed of the output shaft of the engine is relatively low, if the amplitude lifting time is calculated based on the rotational speed of the engine output shaft, the calculated value may be incorrect. An example of this case will be described with reference to FIG.
図4は、エンジンの出力軸の回転速度に基づいて、振幅持ち上げ時間を算出する方法の一例を示す図である。エンジンの出力軸の回転速度は、クランクセンサ信号Cの入力間隔時間と等価である。よって、この算出方法は、クランクセンサ信号の直前の2回分の入力間隔時間T−1,T0の平均値に基づいて、次回の入力間隔時間T1を予測し、入力間隔時間T1に応じた長さの振幅持ち上げ時間を算出する。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a method for calculating the amplitude lifting time based on the rotation speed of the output shaft of the engine. The rotational speed of the output shaft of the engine is equivalent to the input interval time of the crank sensor signal C. Therefore, this calculation method predicts the next input interval time T 1 based on the average value of the two input interval times T −1 and T 0 immediately before the crank sensor signal, and according to the input interval time T 1 . Calculate the amplitude lifting time for a given length.
しかしながら、この算出方法では、入力間隔時間T0の経過直後に、エンジンの出力軸の回転速度の急激な低下によりクランクロータ11の回転速度が急激に低下すると、図4に示されるような、実際よりも大幅に短い入力間隔時間T1が予測される。そのため、本来必要な長さよりも短い振幅持ち上げ時間が算出されてしまう。つまり、振幅持ち上げ時間を正しく算出することができない。
However, in this calculation method, if the rotational speed of the
そこで、エンジンの出力軸の回転速度が比較的低い時、振幅持ち上げ時間を正しく算出できる、回転速度検出装置の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a rotational speed detection device that can correctly calculate the amplitude lifting time when the rotational speed of the output shaft of the engine is relatively low.
一つの案では、
エンジンの出力軸と共に回転するクランクロータと、
前記クランクロータの回転速度が低下するほど振幅が小さくなる電圧波形を出力するクランクセンサと、
前記電圧波形に基づいて、前記出力軸の回転速度を算出する算出部と、
前記出力軸と連結する回転軸を有するモータと、
前記回転軸の回転角度位置を検知し、前記回転角度位置に応じた検知信号を出力するレゾルバと、
前記検知信号に基づいて、前記回転軸の回転速度を計測する計測部と、
前記電圧波形の振幅を持ち上げる増幅部とを備え、
前記算出部は、前記出力軸の回転速度が所定の速度以下の場合、前記計測部により計測される前記回転軸の回転速度に基づいて、前記増幅部が前記電圧波形の振幅を持ち上げる時間を算出する、回転速度検出装置が提供される。
One idea is that
A crank rotor that rotates with the output shaft of the engine;
A crank sensor that outputs a voltage waveform whose amplitude decreases as the rotational speed of the crank rotor decreases;
A calculation unit that calculates a rotation speed of the output shaft based on the voltage waveform;
A motor having a rotating shaft coupled to the output shaft;
A resolver that detects a rotation angle position of the rotation shaft and outputs a detection signal according to the rotation angle position;
Based on the detection signal, a measurement unit that measures the rotational speed of the rotary shaft;
An amplification unit that raises the amplitude of the voltage waveform,
The calculation unit calculates a time for the amplification unit to increase the amplitude of the voltage waveform based on the rotation speed of the rotation shaft measured by the measurement unit when the rotation speed of the output shaft is equal to or lower than a predetermined speed. A rotational speed detection device is provided.
前記エンジンの前記出力軸と前記モータの前記回転軸とが連結しているので、前記出力軸の回転速度を前記回転軸の回転速度で代用することができる。したがって、前記出力軸の回転速度が比較的低い時、前記電圧波形の振幅持ち上げ時間の算出に前記出力軸の回転速度が使えなくても、前記回転軸の回転速度に基づいて、前記電圧波形の振幅持ち上げ時間を正しく算出することができる。 Since the output shaft of the engine and the rotation shaft of the motor are connected, the rotation speed of the output shaft can be substituted with the rotation speed of the rotation shaft. Therefore, when the rotation speed of the output shaft is relatively low, even if the rotation speed of the output shaft cannot be used to calculate the amplitude lifting time of the voltage waveform, the voltage waveform The amplitude lifting time can be calculated correctly.
以下、回転速度検出装置の実施形態を図面に従って説明する。なお、「回転速度」とは、「単位時間当たりの回転数」でもよいし、「角速度」でもよい。単位時間当たりの回転数の単位は、例えば、[rpm(rotation per minute)]であり、角速度の単位は、例えば、[rad/s(ラジアン毎秒)]である。 Hereinafter, an embodiment of a rotation speed detection device will be described with reference to the drawings. The “rotation speed” may be “the number of rotations per unit time” or “angular speed”. The unit of the number of rotations per unit time is, for example, [rpm (rotation per minute)], and the unit of angular velocity is, for example, [rad / s (radian per second)].
図5は、回転速度検出装置1の構成の一例を示す図である。回転速度検出装置1は、エンジン10の出力軸14の回転速度を検出する装置の一例である。回転速度検出装置1は、例えば、クランクロータ11と、クランクセンサ20と、制御部30と、モータ50と、動力分割機構40と、レゾルバ60と、計測部70とを備える。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of the rotation
クランクロータ11は、エンジン10の出力軸14に固定され、出力軸14と共に一体に回転する。クランクロータ11は、例えば図1に示されるように、一定の間隔で配置された複数の歯12と、歯12が配置されていない欠歯部13とを有する。欠歯部13は、出力軸14の回転角度位置の基準位置(例えば、0°)を表す。エンジン10は、出力軸14を回転させることで車両を走行させる内燃機関の一例である。
The
クランクセンサ20は、クランクロータ11の回転速度が低下するほど振幅が小さくなる電圧波形Wを出力する回転角センサの一例である。クランクセンサ20は、クランクロータ11の回転による歯12の移動に伴い発生する磁界の変化をマグネットピックアップ方式で検知するコイルを有し、当該コイルにより検知される磁界の変化に応じた電圧波形Wを出力する。
The
制御部30は、エンジン10の出力軸14を回転させるエンジン制御を実行するエンジン制御装置であり、例えば、算出部32と増幅部33とを備える電子制御装置(いわゆる、ECU)である。
The
算出部32は、電圧波形Wに基づいて、出力軸14の回転速度を算出する。算出部32は、例えば、電圧波形Wが所定の閾値を1周期毎に跨いだ時に入力されるクランクセンサ信号を検知し、クランクセンサ信号の入力間隔時間から、エンジン10の出力軸14の回転速度を算出する。算出部32は、例えば、中央演算処理装置を備えるマイクロコンピュータである。
The
増幅部33は、出力軸14の回転速度が所定の速度以下の場合、電圧波形Wの振幅を持ち上げる。増幅部33は、例えば、出力軸14の回転速度が所定の速度Vth以下と算出部32により算出された場合、クランクセンサ20のコイルに電流を供給することによって、電圧波形Wの振幅を持ち上げる電流供給回路である。
The amplifying
モータ50は、出力軸14と動力分割機構40を介して連結する回転軸51を有する。モータ50は、例えば、回転軸51を回転させることで車両を走行させる電動機として機能する一方で、車両の車輪又は出力軸14により駆動される発電機として機能する、モータジェネレータである。
The
動力分割機構40は、出力軸14と回転軸51とを分断又は連結する機構の一例である。出力軸14と回転軸51とが動力分割機構40により分断されている場合、出力軸14の回転は回転軸51に伝達されず、出力軸14と回転軸51とが動力分割機構40により連結されている場合、出力軸14の回転に伴って回転軸51は回転する。
The
レゾルバ60は、モータ50の回転軸51の0°から360°までの回転角度位置を検知し、各回転角度位置に応じたアナログの検知信号を出力する。
The
計測部70は、例えば、レゾルバ60から出力される検知信号に基づいて、回転軸51の回転角度位置の時間的変化を検出することによって、回転軸51の回転速度を所定の計測周期Tで計測する電子制御装置(いわゆる、ECU)である。計測部70は、例えば、レゾルバ60から出力される検知信号に基づいて、回転軸51の回転速度の一例であるレゾルバ回転数R[rpm]のデジタル値を所定の算出周期(つまり、計測周期T)で算出する。計測部70の具体例として、モータ50の回転軸51を回転させるモータ制御を実行するモータ制御装置などが挙げられる。
The measuring
算出部32は、回転軸51と動力分割機構40を介して連結する出力軸14の回転速度が所定の速度Vth以下の場合、計測部70により計測される回転軸51の回転速度に基づいて、増幅部33が電圧波形Wの振幅を持ち上げる時間を算出する。
When the rotation speed of the
エンジン10の出力軸14とモータ50の回転軸51とが連結しているので、出力軸14の回転速度を回転軸51の回転速度で代用することができる。したがって、回転速度検出装置1は、出力軸14の回転速度が所定の速度Vth以下の場合、電圧波形Wの振幅持ち上げ時間の算出に出力軸14の回転速度が使えなくても、回転軸51の回転速度に基づいて、電圧波形Wの振幅持ち上げ時間を正しく算出できる。
Since the
例えば図4で示した上述の算出方法では、本来必要な長さよりも短い振幅持ち上げ時間が算出されるので、電圧波形の振幅を本来必要な電圧まで十分に持ち上げることができない。図4のように電圧波形の振幅が十分に持ち上がらずに終了することでクランクセンサのコイルに発生する逆起電力によって、電圧波形が本来のタイミングとは異なるタイミングで閾値を跨ぐおそれがある。電圧波形が本来のタイミングとは異なるタイミングで閾値を跨いでしまうと、クランクセンサ信号Cの入力間隔時間からエンジンの出力軸の回転速度を正しく算出することができない。 For example, in the above-described calculation method shown in FIG. 4, since the amplitude lifting time shorter than the originally required length is calculated, the amplitude of the voltage waveform cannot be sufficiently raised to the originally required voltage. When the amplitude of the voltage waveform is not sufficiently raised as shown in FIG. 4, the voltage waveform may cross the threshold at a timing different from the original timing due to the back electromotive force generated in the coil of the crank sensor. If the voltage waveform crosses the threshold at a timing different from the original timing, the rotational speed of the engine output shaft cannot be correctly calculated from the input interval time of the crank sensor signal C.
これに対し、本実施形態の回転速度検出装置1は、入力間隔時間T0の経過直後に、エンジンの出力軸の回転速度の急激な低下によりクランクロータ11の回転速度が急激に低下しても、回転軸51の回転速度に基づいて電圧波形Wの振幅持ち上げ時間を正しく算出できる。その結果、電圧波形Wの振幅を必要な電圧まで十分に持ち上げることができる。したがって、電圧波形が本来のタイミングとは異なるタイミングで閾値を跨ぐことを防止することができ、クランクセンサ信号Cの入力間隔時間からエンジンの出力軸の回転速度を正しく算出することができる。
On the other hand, the rotational
図6は、回転速度検出装置1の算出部32により実行される処理の流れの一例を示す図である。図7は、算出部32により実行される処理の流れの一例を示すタイミングチャートである。図6の各処理について、図7を参照して説明する。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a flow of processing executed by the
ステップS10において、算出部32は、現在の出力軸14の回転速度が所定の速度Vthを超える高回転領域内にあるのか所定の速度Vth以下の低回転領域内にあるのかを判定する。算出部32は、例えば、電圧波形Wに基づいて算出された現在の出力軸14の回転速度が所定の速度Vth以下か否かを判定する。
In step S <b> 10, the
算出部32は、現在の出力軸14の回転速度が所定の速度Vthを超える高回転領域内にあると判定した場合、電圧波形Wの振幅を持ち上げるための処理(ステップS20,S30,S40,S50)を実行しない。一方、算出部32は、現在の出力軸14の回転速度が所定の速度Vth以下の低回転領域内にあると判定した場合、電圧波形Wの振幅の持ち上げるための処理(ステップS20,S30,S40,S50)を実行する。
When the
算出部32は、電圧波形Wが所定の閾値を1周期毎に跨いだ時(すなわち、クランクセンサ信号が算出部32に入力されたステップS20の時)に、後述のステップS42で算出されるレゾルバ回転数積算値SをステップS30で初期化する。図7の場合、算出部32は、タイミングt1,t2,t3,t6で、レゾルバ回転数積算値Sを初期化する。
The
算出部32は、レゾルバ回転数積算値Sの初期化後に、ステップS40の定期処理をステップS41,S42,S43の順に繰り返して実行する。算出部32は、例えば、マイクロコンピュータに搭載されるタイマでステップS40の定期処理を実行する。
After initialization of the resolver rotation speed integrated value S, the
ステップS41において、算出部32は、回転軸51の回転速度(例えば、レゾルバ回転数R[rpm]のデジタル値)を計測周期Tで計測部70から取得する。計測周期Tは、電圧波形Wの1周期よりも短い。
In step S <b> 41, the
ステップS42において、算出部32は、計測部70により計測された回転軸51の回転速度と計測周期Tとに基づいて、レゾルバ回転数積算値Sを算出する。レゾルバ回転数積算値Sは、前回のクランクセンサ信号が算出部32に入力された時からクランクロータ11が回転した角度を表し、その単位は、[CA(crank angle)]である。
In step S <b> 42, the
算出部32は、例えば、図6のステップS42に記載された算出式に従い、計測周期T毎に取得されるレゾルバ回転数R[rpm]のデジタル値を計測周期T毎に積算することによって、レゾルバ回転数積算値Sを算出できる。この算出式において、前回値は、今回値に対して一計測周期T前の値を示す。
For example, according to the calculation formula described in step S42 in FIG. 6, the
なお、前回のクランクセンサ信号が算出部32に入力された時から回転速度のデジタル値を積算して回転角度を算出することは、前回のクランクセンサ信号が算出部32に入力された時から回転速度のアナログ値を積分して回転角度を算出することと等価である。
Note that the rotation angle is calculated by adding the digital value of the rotation speed from the time when the previous crank sensor signal is input to the
ステップS43において、算出部32は、直前のステップS43において算出されたレゾルバ回転数積算値Sが、電圧波形Wの振幅持ち上げ時間に対応する回転角度範囲(振幅持ち上げ角度範囲)内であるか否かを判定することによって、振幅持ち上げを実行するか否かを判定する。算出部32は、直前のステップS43において算出されたレゾルバ回転数積算値Sが振幅持ち上げ角度範囲外である場合、電圧波形Wの振幅持ち上げを実行しない。一方、算出部32は、直前のステップS43において算出されたレゾルバ回転数積算値Sが振幅持ち上げ角度範囲内である場合、電圧波形Wの振幅持ち上げを実行する。
In step S43, the
図8は、ステップS43の振幅持ち上げ判定の処理の一例を示す図である。振幅持ち上げ角度範囲は、例えば、「S(Max)/2<S<S(Max)×3/4」である。S(Max)は、クランクロータ11の1歯分の回転角度を表し、例えば36個の歯12を有するクランクロータ11の場合、360/36=10[CA]に相当する。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the amplitude lifting determination process in step S43. The amplitude lifting angle range is, for example, “S (Max) / 2 <S <S (Max) × 3/4”. S (Max) represents the rotation angle of one tooth of the
したがって、算出部32は、「S(Max)/2<S<S(Max)×3/4」が成立するときに電圧波形Wの振幅持ち上げを実行することで、タイミングt4からタイミングt5までの振幅持ち上げ時間に、電圧波形Wの振幅持ち上げを実行できる。タイミングt4は、前回のクランクセンサ信号が算出部32に入力されたタイミングt3から電圧波形Wの半周期経過した時点を表し、タイミングt5は、タイミングt3から4分の3周期経過した時点を表す。このように、算出部32は、電圧波形Wの1周期よりも短いタイミングでも(すなわち、クランクセンサ信号が途絶するタイミングでも)、電圧波形Wの振幅を持ち上げできる。
Therefore, the
そして、図6のステップS50において、算出部32は、次のクランクセンサ信号が入力されるまで周期的にステップS40の定期処理を実行する。算出部32は、ステップS40の処理の実行中に次のクランクセンサ信号が入力した時、ステップS40の処理を中断し、ステップS20の処理から再び開始する。
In step S50 in FIG. 6, the
以上、回転速度検出装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。 The rotation speed detection device has been described above by way of the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment. Various modifications and improvements such as combinations and substitutions with some or all of the other embodiments are possible within the scope of the present invention.
例えば、クランクセンサ信号は、電圧波形が閾値を上から下に跨いだ時に入力されるものでもよいし、電圧波形が閾値を下から上に跨いだ時に入力されるものでもよい。 For example, the crank sensor signal may be input when the voltage waveform straddles the threshold value from the top to the bottom, or may be input when the voltage waveform straddles the threshold value from the bottom to the top.
1 回転速度検出装置
10 エンジン
11 クランクロータ
14 出力軸
20 クランクセンサ
30 制御部
31 推定部
32 算出部
33 増幅部
40 動力分割機構
50 モータ
51 回転軸
60 レゾルバ
70 計測部
W 電圧波形
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記クランクロータの回転速度が低下するほど振幅が小さくなる電圧波形を出力するクランクセンサと、
前記電圧波形に基づいて、前記出力軸の回転速度を算出する算出部と、
前記出力軸と連結する回転軸を有するモータと、
前記回転軸の回転角度位置を検知し、前記回転角度位置に応じた検知信号を出力するレゾルバと、
前記検知信号に基づいて、前記回転軸の回転速度を計測する計測部と、
前記電圧波形の振幅を持ち上げる増幅部とを備え、
前記算出部は、前記出力軸の回転速度が所定の速度以下の場合、前記計測部により計測される前記回転軸の回転速度に基づいて、前記増幅部が前記電圧波形の振幅を持ち上げる時間を算出する、回転速度検出装置。 A crank rotor that rotates with the output shaft of the engine;
A crank sensor that outputs a voltage waveform whose amplitude decreases as the rotational speed of the crank rotor decreases;
A calculation unit that calculates a rotation speed of the output shaft based on the voltage waveform;
A motor having a rotating shaft coupled to the output shaft;
A resolver that detects a rotation angle position of the rotation shaft and outputs a detection signal according to the rotation angle position;
Based on the detection signal, a measurement unit that measures the rotational speed of the rotary shaft;
An amplification unit that raises the amplitude of the voltage waveform,
The calculation unit calculates a time for the amplification unit to increase the amplitude of the voltage waveform based on the rotation speed of the rotation shaft measured by the measurement unit when the rotation speed of the output shaft is equal to or lower than a predetermined speed. Rotation speed detection device.
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