JP2019045206A - 回転速度検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】精度良く回転体の回転速度を検出できる回転速度検出装置を提供する。【解決手段】回転速度検出装置1は、磁気検出素子20の検出結果に応じて、第1パルスを出力する第1パルス出力タイミングが記憶されている第1タイミング記憶部40と、第1パルスが出力された時と直前の第1パルスが出力された時との間において、予め設定された数で等分した磁場角度毎に第2パルスを出力するように第2パルス出力タイミングが記憶されている第2タイミング記憶部50と、第1パルスが出力された時と直前の第1パルスが出力された時との間の時間を予め設定された数で等分し、等分された時間に応じた磁場角度を演算する磁場角度演算部70と、磁場角度演算部70により演算された磁場角度の時に第2パルスを出力するように、第2タイミング記憶部50に記憶された第2パルス出力タイミングを補正する補正部80と、を備える。【選択図】図2
Description
本発明は、回転体の回転速度を検出する回転速度検出装置に関する。
従来、回転体の回転速度を検出するために、回転速度検出装置が用いられてきた。このような回転体の回転速度を検出する技術として、例えば特許文献1−3に記載のものがある。
特許文献1に記載の回転速度検出装置は、車両の車輪の回転速度に比例する回転速度で駆動されるロータと、当該ロータの周方向に形成された磁気マーカの移動を磁気的に検出する磁気センサと、ロータより大きい周速度で車輪の回転速度に比例する回転速度で駆動されるサブロータと、当該サブロータの周方向に形成されたサブ磁気マーカの移動を磁気的に検出するサブ磁気センサと、サブロータをロータよりも大きい周速度で回転駆動する増速手段と、備えて構成される。
特許文献2に記載の回転速度検出装置は、複数の磁気トラックが等ピッチ間隔で着磁された磁気ドラムと、当該磁気ドラムの着磁面に所定間隔を開けて磁気抵抗素子を対向させたMRセンサと、当該MRセンサから出力される正弦波信号に基づき磁気ドラムの回転速度を演算して信号出力する演算装置とを備えて構成される。磁気ドラムの回転軸は、同一歯数からなる一対のギヤを介して車両の車軸と連動し、車軸に固定された車輪と同一速度で回転するように構成されている。
特許文献3に記載のセンサ信号処理装置は、回転体の回転に応じて出力される交流の検出信号を受け取る受取部と、検出信号の波高に応じて設定されるしきい値に基づいて検出信号の周期に応じた周期信号を生成する周期信号生成部と、検出信号の波高よりも小さい値に設定された所定の変化量を超えて検出信号が変化するごとに変化検出信号を生成する変化検出信号生成部と、周期信号と変化検出信号とをそれぞれ異なるパルス波形を用いて合成して出力信号として出力する出力部と、を備えている。
特許文献1及び2に記載の技術は、車輪が極低速で回転している状態の当該車輪の回転速度を検出する際に、車軸に搭載されたマグネットロータとは別にギヤやサブロータを介して更に早く回転するロータの回転を検出することで極低速時にもパルス出力が得られるように構成されている。このため、ギヤやサブロータを別途設ける必要があるため、コストアップの要因となる。
一方、特許文献3に記載の技術は、回転体の回転に応じて得られる信号の波形が理想的な波形(例えば正弦波)でない場合には、パルスを出力するタイミングが変動し、改良の余地がある。
そこで、回転体の回転に応じて得られる信号の波形が理想的なものでない場合であっても、精度良く回転体の回転速度を検出することが可能で、且つ、低コストで実現できる回転速度検出装置が求められる。
本発明に係る回転速度検出装置の特徴構成は、回転体と同軸心上で回転し、前記回転体の周方向に沿って複数の磁石が配置されたマグネットロータと、前記磁石に対向して設けられ、前記マグネットロータの回転に応じて変化する磁束の大きさを検出する磁気検出素子と、前記回転体の回転時における前記磁気検出素子の検出結果を磁束密度と前記回転体の回転角との関係で記憶する記憶部と、前記検出結果のうち、互いに異なる磁極が隣接する一対の前記磁石の周方向長さに応じた角度だけ前記マグネットロータが回転した際の検出結果が0度から360度までの磁場角度と時間との関係に変換された変換データにおいて、前記磁場角度が0度の時に第1パルスを出力するように第1パルス出力タイミングが記憶されている第1タイミング記憶部と、前記第1パルスが出力された時と直前の前記第1パルスが出力された時との間において、予め設定された数で等分した前記磁場角度毎に第2パルスを出力するように第2パルス出力タイミングが記憶されている第2タイミング記憶部と、前記第2パルス出力タイミングの補正指示を取得した場合に、前記変換データにおいて、前記第1パルスが出力された時と前記直前の第1パルスが出力された時との間の時間を前記予め設定された数で等分し、等分された時間に応じた前記磁場角度を演算する磁場角度演算部と、前記磁場角度演算部により演算された磁場角度の時に前記第2パルスを出力するように、前記第2タイミング記憶部に記憶された前記第2パルス出力タイミングを補正する補正部と、前記第1タイミング記憶部に記憶された前記第1パルス出力タイミングで前記第1パルスを出力し、前記第2タイミング記憶部に記憶された前記第2パルス出力タイミングで前記第2パルスを出力するパルス出力部と、を備えている点にある。
このような特徴構成とすれば、出力パルスの出力タイミングを自動的にキャリブレーションすることができるので、回転速度が著しく低下した場合であっても出力パルスの出力タイミングを一定間隔に制御することが可能となる。したがって、回転体の回転に応じて得られる信号の波形が理想的なものでない場合であっても、精度良く回転体の回転速度を検出することが可能となる。また、出力パルスの出力タイミングをキャリブレーションするにあたり、例えばギヤ機構等を設ける必要がないので、低コストで実現できる。
また、前記補正部は、前記回転体が、予め規定された範囲の一定速度での回転中、及び予め規定された範囲の一定加速度での回転中の少なくともいずれか一方である場合に、前記第2パルス出力タイミングを補正すると好適である。
このような構成とすれば、回転体が安定して回転している状態の回転速度を用いることができるので、適切に出力パルスの出力タイミングをキャリブレーションすることが可能となる。
また、前記回転体は車両の車輪の回転に応じて回転し、前記補正指示は前記車両の始動指示であると好適である。
このような構成とすれば、車両を駐車する際に車速が著しく低速になった際でも、精度良く車両の速度を検出することが可能となる。
また、前記補正部は、前記第2タイミング記憶部に記憶されている補正前の前記第2パルス出力タイミングと、前記磁場角度演算部により演算された磁場角度に基づく前記第2パルス出力タイミングとの時間差が予め設定された時間差内である場合には、前記第2タイミング記憶部に記憶されている前記第2パルス出力タイミングの補正を保留すると好適である。
このような構成とすれば、第2タイミング記憶部の書き込み回数の増大を抑制することができる。したがって、第2タイミング記憶部の記憶回数に制限がある場合でも、第2タイミング記憶部の寿命が短くなることを抑制できる。
本発明に係る回転速度検出装置は、回転体の回転に応じて得られる信号の波形が理想的なものでない場合であっても、精度良く回転体の回転速度を検出することができるように構成される。以下、本実施形態の回転速度検出装置1について説明する。
図1には、本実施形態に係る回転速度検出装置1の配置例が示される。本実施形態では、図1に示されるように、回転速度検出装置1は、車両が有する車輪の回転に応じて回転するタイヤ3の回転速度を検出する場合の例を挙げて説明する。したがって、本実施形態では、回転体2はタイヤ3が相当する。
図2は、回転速度検出装置1の構成を模式的に示したブロック図である。図2に示されるように、回転速度検出装置1は、マグネットロータ10、磁気検出素子20、記憶部30、第1タイミング記憶部40、第2タイミング記憶部50、補正指示取得部60、磁場角度演算部70、補正部80、パルス出力部90の各機能部を備えて構成され、各機能部は、回転体2の回転速度の検出に係る処理を行うために、CPUを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。
マグネットロータ10は、タイヤ3と同軸心上で回転し、当該回転体2の周方向に沿って複数の磁石11が配置されている。本実施形態では、マグネットロータ10は円板状に構成され、タイヤ3の径方向内側に設けられる。円板状の周方向に沿って、互いに異なる磁極が隣接するように、複数の磁石11が配置される。これにより、タイヤ3の回転に合わせて、タイヤ3と同軸芯上で磁石11も回転することになる。この回転により、磁石11の周囲に生じる磁力線が変化する。
磁気検出素子20は、磁石11に対向して設けられ、マグネットロータ10の回転に応じて変化する磁束の大きさを検出する。本実施形態では、磁気検出素子20は、マグネットロータ10の外周面において磁石11に対向して配置される。このため、磁石11はマグネットロータ10の外周面においても互いに異なる磁極が隣接するように配置されると好適である。なお、磁気検出素子20は、マグネットロータ10の軸方向一方の端面において磁石11に対向して配置しても良い。これにより、磁気検出素子20は、マグネットロータ10の回転に応じて変化する磁力線に基づく磁束の大きさ(磁束密度)を検出することが可能となる。このような磁気検出素子20は、例えばホール素子や磁気抵抗効果素子を用いて構成することが可能である。なお、磁気検出素子20は1つで構成しても良いし、互いに検出結果の位相が異なるように2つの磁気検出素子20を備え、当該2つの磁気検出素子20の検出結果の差動演算結果を磁気検出素子20の検出結果として用いても良い。以下では、理解を容易にするために、1つの磁気検出素子20を備えた場合の例を挙げて説明する。
記憶部30は、タイヤ3の回転時における磁気検出素子20の検出結果を磁束密度と回転体2の回転角との関係で記憶する。磁気検出素子20は、タイヤ3の回転に合わせて変化する磁束密度を検出する。記憶部30には、磁気検出素子20からこのような検出結果が順次伝達され、磁束密度と回転角との関係として時系列に沿って記憶する。記憶部30に記憶される磁束密度と回転角との関係からなる検出結果の一例が図3の(a)に示される。
第1タイミング記憶部40には、検出結果のうち、互いに異なる磁極が隣接する一対の磁石11の周方向長さに応じた角度だけマグネットロータ10が回転した際の検出結果が0度から360度までの磁場角度と時間との関係に変換された変換データにおいて、磁場角度が0度の時に第1パルスを出力するように第1パルス出力タイミングが記憶されている。上述したように、磁石11はマグネットロータ10において互いに隣接する磁極が異なるように配置される。したがって、マグネットロータ10の回転に合わせて、磁気検出素子20により検出される磁束の方向が変化する。タイヤ3が一定の速度で回転しているとすると、この磁束の方向は、周期的に変化することになる。このような磁束の方向の周期的な変化が、磁気検出素子20の検出結果として上記記憶部30に記憶される。
磁気検出素子20の検出結果は、時系列に沿って記憶部30に記憶される。「互いに異なる磁極が隣接する一対の磁石11の周方向長さに応じた角度だけマグネットロータ10が回転した際の検出結果」とは、記憶部30に記憶された検出結果における、一対のN極及びS極が磁気検出素子20を通過する分だけ回転体2が回転した際に取得された検出結果であり、具体的には図2に示される角度Rだけ回転体2が回転した際に取得された検出結果が相当する。このような検出結果は、周期的に変化する検出結果における1周期分の検出結果にあたり、図3の例では、時間Tの間の検出結果が相当する。
回転速度検出装置1においては、この時間Tにおける検出結果を0度〜360度までの磁気角度と時間との関係に変換した変換データとして取り扱われる。このような変換データの一例が、図3の(b)に示される。第1パルスは、図3の(c)に示されるように、磁気角度が0度の時に後述するパルス出力部90により出力される。したがって、第1パルスは、マグネットロータ10が一定の速度で回転している時には、時間T毎に出力される信号にあたる。図3の(c)の例では理解を容易にするために、第1パルスは他のパルス(後述する第2パルス)よりも波高値を大きく示している。
例えば、回転速度検出装置1を最初に車両に搭載した時点では、第2タイミング記憶部50は、第1パルスが出力された時と直前の第1パルスが出力された時との間において、予め設定された数で等分した磁場角度毎に第2パルスを出力するように第2パルス出力タイミングが記憶されている。「第1パルスが出力された時と直前の第1パルスが出力された時との間」とは、時間Tの間である。図3の(c)の例では、t1とt5との間が相当する。「予め設定された数」とは、整数であって、2つの第1パルスの間に出力する「第2パルスの数+1」にあたる。タイヤ3の回転速度が遅い場合には、この数が大きい程、回転速度検出装置1が精度良く回転速度を検出することが可能となるが、演算負荷も大きくなるので、この数は要求精度に応じて設定すると好適である。本実施形態では、この数として4が設定されているとする。したがって、「予め設定された数で等分した磁場角度毎」とは、360度を4で除した「90度毎」が相当する。このため、図3の例では、磁場角度が90度であるt2、磁場角度が180度であるt3、磁場角度が270度であるt4の時に、第2パルスが出力される。このような第2パルスを出力するタイミング、すなわち、磁場角度が第2パルス出力タイミングとして第2タイミング記憶部50に記憶されている。
ここで、図3の例では磁束の振幅が理想的な状態であって、磁場角度と時間との関係がリニアな場合を示したが、例えば回転速度検出装置1の車両への搭載状態によっては、図4の(a)に示されるように、図3の(a)の検出結果と比べて歪が生じることがある。係る場合、図4の(b)に示されるように、磁場角度と時間との関係も直線性が損なわれる。このため、第2タイミング記憶部50に記憶されている第2パルス出力タイミング(例えば磁場角度が90度、180度、270度の時)で第2パルスを出力すると、図4の(c)に示されるように、第1パルスと第2パルスとの間隔(例えばt1で出力される第1パルスとt2で出力される第2パルスとの間隔)と、第2パルス同士の間隔(例えばt2で出力される第2パルスとt3で出力される第2パルスとの間隔)とが一定でなくなり、精度良く回転速度を検出することができなくなる。
そこで、本回転速度検出装置1にあっては、磁場角度演算部70が、第2パルス出力タイミングの補正指示を取得した場合に、変換データにおいて、第1パルスが出力された時と直前の第1パルスが出力された時との間の時間を予め設定された数で等分し、等分された時間に応じた磁場角度を演算するように構成されている。「第2パルス出力タイミングの補正指示を取得した場合」とは、回転速度検出装置1の上位システムから出力された補正指示を受け取った場合であり、例えば回転速度検出装置1を車両に最初に搭載した場合が相当する。このような上位システムからの補正指示は、補正指示取得部60が取得する。補正指示取得部60が補正指示を取得すると、磁場角度演算部70に補正指示が取得されたことを示す情報が伝達される。
磁場角度演算部70は、補正指示取得部60から前記情報が伝達されると、「変換データにおいて、第1パルスが出力された時と直前の第1パルスが出力された時との間の時間」である時間Tを「予め設定された数」である4で等分する。この場合、図5の(b)に示されるように、等分した結果は、夫々「1/4×T」、「2/4×T」、「3/4×T」、「T」となる。次に、この等分した結果(時間)と、図5の(a)に示される変換データとを用いて、磁場角度を演算する。具体的には、1/4×Tの時の磁場角度、2/4×Tの時の磁場角度、3/4×Tの時の磁場角度、Tの時の磁場角度を演算する。本実施形態では、1/4×Tの時の磁場角度は140度であり、2/4×Tの時の磁場角度は180度であり、3/4×Tの時の磁場角度は240度である。なお、Tの時の磁場角度は、0度或いは360度であるので演算は省略しても良い。このような磁場角度演算部70の演算結果は、後述する補正部80に伝達される。
補正部80は、磁場角度演算部70により演算された磁場角度の時に第2パルスを出力するように、第2タイミング記憶部50に記憶された第2パルス出力タイミングを補正する。
パルス出力部90は、第1タイミング記憶部40に記憶された第1パルス出力タイミングで第1パルスを出力し、第2タイミング記憶部50に記憶された第2パルス出力タイミングで第2パルスを出力する。これにより図5に示されるように、磁気検出素子20の検出結果が非線形である場合であっても、2つの第1パルスの間において、等間隔で第2パルスを出力することができ、精度良く回転速度を検出することが可能となる。
上述した第2パルス出力タイミングの補正を適切に行うために、補正部80は、タイヤ3が、予め規定された範囲の一定速度での回転中、及び予め規定された範囲の一定加速度での回転中の少なくともいずれか一方である場合に、第2パルス出力タイミングを補正すると好適である。「予め規定された範囲の一定速度での回転中」とは、タイヤ3が所定の速度に対しバラツキが小さい状態で回転していることを言う。「予め規定された範囲の一定加速度での回転中」とは、タイヤ3が所定の加速度に対しバラツキが小さい状態で加速しながら回転していることを言う。このような状態は、タイヤ3の回転速度の変動に対する誤差を低減できるので、適切に第2パルス出力タイミングを補正することが可能となる。補正部80は、補正指示取得部60から補正指示を取得し、タイヤ3がこのような2つの状態の少なくともいずれか一方である場合に、第2パルス出力タイミングを補正すると好適である。これにより、タイヤ3の回転速度が極低速度になった場合でも第2パルスを適切な間隔で出力することが可能となる。
なお、補正指示は車両の始動指示であると好適である。車両の始動指示とは、車両を走行可能とする指示(例えばエンジンスタートボタンの押下や、モータ始動ボタンの押下)である。このような指示がなされた時に、補正を行うことで、車両が走行する度に、回転速度検出装置1をキャリブレーションすることが可能となる。また、常時、第2パルス出力タイミングを補正しないようにできるので、第2タイミング記憶部50の記憶回数の増大を抑制することも可能となる。
また、補正部80は、第2タイミング記憶部50に記憶されている補正前の第2パルス出力タイミングと、磁場角度演算部70により演算された磁場角度に基づく第2パルス出力タイミングとの時間差が予め設定された時間差内である場合には、第2タイミング記憶部50に記憶されている第2パルス出力タイミングの補正を保留すると好適である。「第2タイミング記憶部50に記憶されている補正前の第2パルス出力タイミング」とは、回転速度検出装置1が、第2パルスを出力する際に用いる第2パルス出力タイミングである。「磁場角度演算部70により演算された磁場角度に基づく第2パルス出力タイミング」とは、磁場角度演算部70により演算された磁場角度を使って、第2タイミング記憶部50に記憶されている第2パルス出力タイミングの補正に用いるために算定した第2パルス出力タイミングである。補正部80は、この2つの第2パルス出力タイミングの時間差が予め設定された時間差内、すなわち、両者の時間差が小さい場合には、第2タイミング記憶部50に記憶されている第2パルス出力タイミングを補正することなく、このまま使用するようにする。これにより、第2タイミング記憶部50の記憶回数の増大を更に抑制することが可能となる。
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、回転体2としてタイヤ3を例に挙げて説明したが、回転体2はタイヤ3以外のもの、例えば回転軸であっても良い。
上記実施形態では、回転体2としてタイヤ3を例に挙げて説明したが、回転体2はタイヤ3以外のもの、例えば回転軸であっても良い。
上記実施形態では、補正部80は、回転体2が、予め規定された範囲の一定速度での回転中、及び予め規定された範囲の一定加速度での回転中の少なくともいずれか一方である場合に、第2パルス出力タイミングを補正すると好適であるとして説明した。しかしながら、補正部80は、回転体2が、予め規定された範囲の一定速度で回転していない場合であっても第2パルス出力タイミングを補正するように構成することが可能であるし、回転体2が、予め規定された範囲の一定加速度で回転していない場合であっても第2パルス出力タイミングを補正するように構成することも可能である。
上記実施形態では、補正指示は車両の始動指示であるとして説明したが、補正指示は車両の始動指示以外のものとすることも可能である。
上記実施形態では、補正部80は、第2タイミング記憶部50に記憶されている補正前の第2パルス出力タイミングと、磁場角度演算部70により演算された磁場角度に基づく第2パルス出力タイミングとの時間差が予め設定された時間差内である場合には、第2タイミング記憶部50に記憶されている第2パルス出力タイミングの補正を保留するとして説明した。しかしながら、補正部80は、第2タイミング記憶部50に記憶されている補正前の第2パルス出力タイミングと、磁場角度演算部70により演算された磁場角度に基づく第2パルス出力タイミングとの時間差が予め設定された時間差内である場合でも、第2タイミング記憶部50に記憶されている第2パルス出力タイミングの補正を行うように構成することも可能である。
上記実施形態では、補正部80は互いに異なる磁極が隣接する一対の磁石11の周方向長さに応じた角度だけマグネットロータ10が回転した際の検出結果に基づいて第2タイミング記憶部50に記憶された第2パルス出力タイミングを補正するとして説明した。これに代えて、補正部80は、まず、互いに異なる磁極が隣接する一対の磁石11の周方向長さに応じた角度だけマグネットロータ10が回転した際の検出結果を複数取得し、夫々の回転速度の偏差が、所定値以内であるか否かを判定し、当該偏差が所定値以内である場合に、第2タイミング記憶部50に記憶された第2パルス出力タイミングを補正するように構成することも可能である。また、夫々の回転加速度の偏差が、所定値以内であるか否かを判定し、当該偏差が所定値以内である場合に、第2タイミング記憶部50に記憶された第2パルス出力タイミングを補正するように構成することも可能である。
上記実施形態では、2つの第1パルスの間に出力される第2パルスが3つの場合の例を挙げて説明したが、これは単なる例示であり、第2パルスは3つ未満とすることも、4つ以上とすることも可能である。この場合には、第2パルスの数に応じて「予め設定された数」を変更すると良い。
本発明は、回転体の回転速度を検出する回転速度検出装置に用いることが可能である。
1:回転速度検出装置
2:回転体
10:マグネットロータ
11:磁石
20:磁気検出素子
30:記憶部
40:第1タイミング記憶部
50:第2タイミング記憶部
70:磁場角度演算部
80:補正部
90:パルス出力部
2:回転体
10:マグネットロータ
11:磁石
20:磁気検出素子
30:記憶部
40:第1タイミング記憶部
50:第2タイミング記憶部
70:磁場角度演算部
80:補正部
90:パルス出力部
Claims (4)
- 回転体と同軸心上で回転し、前記回転体の周方向に沿って複数の磁石が配置されたマグネットロータと、
前記磁石に対向して設けられ、前記マグネットロータの回転に応じて変化する磁束の大きさを検出する磁気検出素子と、
前記回転体の回転時における前記磁気検出素子の検出結果を磁束密度と前記回転体の回転角との関係で記憶する記憶部と、
前記検出結果のうち、互いに異なる磁極が隣接する一対の前記磁石の周方向長さに応じた角度だけ前記マグネットロータが回転した際の検出結果が0度から360度までの磁場角度と時間との関係に変換された変換データにおいて、前記磁場角度が0度の時に第1パルスを出力するように第1パルス出力タイミングが記憶されている第1タイミング記憶部と、
前記第1パルスが出力された時と直前の前記第1パルスが出力された時との間において、予め設定された数で等分した前記磁場角度毎に第2パルスを出力するように第2パルス出力タイミングが記憶されている第2タイミング記憶部と、
前記第2パルス出力タイミングの補正指示を取得した場合に、前記変換データにおいて、前記第1パルスが出力された時と前記直前の第1パルスが出力された時との間の時間を前記予め設定された数で等分し、等分された時間に応じた前記磁場角度を演算する磁場角度演算部と、
前記磁場角度演算部により演算された磁場角度の時に前記第2パルスを出力するように、前記第2タイミング記憶部に記憶された前記第2パルス出力タイミングを補正する補正部と、
前記第1タイミング記憶部に記憶された前記第1パルス出力タイミングで前記第1パルスを出力し、前記第2タイミング記憶部に記憶された前記第2パルス出力タイミングで前記第2パルスを出力するパルス出力部と、
を備える回転速度検出装置。 - 前記補正部は、前記回転体が、予め規定された範囲の一定速度での回転中、及び予め規定された範囲の一定加速度での回転中の少なくともいずれか一方である場合に、前記第2パルス出力タイミングを補正する請求項1に記載の回転速度検出装置。
- 前記回転体は車両の車輪の回転に応じて回転し、
前記補正指示は前記車両の始動指示である請求項1又は2に記載の回転速度検出装置。 - 前記補正部は、前記第2タイミング記憶部に記憶されている補正前の前記第2パルス出力タイミングと、前記磁場角度演算部により演算された磁場角度に基づく前記第2パルス出力タイミングとの時間差が予め設定された時間差内である場合には、前記第2タイミング記憶部に記憶されている前記第2パルス出力タイミングの補正を保留する請求項1から3のいずれか一項に記載の回転速度検出装置。
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