JP2022029994A - 回転速度検出装置、および回転速度検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転速度の検出精度を向上させる回転速度検出装置、および回転速度検出方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係る回転速度検出装置は、検出部と、計測部と、算出部とを備える。検出部は、Ａ相信号、Ｂ相信号、およびＺ相信号を出力する回転センサから出力されるＡ相信号かＢ相信号の少なくとも一方に基づいて検出体が第１角度回転したことを検出する。計測部は、検出体が第１角度回転するまでの経過時間を計測する。算出部は、第１角度と経過時間とに基づいて回転速度を算出する。第１角度は、Ａ相またはＢ相で検出可能な最小検出角度よりも大きい角度である。【選択図】図１

Description

本発明は、回転速度検出装置、および回転速度検出方法に関する。

従来、Ａ相信号、およびＢ相信号をカウントすることによって、例えば、駆動モータの回転速度を算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１参照）。

特開２０１２－７０４９６号公報

しかしながら、従来技術では、ノイズの影響によって回転速度を正確に検出することができないおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転速度の検出精度を向上させる回転速度検出装置、および回転速度検出方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る回転速度検出装置は、検出部と、計測部と、算出部とを備える。検出部は、Ａ相信号、Ｂ相信号、およびＺ相信号を出力する回転センサから出力されるＡ相信号かＢ相信号の少なくとも一方に基づいて検出体が第１角度回転したことを検出する。計測部は、検出体が第１角度回転するまでの経過時間を計測する。算出部は、第１角度と経過時間とに基づいて回転速度を算出する。第１角度は、Ａ相またはＢ相で検出可能な最小検出角度よりも大きい角度である。

実施形態の一態様によれば、回転速度の検出精度を向上させることができる。

図１は、実施形態に係る回転速度検出方法の概要を示す図である。 図２は、実施形態に係る変速機の概略を示す模式図である。 図３は、実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 図４は、実施形態に係る、ドグクラッチの回転速度と、予約角度との関係を示す図である。 図５は、実施形態に係る回転速度算出処理を説明するフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、実施形態に係る回転速度検出装置、および回転速度検出方法について詳細に説明する。なお、本実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

＜回転速度検出方法の概要＞
まず、図１を用いて実施形態に係る回転速度検出方法の概要について説明する。図１は、実施形態に係る回転速度検出方法の概要を示す図である。実施形態に係る回転速度検出方法は、制御装置５（図２参照）によって実行される。

回転速度検出方法においては、検出対象である検出体の回転速度が検出される。例えば、車両に設けられた変速機１（図２参照）の係合部材の回転速度が検出される。係合部材は、クラッチや、ギヤを含む。クラッチは、例えば、ドグクラッチ２０（図２参照）である。ドグクラッチ２０は、例えば、入力シャフト２（図２参照）と共に回転する。ギヤは、例えば、入力ギヤ１０（図２参照）である。入力ギヤ１０は、例えば、出力シャフト３（図２参照）と共に回転する。なお、回転速度検出方法は、係合部材の回転速度検出に限られることはない。

回転速度検出方法では、回転センサ７０、７１（図２参照）から出力される信号に基づいて回転速度が検出される。回転センサ７０、７１は、例えば、エンコーダである。エンコーダは、Ａ相信号、Ｂ相信号、およびＺ相信号を出力するロータリエンコーダである。

回転速度検出方法では、或る時間ｔ０において、回転速度を検出するための所定角度（第１角度）が設定される（Ｓ１）。なお、所定角度は、Ａ相またはＢ相で検出可能な最小検出角度よりも大きい角度である。例えば、所定角度は、Ａ相またはＢ相で出力されるパルス信号の複数周期分である。

次に、時間ｔ１になると、Ａ相信号、およびＢ相信号に基づいて回転角度がＳ１で設定された所定角度に到達したことが検出され、回転角度が所定角度に到達するまでの到達時間（経過時間）が計測される（Ｓ２）。すなわち、係合部材が所定角度回転するまでの到達時間が計測される。例えば、時間ｔ１において、回転角度が所定角度になった場合には、時間ｔ０～ｔ１までの時間が、到達時間として計測される。なお、回転角度は、Ａ相信号かＢ相信号の少なくとも一方に基づいて、所定角度に到達したことが検出されてもよい。

そして、所定角度と、到達時間（経過時間）とに基づいて、回転速度が算出される（Ｓ３）。回転速度は、図１に示す、シャフト回転の傾きに対応する。

実施形態に係る回転速度検出方法を用いない比較例では、Ａ相信号、およびＢ相信号を角度に変換し、一定時間における角度変化量から回転速度を算出することが考えられる。しかし、このような比較例では、ノイズによる角度変化が検出されることによって、回転速度を精度良く検出できないおそれがある。

また、比較例では、Ｚ相信号に基づいて回転速度を算出することが考えられる。Ｚ相信号に基づいて検出される回転速度は、精度がよいものの、エンコーダが１回転する際に１回出力される信号であるため、低回転速度の場合には、Ｚ相信号のパルス信号が出力される時間間隔が長くなり、応答性が低下するおそれがある。

実施形態に係る回転速度検出方法では、設定された所定角度と、所定角度に到達するまでの到達時間とに基づいて回転速度が算出される。そのため、実施形態に係る回転速度検出方法は、ノイズによる角度変化の影響が低減された回転速度を検出することができ、回転速度の検出精度を向上させることができる。また、実施形態に係る回転速度検出方法は、パルスの間隔が短いＡ相信号、およびＢ相信号に基づいて回転速度を検出するため、応答性を向上させることができる。

＜変速機の全体構成＞
次に、回転速度が検出される変速機１について図２を参照し説明する。図２は、実施形態に係る変速機１の概略を示す模式図である。

変速機１は、車両に設けられる。変速機１は、複数の変速段を有する。図２では、前進４段の変速段を有する変速機１を一例として説明するが、これに限られることはない。なお、詳しい説明は省略するが、変速機１は、後進１段の変速段を有する。変速機１は、入力シャフト２と、出力シャフト３と、シフト機構４と、制御装置５とを備える。

入力シャフト２は、エンジンやモータなどの動力源の出力軸に接続される。入力シャフト２は、ベアリングを介して変速機カバーなどに、回転自在に支持される。入力シャフト２には、係合部材として、入力ギヤ１０、およびドグクラッチ２０が設けられる。入力ギヤ１０は、第１入力ギヤ１１と、第２入力ギヤ１２と、第３入力ギヤ１３と、第４入力ギヤ１４とを含む。ドグクラッチ２０は、第１ドグクラッチ２１と、第２ドグクラッチ２２とを含む。

出力シャフト３は、差動機構などを介して駆動輪に接続される。出力シャフト３は、ベアリングを介して変速機カバーなどに、回転自在に支持される。出力シャフト３には、出力ギヤ３０が設けられる。出力ギヤ３０は、第１出力ギヤ３１と、第２出力ギヤ３２と、第３出力ギヤ３３と、第４出力ギヤ３４とを含む。

第１入力ギヤ１１～第４入力ギヤ１４は、入力シャフト２に対して相対回転可能に設けられる。第１出力ギヤ３１～第４出力ギヤ３４は、出力シャフト３に対して相対回転不能に支持される。すなわち、第１出力ギヤ３１～第４出力ギヤ３４は、出力シャフト３と一体となり、回転する。

第１出力ギヤ３１は、第１入力ギヤ１１と噛み合っている。第２出力ギヤ３２は、第２入力ギヤ１２と噛み合っている。第３出力ギヤ３３は、第３入力ギヤ１３と噛み合っている。第４出力ギヤ３４は、第４入力ギヤ１４と噛み合っている。

そのため、第１入力ギヤ１１～第４入力ギヤ１４は、第１出力ギヤ３１～第４出力ギヤ３４、すなわち、出力シャフト３と一体となり、回転する。

シフト機構４は、第１ドグクラッチ２１と、第２ドグクラッチ２２と、シフトバレル４０と、第１シフトフォーク４１と、第２シフトフォーク４２と、アクチュエータ４３とを備える。

第１ドグクラッチ２１は、入力シャフト２に対して相対回転不能に設けられる。第１ドグクラッチ２１は、入力シャフト２の軸方向に沿って移動可能である。第２ドグクラッチ２２は、入力シャフト２に対して相対回転不能に設けられる。第２ドグクラッチ２２は、入力シャフト２の軸方向に沿って移動可能である。

シフトバレル４０は、アクチュエータ４３によって回転される。シフトバレル４０には、複数のシフト溝４０ａ、４０ｂが形成される。具体的には、シフトバレル４０には、２つのシフト溝４０ａ、４０ｂが形成される。２つのシフト溝４０ａ、４０ｂは、シフトバレル４０の回転によって第１シフトフォーク４１、および第２シフトフォーク４２を入力シャフト２の軸方向に沿って移動させるように形成される。

アクチュエータ４３は、シフトバレル４０と、第１シフトフォーク４１または第２シフトフォーク４２とを介してドグクラッチ２０を動作させる動作装置である。アクチュエータ４３は、例えば、ソレノイドによって油圧が制御されてシフトバレル４０を回転させる油圧アクチュエータである。なお、アクチュエータ４３は、電動モータであってもよい。

アクチュエータ４３によって、シフトバレル４０が回転すると、第１シフトフォーク４１、および第２シフトフォーク４２を介してドグクラッチ２０が移動する。これにより、ドグクラッチ２０と、入力ギヤ１０との係合状態が切り替えられ、変速段が切り替えられる。

例えば、第１ドグクラッチ２１が第１入力ギヤ１１に噛み合うことによって、入力シャフト２の回転が、第１ドグクラッチ２１、第１入力ギヤ１１、第１出力ギヤ３１、および出力シャフト３の順に伝達される。

ドグクラッチ２０と入力ギヤ１０とが係合される場合には、ドグクラッチ２０の噛合歯と、入力ギヤ１０の噛合歯とが干渉しないように、ドグクラッチ２０の動作タイミングが制御される。

制御装置５は、ドグクラッチ２０の回転角度、回転速度、および入力ギヤ１０の回転角度、回転速度に基づいて、ドグクラッチ２０の動作タイミングを制御し、ドグクラッチ２０と入力ギヤ１０とを係合させる。

次に、実施形態に係る制御装置５について図３を参照し説明する。図３は、実施形態に係る制御装置５の構成を示すブロック図である。制御装置５は、変速機１の変速要求がある場合に、回転センサ７０、７１からの信号に基づいて、ドグクラッチ２０、および入力ギヤ１０の回転角度、および回転速度を検出し、変速段を切り替える。変速機１の変速要求に関する信号は、例えば、車両全体を制御する車両制御装置から出力される。なお、以下では制御装置５の機能のうち、回転速度を検出する機能について説明する。すなわち、回転速度検出装置として機能する制御装置５について説明する。

回転センサ７０、７１は、例えば、エンコーダである。回転センサ７０は、入力シャフト２、すなわちドグクラッチ２０の回転に伴うＡ相信号、Ｂ相信号、およびＺ相信号を出力する。回転センサ７１は、出力シャフト３、すなわち入力ギヤ１０の回転に伴うＡ相信号、Ｂ相信号、およびＺ相信号を出力する。なお、以下では、回転センサ７０の回転速度検出を一例として説明するが、回転センサ７１の回転速度検出についても同様である。

制御装置５は、制御部５０と、記憶部５１とを備える。記憶部５１は、例えば、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。

制御部５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。

コンピュータのＣＰＵは、例えば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部５０の取得部５２、検出部５３、設定部５４、判定部５５、計測部５６、および算出部５７として機能する。

取得部５２は、回転センサ７０から出力されるＡ相信号、Ｂ相信号、およびＺ相信号を取得する。

検出部５３は、取得されたＡ相信号、Ｂ相信号、およびＺ相信号に基づいて、ドグクラッチ２０の回転を検出する。検出部５３は、Ｚ相信号に基づいて、ドグクラッチ２０の基準位置を検出する。基準位置は、例えば、０度に対応する位置である。Ｚ相信号は、ドグクラッチ２０、すなわち入力シャフト２が１回転すると、１つのパルス信号として出力される。

また、検出部５３は、Ａ相信号、およびＢ相信号に基づいて、ドグクラッチ２０が所定角度回転したことを検出する。検出部５３は、Ａ相信号、およびＢ相信号に基づいて、ドグクラッチ２０がどの程度回転しているかを検出する。すなわち、検出部５３は、Ａ相信号、およびＢ相信号に基づいて、ドグクラッチ２０の相対的な回転角度を検出する。検出部５３は、Ａ相信号、およびＢ相信号のパルス数に基づいて、ドグクラッチ２０の回転角度を検出する。検出部５３は、後述する判定部５５によって、回転角度が、所定角度になったと判定された場合に、ドグクラッチ２０が所定角度回転したことを検出する。

設定部５４は、ドグクラッチ２０の回転速度を検出するための所定角度を設定する。設定部５４は、所定周期内に、少なくとも１回の回転速度検出が行われるように、所定角度を設定する。所定周期は、予め設定された制御周期であり、例えば、１ｍｓである。所定角度は、現在の回転位置を基準にした角度である。すなわち、所定角度は、現在の回転位置を基準にして予約角度を加算した角度である。

設定部５４は、後述する算出部５７によって算出された回転速度に基づいて次回の回転速度検出のための所定角度を設定する。設定部５４は、例えば、図４に示すデータに基づいて、予約角度を設定する。図４は、実施形態に係る、ドグクラッチ２０の回転速度と、予約角度との関係を示す図である。図４に示すデータは、例えば、記憶部５１に記憶される。設定部５４は、ドグクラッチ２０の回転速度が大きくなるにつれて、予約角度を大きく設定する。すなわち、所定角度は、ドグクラッチ２０の回転速度が大きくなるにつれて、大きくなる。設定部５４は、算出部５７によって回転速度が算出されていない場合には、予め設定された初期角度を所定角度として設定する。

判定部５５は、回転速度を算出する割り込み処理の発生タイミングであるか否かを判定する。すなわち、判定部５５は、ドグクラッチ２０の回転速度の算出タイミングであるか否かを判定する。具体的には、判定部５５は、検出部５３によって検出された回転角度が、所定角度になったか否かを判定する。すなわち、判定部５５は、ドグクラッチ２０が所定角度となるまで回転したか否かを判定する。

計測部５６は、ドグクラッチ２０が所定角度となるまでの到達時間を計測する。すなわち、計測部５６は、ドグクラッチ２０が所定角度回転するまでの到達時間を計測する。計測部５６は、所定角度が設定された時間を基準としたカウントを開始し、所定角度に到達するまでの到達時間を計測する。

算出部５７は、検出部５３によってドグクラッチ２０が所定角度回転したことが検出された場合には、計測部５６によって計測された到達時間と、所定角度とに基づいて、ドグクラッチ２０の回転速度を算出する。算出部５７は、検出部５３によってドグクラッチ２０が所定角度回転したことが検出された場合には、回転速度を算出する割り込み処理を発生させて、ドグクラッチ２０の回転速度を算出する。算出部５７は、到達時間と、所定角度に含まれる予約角度とに基づいてドグクラッチ２０の回転速度を算出する。具体的には、算出部５７は、予約角度を到達時間で除算することによって、ドグクラッチ２０の回転速度を算出する。

＜回転速度算出処理＞
次に、実施形態に係る回転速度算出処理について図５を参照し説明する。図５は、実施形態に係る回転速度算出処理を説明するフローチャートである。

制御装置５は、ドグクラッチ２０の回転角度を検出する（Ｓ１００）。制御装置５は、ドグクラッチ２０の回転速度の算出タイミングであるか否かを判定する（Ｓ１０１）。

制御装置５は、算出タイミングではない場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、すなわち回転角度が、前回の処理によって設定された所定角度になっていない場合には、ドグクラッチ２０の回転角度を検出する（Ｓ１００）。制御装置５は、算出タイミングである場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、すなわち回転角度が、前回の処理によって設定された所定角度になった場合には、到達時間を計測する（Ｓ１０２）。

制御装置５は、到達時間と、所定角度とに基づいて回転速度を算出する（Ｓ１０３）。

制御装置５は、次回の回転速度検出における所定角度を設定し（Ｓ１０４）、到達時間までの時間のカウントを開始する（Ｓ１０５）。

＜効果＞
制御装置５は、検出部５３と、計測部５６と、算出部５７とを備える。検出部５３は、Ａ相信号、Ｂ相信号、およびＺ相信号を出力する回転センサ７０、７１から出力されるＡ相信号、およびＢ相信号に基づいて、例えば、ドグクラッチ２０が所定角度回転したことを検出する。計測部５６は、ドグクラッチ２０が所定角度回転するまでの到達時間を計測する。算出部５７は、所定角度と到達時間とに基づいて回転速度を算出する。所定角度は、Ａ相またはＢ相で検出可能な最小検出角度よりも大きい角度である。

これにより、制御装置５は、ノイズによる角度変化の影響が低減された回転速度を検出することができ、回転速度の検出精度を向上させることができる。また、制御装置５は、パルスの間隔が短いＡ相信号、およびＢ相信号に基づいて回転速度を検出するため、応答性を向上させることができる。

制御装置５は、設定部５４を備える。設定部５４は、算出された回転速度に基づいて次回の回転速度検出のための所定角度を設定する。

これにより、制御装置５は、連続して回転速度を算出することができる。そのため、制御装置５は、回転速度が算出されないデータ抜けを抑制することができる。また、制御装置５は、回転速度が算出されるタイミングで、次回の回転速度検出のための所定角度を設定するため、簡易な処理で連続して回転速度を算出することができ、処理負荷を低減することができる。

設定部５４は、算出された回転速度が大きくなるにつれて、所定角度を大きく設定する。

これにより、制御装置５は、例えば、回転速度が小さい場合には、所定角度を小さく設定することによって、回転速度検出の応答性が低下することを抑制することができる。また、制御装置５は、例えば、回転速度が大きい場合には、所定角度を大きく設定することによって、ノイズによる影響を低減し、回転速度の検出精度を向上させることができる。

算出部５７は、変速機１におけるドグクラッチ２０、および入力ギヤ１０の回転速度を算出する。

これにより、制御装置５は、ドグクラッチ２０、および入力ギヤ１０を精度よく係合させることができる。

＜変形例＞
変形例に係る制御装置５は、制御部５０の取得部５２、検出部５３、設定部５４、計測部５６、および算出部５７の少なくともいずれか一部または全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成される。

例えば、検出部５３は、エンコーダカウンタとしてハードウェアで構成される。また、例えば、計測部５６は、タイマとしてハードウェアで構成される。検出部５３、および計測部５６は、例えば、Ａ相やＢ相のパルス信号が所定個数検出された場合に、制御装置５に回転速度を算出する割り込み処理を発生させるハードウェア処理部として構成される。

これにより、制御装置５は、回転角度の検出や、到達時間の計測におけるソフトウェア処理のばらつきを低減し、回転速度を精度良く検出することができる。

変形例に係る制御装置５は、算出された回転速度に基づいて所定角度を設定しなくてもよい。すなわち、所定角度は、回転速度によらず、一定の角度であってもよい。変形例に係る制御装置５は、予め設定された所定角度に基づいて回転速度を算出する割り込み処理発生させる。変形例に係る制御装置５は、例えば、Ａ相かＢ相の少なくとも一方に基づいて所定角度が検出される毎に回転速度を算出する割り込み処理を発生させる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。従って、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 変速機
２ 入力シャフト
３ 出力シャフト
４ シフト機構
５ 制御装置（回転速度検出装置）
１０ 入力ギヤ（係合部材）
２０ ドグクラッチ（係合部材）
３０ 出力ギヤ
５０ 制御部
５２ 取得部
５３ 検出部
５４ 設定部
５６ 計測部
５７ 算出部
７０ 回転センサ
７１ 回転センサ

Claims (5)

1. Ａ相信号、Ｂ相信号、およびＺ相信号を出力する回転センサから出力される前記Ａ相信号か前記Ｂ相信号の少なくとも一方に基づいて、検出体が第１角度回転したことを検出する検出部と、
   前記検出体が前記第１角度回転するまでの経過時間を計測する計測部と、
   前記第１角度と前記経過時間とに基づいて回転速度を算出する算出部と
   を備え、
   前記第１角度は、Ａ相またはＢ相で検出可能な最小検出角度よりも大きい角度である
   ことを特徴とする回転速度検出装置。
2. 算出された前記回転速度に基づいて次回の回転速度検出のための前記第１角度を設定する設定部
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転速度検出装置。
3. 前記設定部は、算出された前記回転速度が大きくなるにつれて、前記第１角度を大きく設定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転速度検出装置。
4. 前記算出部は、変速機における係合部材の前記回転速度を算出する
   請求項１～３のいずれか一つに記載の回転速度検出装置。
5. Ａ相信号、Ｂ相信号、およびＺ相信号を出力する回転センサから出力される前記Ａ相信号か前記Ｂ相信号の少なくとも一方に基づいて、検出体が第１角度回転したことを検出する検出工程と、
   前記検出体が前記第１角度回転するまでの経過時間を計測する計測工程と、
   前記第１角度と前記経過時間とに基づいて回転速度を算出する算出工程と、
   を有し、
   前記第１角度は、Ａ相またはＢ相で検出可能な最小検出角度よりも大きい角度である
   ことを特徴とする回転速度検出方法。

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