JP2023030944A - センサ信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関が始動する際に発生する機械的な振動に基づく回転センサの誤検出を排除して、センサ信号処理装置の応答性を改善する。【解決手段】センサ信号処理装置１において、コンパレータ３は、マグネットピックアップ方式の回転センサが出力する電圧信号を閾値と比較し、信号処理部は、コンパレータ３の出力信号Ｓｃを処理することでエンジンの回転状態を検出する。ＮＥＩ周期計測部２３は、信号Ｓｃの出力間隔を検出し、クランプ回路３２及びスレッシュ電圧発生回路１４は、その出力間隔に応じてコンパレータ３の閾値を可変設定する。そして、異常判定回路３１は、信号Ｓｃの出力間隔が異常判定時間を超えると異常と判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のクランク角を検出する磁気ピックアップ式の回転センサより出力される電圧信号を処理する装置に関する。

従来より、内燃機関のクランク角を検出するため、外周に複数の突起を形成した円盤状の回転パルサをクランク軸に設け、その回転により変位する複数の突起を磁気センサで検出することにより、回転信号を発生する磁気ピックアップ式の回転センサが用いられている。この回転センサが出力する起電力の大きさをコンパレータにて閾値と比較することで、クランク軸の回転状態を検出する。以下、この回転センサをＭＰＵセンサと称す。

ＭＰＵセンサは磁気的な性質を持つため、角速度に応じて起電力が変動する。角速度が遅くなると起電力は小さくなり、角速度が速くなると起電力は大きくなる。そのため、コンパレータに設定する閾値を、角速度に応じて変動させて対応する必要がある。

特許第４２３９７７５号公報

また、ＭＰＵセンサについては、車両のエンジンが始動する際に発生する機械的な振動を検出して起電力を発生させる場合があり、それが高周波的なノイズとなって現れる問題がある。近年、多くの車両にアイドリングストップシステムが採用されているため、エンジンの始動性の改善が要請されており、その要請とＭＰＵセンサの応答性改善とをどのように両立させるかが課題となっている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関が始動する際に発生する機械的な振動に基づく回転センサの誤検出を排除して、応答性を改善できるセンサ信号処理装置を提供することにある。

請求項１記載のセンサ信号処理装置によれば、コンパレータは、内燃機関の回転を検出するマグネットピックアップ方式の回転センサが出力する電圧信号を閾値と比較し、信号処理部は、コンパレータの出力信号を処理することで内燃機関の回転状態を検出する。出力間隔検出部は、前記出力信号の出力間隔を検出し、閾値設定部は、その出力間隔に応じてコンパレータの閾値を可変設定する。そして、異常判定部は、前記電圧信号の出力間隔が異常判定時間を超えると異常と判定する。

回転センサが出力する電圧信号がノイズ的に変化すると、閾値設定部は、その信号の極めて短い発生間隔に応じてコンパレータの閾値を増大させる。すると、コンパレータの出力信号は、回転センサの出力信号の変化に応じて適切に変化しなくなるが、異常判定部は、コンパレータの出力信号の出力間隔が異常判定時間を超えると異常と判定する。これにより、前記判定の結果に基づいて、閾値の不適切な設定状態を解消することが可能となり、センサ信号の変化に対する応答性を改善できる。

具体的には、請求項２記載のセンサ信号処理装置のように、閾値設定部は、異常判定部が異常を判定すると、コンパレータの閾値を低下させる。
また、請求項３記載のセンサ信号処理装置のように、閾値設定部は、異常判定部が異常を判定すると、前記閾値の設定を初期化する。これらのように構成すれば、増大させた閾値を低下させて、コンパレータの出力信号が、回転センサの出力信号の変化に応じて適切に変化するように復帰させることができる。

一実施形態であり、センサ信号処理装置の構成を示す機能ブロック図 動作が正常な場合の各信号を示すタイミングチャート 動作が異常な場合の各信号を示すタイミングチャート 持ち上げ禁止信号の出力タイミングを詳細に示すタイミングチャート ランプ発生回路によるダイナミックヒステリシス特性の付与を示すタイミングチャート センサ信号処理装置の動作を概略的に示すフローチャート

図１に示すように、本実施形態のセンサ信号処理装置１は、アナログ回路部２にコンパレータ３を備えている。コンパレータ３の非反転入力端子には、アナログ回路部２の入力端子ＮＥＩ及び抵抗素子４を介して、図示しない回転センサより出力される電圧信号が入力される。回転センサは、磁気ピックアップ式であり、例えば車両のエンジンのクランク角を検出する。電源とグランドとの間には、抵抗素子５ａ及び５ｂの直列回路が接続されており、抵抗素子４ａ及び４ｂの共通接続点は、抵抗素子６を介してコンパレータ３の反転入力端子に接続されている。これらの抵抗素子５及び６により、コンパレータ３の反転入力端子に所定の閾値電圧が付与される。

６ビットのＤ／Ａコンバータ７の出力端子は、Ｖ－Ｉ変換部８及びアナログスイッチ９を介してコンパレータ３の非反転入力端子に接続されている。以下、「Ｄ／Ａコンバータ」を「ＤＡＣ」と表記する。７ビットのＤＡＣ１０の出力端子は、Ｖ－Ｉ変換部１１を介してコンパレータ３の反転入力端子に接続されている。また、前記反転入力端子は、アナログスイッチ１２を介してＶ－Ｉ変換部８の出力端子に接続されている。

ＤＡＣ７の入力端子には、６ビットカウンタであるランプ発生回路１３より６ビットのデータが入力される。ＤＡＣ１０の入力端子には、７ビットカウンタであるスレッシュ電圧発生回路１４より７ビットのデータが入力される。アナログスイッチ９，１２は、アナログ制御回路部１５のアナログスイッチ制御部１６により制御される。

コンパレータ３の出力端子は、アナログ制御回路部１５の持上禁止信号発生回路１７及びＮＥＩエッジ検出部１８の入力端子に接続されている。また、コンパレータ３の出力端子は、ＮＯＴゲート１９を介してアナログ回路部２の端子ＮＥＯにも接続されている。

アナログ制御回路部１５において、ＮＥＩエッジ検出部１８の出力信号は、ランプ発生回路１３に６ビットデータのロード信号として入力されている。持上禁止信号発生回路１７は、フィルタ２０及びロジック部２１を備えており、コンパレータ３の出力信号Ｓｃは、両者に入力されている。フィルタ２０は、上記の出力信号を若干遅延させる時定数を有しており、ロジック部２１は、入力される２つの信号を論理合成してアナログスイッチ９，１２の制御信号を生成する。また、フィルタ２０の出力信号は、ＮＥＩ立下りエッジ検出部２２にも入力されている。

ＮＥＩ立下りエッジ検出部２２の出力信号は、ＮＥＩ周期計測部２３の１回目エッジ検出部２４に入力されている。１回目エッジ検出部２４は、信号ＳＴＡがイネーブル状態になった１回目のエッジをマスクし、２回目以降のエッジを次段のＮＥＩ周期カウンタ２５へ通過させる。ＮＥＩ周期カウンタ２５は、１回目エッジ検出部２４で検出される１回目エッジの間隔を計測するカウンタである。ＮＥＩ周期カウンタ２５のカウント値は、直列に接続されたＮＥＩ周期レジスタ２６及び２７に順次格納されると共に、欠歯判定部２８にも入力される。ＮＥＩ周期レジスタ２６及び２７に格納されるデータ値は、何れもＮＥＩ平均周期演算部２８に入力される。

ＮＥＩ平均周期演算部２８は、ＮＥＩ周期レジスタ２６，２７に格納されたカウントデータ値を加算して２分することで、出力信号Ｓｃの２回目以降のエッジ発生周期の平均値を演算する。ここで、上記の平均値を「ＮＥＩ平均周期」と称する。ＮＥＩ平均周期は、欠歯判定部２９及びクランプ回路３２に入力される。ＮＥＩ周期計測部２３は、出力間隔検出部に相当する。

欠歯判定部２９は、ＮＥＩ周期カウンタ２５のカウント値を参照して欠歯検出回路３０により欠歯検出を行うと共に、異常判定回路３１により異常判定を行う。欠歯検出回路３０は、マグニチュードコンパレータによって、上記のカウント値を、ＮＥＩ平均周期のα倍と比較する。αは、例えば０．１２５～７．８７５まで、０．１２５の倍数刻みで設定可能であるが、これに限らない。マグニチュードコンパレータの出力信号は、欠歯検出信号となり、ＮＥＩ周期レジスタ２６及び２７には、データラッチをマスクする信号として入力される。異常判定回路３１も同様に、マグニチュードコンパレータによって、上記のカウント値を、ＮＥＩ平均周期の４α倍と比較する。

クランプ回路３２は、入力されるＮＥＩ平均周期に基づいて、ランプ発生回路１３，スレッシュ電圧発生回路１４にカウントデータの初期値を出力する。尚、クランプ回路３２とスレッシュ電圧発生回路１４との間には、保持ｏｒダウン決定部１４Ａが介在している。異常判定回路３１が出力する異常判定信号は、上記の保持ｏｒダウン決定部１４Ａにダウン切替え信号として入力される。異常判定回路３１は、異常判定部に相当する。

基準クロック発生回路３３は、２つのクロック信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ２を、それぞれランプ発生回路１３，スレッシュ電圧発生回路１４に供給する。クロック信号ＣＬＫ２の周期は例えば３．２ｍｓであり、クロック信号ＣＬＫ１の周期はそれよりも短く設定されている。尚、センサ信号処理装置１よりアナログ回路部２を除いた部分は、信号処理部に相当する。また、クランプ回路３２及びスレッシュ電圧発生回路１４は、閾値設定部に相当ずる。

次に、本実施形態の作用について説明する。図２に示す正常動作時のタイミングチャートは、α＝１の場合である。尚、信号ＳＴＡは、図１には示さないが、センサ信号処理装置１の動作を有効化するイネーブル信号であり、この信号がローレベルを示す期間に、ＮＥＩ周期レジスタ２６及び２７、並びにクランプ回路３２に内蔵されているＮＥＩ平均周期が格納されるレジスタは初期化される。ランプ発生回路１３が設定するコンパレータ３の閾値の変化分もゼロであり、抵抗素子５ａ及び５ｂのみで設定される初期値となる。

ＮＥＩ周期カウンタ２５は、信号ＮＥＩの立下りエッジ間隔Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…をカウントする。クランプ回路３２に、最初の平均値である｛（初期値）＋Ｔ１｝／２が入力されると、次のクロック信号ＣＬＫ２の立上りに同期してスレッシュ電圧発生回路１４が閾値を更新する。回転パルサの欠歯部分に掛かると、コンパレータ３の出力信号Ｓｃが変化しなくなるので、欠歯検出回路３０は欠歯検出信号を出力する。上述したように、この欠歯検出信号が出力される期間に、各レジスタ値は更新されない。

図４に示すように、信号Ｓｃの立上り，立下りにチャタリングが発生した際には、持ち上げ禁止信号発生回路１７によりアナログスイッチ９及び１２を制御して対応する。フィルタ２０は、コンパレータ３の出力信号に所定時間の遅延を付与して出力する。ロジック部２１は、２つの信号を論理合成してスレッシュ，入力の各持ち上げ禁止信号を生成する。チャタリングの発生に応じて検出されるエッジに対応して、ランプ発生回路１３へのロード信号が出力されるが、出力信号の立上り期間には、スレッシュ持ち上げ禁止信号が出力されてアナログスイッチ１２がオフとなり、同立下り期間には、入力持ち上げ禁止信号が出力されてアナログスイッチ９がオフとなる。これにより、チャタリングの影響は排除される。

図５の最上段に太線で示すコンパレータ３の入力信号に対して、信号ＮＥＯがハイレベルを示す期間に、破線で示すコンパレータ３の閾値は、所定値が加算された状態から徐々に低下する様に変化する。また、信号ＮＥＯがローレベルを示す期間に、細線で示すコンパレータ３の入力信号の持ち上げ分は、閾値を確実に上回るように付与される。ランプ発生回路１４のカウンタには、信号Ｓｃの両エッジに応じてカウント値「０」がロードされ、クロック信号ＣＬＫ１に応じてカウントアップする。カウント値が「６１」に達すると頭打ちになる。尚、図２及び図３のタイミングチャートでは、入力信号の持上げ処理については反映させていない。

図３に示すように、信号ＳＴＡが立ち上がった直後に、回転センサが、車両のエンジンが始動した際の機械的な振動の影響を受けて、信号ＮＥＩが高周波ノイズ的に、つまり短時間内に複数回変化したとする。尚、信号ＮＥＩに重ねて示す破線は、コンパレータ３の閾値である。クランプ回路３２は、ＮＥＩ平均周期が短い期間にセットされたことに応じて、コンパレータ３の閾値を一気に増大させる。一例として、ＮＥＩ周期カウンタ２５は、約１３０ｍｓが経過するとカウント値がフルになる設定である。そこで、異常判定回路３１では、ＮＥＩ平均周期の４α倍値が１３０ｍｓに相当するように設定されている。上記の４α倍値が異常判定時間に相当する。

閾値が上昇したことで、コンパレータ３の出力信号の反転である信号ＮＥＩは、その後変化しなくなるので、欠歯検出信号が出力され、その後、約１３０ｍｓが経過すると異常検出信号が出力される。これを受けて、保持ｏｒダウン決定部１４Ａは、スレッシュ電圧発生回路１４をダウンカウント動作に切り替える。すると、クロック信号ＣＬＫ２に応じて閾値が順次低下する。

図６は、センサ信号処理装置１の動作を概略的に示している。信号ＳＴＡがハイレベルに変化することで回転センサ信号の受付を許可すると（Ｓ１）、先ず、信号Ｓｃの立下りエッジを３回検出した時点で最初のＮＥＩ平均周期が確定する（Ｓ２）。続いて、異常検出信号が出力されることなく、次の信号Ｓｃの立下りエッジを検出すると（Ｓ４；ＹＥＳ）、そのエッジ信号を取り込んで処理してから（Ｓ５）ステップＳ３に戻る。

一方、次の信号Ｓｃの立下りエッジが検出されず、異常検出信号が出力されると（Ｓ４；ＮＯ）、保持ｏｒダウン決定部１４Ａがスレッシュ電圧発生回路１４をダウンカウント動作に切り替えて、閾値を低下させる。

以上のように本実施形態によれば、センサ信号処理装置１において、コンパレータ３は、マグネットピックアップ方式の回転センサが出力する電圧信号を閾値と比較し、信号処理部は、コンパレータ３の出力信号Ｓｃを処理することでエンジンの回転状態を検出する。ＮＥＩ周期計測部２３は、信号Ｓｃの出力間隔を検出し、クランプ回路３２及びスレッシュ電圧発生回路１４は、その出力間隔に応じてコンパレータ３の閾値を可変設定する。そして、異常判定回路３１は、信号Ｓｃの出力間隔が異常判定時間を超えると異常と判定する。

これにより、回転センサの出力信号ＮＥＩが、車両のエンジンが始動する際に発生する機械的な振動を検出して高周波ノイズ的に変化することで、コンパレータ３の閾値が不適切な設定状態となっても、それを解消することが可能になる。具体的には、クランプ回路３２及びスレッシュ電圧発生回路１４は、異常判定回路３１が異常を判定するとコンパレータ３の閾値を低下させるので、コンパレータ３の出力信号が、回転センサの出力信号ＮＥＩの変化に応じて変化するように復帰させることができる。すなわち、センサ信号ＮＥＩの変化に対する応答性を改善できる。

（その他の実施形態）
異常判定回路３１が異常を判定した際に、コンパレータ３の閾値を初期設定値に設定しても良い。
異常判定時間については、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１はセンサ信号処理装置、３はコンパレータの、１３はランプ発生回路、１４はスレッシュ電圧発生回路、１５はアナログ制御回路部、２３はＮＥＩ周期計測部、２９は欠歯判定部、３１は異常判定回路を示す。

Claims (3)

1. 内燃機関の回転を検出するマグネットピックアップ方式の回転センサが出力する電圧信号が入力され、前記電圧信号を閾値と比較するコンパレータ（３）と、
   このコンパレータの出力信号を処理することで、前記内燃機関の回転状態を検出する信号処理部（１３～１５，２３，２９，３２）と、
   前記出力信号の出力間隔を検出する出力間隔検出部（２３）と、
   前記出力間隔に応じて、前記閾値を可変設定する閾値設定部（１４，３２）と、
   前記出力間隔が異常判定時間を超えると異常と判定する異常判定部（３１）とを備えるセンサ信号処理装置。
2. 前記閾値設定部は、前記異常判定部が前記異常を判定すると、前記閾値を低下させる請求項１記載のセンサ信号処理装置。
3. 前記閾値設定部は、前記異常判定部が前記異常を判定すると、前記閾値の設定を初期化する請求項１記載のセンサ信号処理装置。

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