JP3011774B2 - センサ出力信号における切換点を設定するための方法 - Google Patents
センサ出力信号における切換点を設定するための方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、センサの出力信号の信号ピークの間の任意
の固定的な比において、センサ装置により駆動されるシ
ステムの切換点を設定するための方法に関する。
の固定的な比において、センサ装置により駆動されるシ
ステムの切換点を設定するための方法に関する。
回転する部分の運動および位置状態を検出するために
は、周知のようにセンサが使用される。その例は自動車
のクランク軸−、カム軸−、ギア−およびABS−センサ
である。
は、周知のようにセンサが使用される。その例は自動車
のクランク軸−、カム軸−、ギア−およびABS−センサ
である。
このようなセンサとして、好ましくは、磁界の変化を
走査するホール−センサが使用される。そのために、磁
界を発生するため、たとえば永久磁石が位置固定の部分
に取付けられる。この磁界は次いで、回転する部分に取
付けられている歯車または他の強磁性発信器により、位
置に応じて変調される。ホール−センサは、その際に好
ましくは永久磁石と歯車または発信器との間に位置して
おり、こうして磁界の変動を検出し得る。たとえば歯車
の歯が磁界のなかに位置していると、“高い”出力信号
が供給され、他方において歯の間の隙間は“低い”出力
信号を生ずる。この仕方でホール−センサから出力され
る信号から回転する部分の位置が推定され得る。
走査するホール−センサが使用される。そのために、磁
界を発生するため、たとえば永久磁石が位置固定の部分
に取付けられる。この磁界は次いで、回転する部分に取
付けられている歯車または他の強磁性発信器により、位
置に応じて変調される。ホール−センサは、その際に好
ましくは永久磁石と歯車または発信器との間に位置して
おり、こうして磁界の変動を検出し得る。たとえば歯車
の歯が磁界のなかに位置していると、“高い”出力信号
が供給され、他方において歯の間の隙間は“低い”出力
信号を生ずる。この仕方でホール−センサから出力され
る信号から回転する部分の位置が推定され得る。
センサから供給される信号は、センサが使用される動
作条件により著しく影響される。これらの動作条件は動
作温度または空隙の大きさなどのような不可避の計測不
能性を含んでいる。動作条件により惹起される変動にも
かかわらず、センサは可能なかぎり良好に定義された出
力信号を供給するべきであろう。すなわち、出力信号は
動作条件により惹起される変動に無関係に良好に定義さ
れた経過を有するべきであろう。その理由は下記のとお
りである： センサ装置がたとえば正弦波状の信号を供給すると、
センサの出力信号に関係するシステムのなかの切換過程
がこの信号の零通過において行われるとき、センサ装置
により駆動されるシステムの良好に定義された特性が得
られる。すなわち、これらの零通過はそれぞれの信号振
幅に無関係であり、さらに大きいエッジ急峻度を有す
る。
作条件により著しく影響される。これらの動作条件は動
作温度または空隙の大きさなどのような不可避の計測不
能性を含んでいる。動作条件により惹起される変動にも
かかわらず、センサは可能なかぎり良好に定義された出
力信号を供給するべきであろう。すなわち、出力信号は
動作条件により惹起される変動に無関係に良好に定義さ
れた経過を有するべきであろう。その理由は下記のとお
りである： センサ装置がたとえば正弦波状の信号を供給すると、
センサの出力信号に関係するシステムのなかの切換過程
がこの信号の零通過において行われるとき、センサ装置
により駆動されるシステムの良好に定義された特性が得
られる。すなわち、これらの零通過はそれぞれの信号振
幅に無関係であり、さらに大きいエッジ急峻度を有す
る。
もちろんセンサの出力信号の他の信号形態の際には、
場合によっては、零通過または信号中心としての他の切
換点も有利であり得る。
場合によっては、零通過または信号中心としての他の切
換点も有利であり得る。
センサを介して制御されるシステムを切換えるためこ
のセンサの出力信号を評価する際には、切換点がセンサ
の出力信号の信号振幅に無関係に守られるべきであろ
う。このことは非常にゆっくりした信号に対してさえも
当てはまる。
のセンサの出力信号を評価する際には、切換点がセンサ
の出力信号の信号振幅に無関係に守られるべきであろ
う。このことは非常にゆっくりした信号に対してさえも
当てはまる。
VDI報告1287、1996、第583〜611頁、“ホール効果式
歯車センサの新世代:BIMosテクノロジーおよび新しいパ
ッケージング法の結合による利点”には、最初にセンサ
の出力信号の振幅が場合によってはアナログ−ディジタ
ル（Ａ−Ｄ）変換器を用いて正規化されるセンサ装置が
説明されている。次いで２つの別のＡ−ＤおよびＤ−Ａ
変換器を用いて信号ピーク値が検出される。ここから次
いで切換しきい値が導き出され、確定される。この仕方
で最終的に、本質的に温度変動および空隙の幅に無関係
なシステム特性が達成され得る。しかし、このセンサ装
置に対して必要な費用は、利得整合および多数のＡ−Ｄ
変換器が必要とされるので、比較的大きい。
歯車センサの新世代:BIMosテクノロジーおよび新しいパ
ッケージング法の結合による利点”には、最初にセンサ
の出力信号の振幅が場合によってはアナログ−ディジタ
ル（Ａ−Ｄ）変換器を用いて正規化されるセンサ装置が
説明されている。次いで２つの別のＡ−ＤおよびＤ−Ａ
変換器を用いて信号ピーク値が検出される。ここから次
いで切換しきい値が導き出され、確定される。この仕方
で最終的に、本質的に温度変動および空隙の幅に無関係
なシステム特性が達成され得る。しかし、このセンサ装
置に対して必要な費用は、利得整合および多数のＡ−Ｄ
変換器が必要とされるので、比較的大きい。
ドイツ特許第32 01 811A1号明細書には回転数、角
度、位置などを検出するための装置が説明されている。
その際にセンサの信号が、振幅および（または）振幅変
動を監視する切換手段に導かれる。そのために振幅がピ
ーク値計により検出され、しきい値段に供給される。こ
れは信号振幅の変動に対する許容される範囲をマークす
る。この範囲が守られないと、センサの信号はスイッチ
オフされるので、誤った信号が出力されないことが保証
される。この方法によれば、センサから出力された信号
は補正されない。すなわち、出力信号へのしきい値段の
帰還作用は行われない。換言すれば、出力信号は受動的
にのみ監視される。
度、位置などを検出するための装置が説明されている。
その際にセンサの信号が、振幅および（または）振幅変
動を監視する切換手段に導かれる。そのために振幅がピ
ーク値計により検出され、しきい値段に供給される。こ
れは信号振幅の変動に対する許容される範囲をマークす
る。この範囲が守られないと、センサの信号はスイッチ
オフされるので、誤った信号が出力されないことが保証
される。この方法によれば、センサから出力された信号
は補正されない。すなわち、出力信号へのしきい値段の
帰還作用は行われない。換言すれば、出力信号は受動的
にのみ監視される。
従って、本発明の課題は、わずかな費用で、センサの
出力信号を介して駆動されるシステムの切換過程が、セ
ンサの出力信号の選択された点で確実に行う方法を提供
することである。特に切換点は出力信号の振幅に無関係
に守られなければならない。
出力信号を介して駆動されるシステムの切換過程が、セ
ンサの出力信号の選択された点で確実に行う方法を提供
することである。特に切換点は出力信号の振幅に無関係
に守られなければならない。
この課題は、本発明によれば、請求項１に記載されて
いる方法過程により解決される。
いる方法過程により解決される。
本方法を実施するためには、出力回路内のオフセット
がオフセット−Ｄ−Ａ変換器により設定され、他方にお
いて電流分割器および電流ミラーから成る検出器回路に
よりセンサの出力信号の信号ピークが検出され、また抵
抗により前もって決定された切換点が設定される。
がオフセット−Ｄ−Ａ変換器により設定され、他方にお
いて電流分割器および電流ミラーから成る検出器回路に
よりセンサの出力信号の信号ピークが検出され、また抵
抗により前もって決定された切換点が設定される。
それにより前もって決定された切換点は出力信号の振
幅に無関係に、従ってまたたとえば空隙の幅に無関係に
一定にとどまる。
幅に無関係に、従ってまたたとえば空隙の幅に無関係に
一定にとどまる。
オフセット−Ｄ−Ａ変換器と検出器回路との間に、一
方では電流分割器および電流ミラーの出力信号を、また
他方ではセンサの出力信号を供給されるコンパレータに
より駆動される較正論理回路が位置している。
方では電流分割器および電流ミラーの出力信号を、また
他方ではセンサの出力信号を供給されるコンパレータに
より駆動される較正論理回路が位置している。
好ましくは、正弦波状の出力信号の際の切換点は、出
力信号の零通過に設定される。この方法バリエーション
は、切換点におけるエッジ急峻度が大きいと言う利点を
有する。
力信号の零通過に設定される。この方法バリエーション
は、切換点におけるエッジ急峻度が大きいと言う利点を
有する。
本発明による方法は非常に簡単であり、その際にたと
えばPGAのような追加的な中間接続される切換手段によ
り生ずるような追加的な誤り源は排除されている。
えばPGAのような追加的な中間接続される切換手段によ
り生ずるような追加的な誤り源は排除されている。
以下、図面により本発明を一層詳細に説明する。
図１は自己較正するセンサ装置のブロック回路図、 図２は本発明による方法の機能の仕方を説明するため
の概要図である。
の概要図である。
図１を参照すると、ホール−センサ１は増幅器２を介
して出力信号を出力回路３に供給する。この出力回路の
なかには、出力信号としての電源出力を電圧に変換する
抵抗R1がおかれている。
して出力信号を出力回路３に供給する。この出力回路の
なかには、出力信号としての電源出力を電圧に変換する
抵抗R1がおかれている。
もちろん、出力信号としての電圧出力が電圧加算増幅
器に供給される他の形態の回路も可能である。
器に供給される他の形態の回路も可能である。
ノイズ抑制のために好ましくはヒステリシスを有する
ものとして構成されている第１のコンパレータK1を介し
て、最後に出力信号が出力端子４に出力される。
ものとして構成されている第１のコンパレータK1を介し
て、最後に出力信号が出力端子４に出力される。
特に較正論理回路６により駆動されているオフセット
−Ｄ−Ａ変換器６が成る較正装置を用いて、増幅器２の
出力信号のオフセットまたはずれが、予め決定された切
換点が正確に参照電圧、たとえば接地、に位置するよう
に設定される。この予め決定された切換点、すなわちた
とえば冒頭に説明されたように信号中心は、抵抗R2およ
びR3から成る電圧分割器を用いて設定される。それによ
って、切換点が信号振幅または空隙の幅に無関係に一定
にとどまることが保証されている。出力回路３の回路構
成は非常に簡単であり、従ってたとえばノイズまたは信
号ひずみを惹起する追加的な誤り源はほとんど排除され
ている。
−Ｄ−Ａ変換器６が成る較正装置を用いて、増幅器２の
出力信号のオフセットまたはずれが、予め決定された切
換点が正確に参照電圧、たとえば接地、に位置するよう
に設定される。この予め決定された切換点、すなわちた
とえば冒頭に説明されたように信号中心は、抵抗R2およ
びR3から成る電圧分割器を用いて設定される。それによ
って、切換点が信号振幅または空隙の幅に無関係に一定
にとどまることが保証されている。出力回路３の回路構
成は非常に簡単であり、従ってたとえばノイズまたは信
号ひずみを惹起する追加的な誤り源はほとんど排除され
ている。
ホール−センサ１または増幅器２の出力信号は、出力
回路３のなかの導線７を経て取り出され、コンパレータ
K2およびK3の入力端に供給される。これらのコンパレー
タの他方の入力端には、電圧ref＋およびref−が、電流
分割器および電流ミラー８から成るトランジスタ補助回
路から与えられている。従って抵抗R2およびR3に等しい
電流が供給される。次いで抵抗R2およびR3の抵抗値の比
により、基準電圧が電圧ref＋とref−との間の任意の比
において設定され得る。すなわちたとえば抵抗R2および
R3の抵抗値ならびにそこにそれぞれ流れる電流I2および
I3が等しい大きさであれば、電圧ref＋とref−は基準電
位、いまの場合には接地電位、の上下に対称に位置して
いる。すなわちこの場合、切換点は信号中心に位置して
いる。
回路３のなかの導線７を経て取り出され、コンパレータ
K2およびK3の入力端に供給される。これらのコンパレー
タの他方の入力端には、電圧ref＋およびref−が、電流
分割器および電流ミラー８から成るトランジスタ補助回
路から与えられている。従って抵抗R2およびR3に等しい
電流が供給される。次いで抵抗R2およびR3の抵抗値の比
により、基準電圧が電圧ref＋とref−との間の任意の比
において設定され得る。すなわちたとえば抵抗R2および
R3の抵抗値ならびにそこにそれぞれ流れる電流I2および
I3が等しい大きさであれば、電圧ref＋とref−は基準電
位、いまの場合には接地電位、の上下に対称に位置して
いる。すなわちこの場合、切換点は信号中心に位置して
いる。
たとえば抵抗R2およびR3の抵抗値に対して関係式R2＝
２×R3およびI2＝I3が成り立つならば、電圧ref＋の基
準電位からの間隔は、電圧ref−の基準電位からの間隔
の２倍である。この場合、切換点は信号スパンの1/3に
位置している。
２×R3およびI2＝I3が成り立つならば、電圧ref＋の基
準電位からの間隔は、電圧ref−の基準電位からの間隔
の２倍である。この場合、切換点は信号スパンの1/3に
位置している。
電流分割器または電流ミラーはさらにトランジスタ
９、10、11、12をも有し、その際にトランジスタ９のベ
ースはバイアス電圧を与えられており、またトランジス
タ11および12のエミッタは電圧源と接続されている。
９、10、11、12をも有し、その際にトランジスタ９のベ
ースはバイアス電圧を与えられており、またトランジス
タ11および12のエミッタは電圧源と接続されている。
較正論理回路６は下記の仕方で動作する： 出力回路３のなかの増幅器２の出力信号によりコンパ
レータK2の切換しきい値もコンパレータK3の切換しきい
値も到達されないならば、明らかに小さい信号が存在し
ている。この場合、較正論理回路６の出力端に接続され
た、トランジスタ９、10のエミッタと接続されている電
流出力端を有するピーク値−Ｄ−Ａ変換器13を通る電流
は減ぜられる。それによって抵抗R2およびR3を通る電流
が低下する。電圧ref＋およびref−は、それにより逆方
向から基準電位に等しい速さで近づけられる。こうして
コンパレータK2およびK3の切換しきい値が出力信号の信
号ピークに近づけられる。
レータK2の切換しきい値もコンパレータK3の切換しきい
値も到達されないならば、明らかに小さい信号が存在し
ている。この場合、較正論理回路６の出力端に接続され
た、トランジスタ９、10のエミッタと接続されている電
流出力端を有するピーク値−Ｄ−Ａ変換器13を通る電流
は減ぜられる。それによって抵抗R2およびR3を通る電流
が低下する。電圧ref＋およびref−は、それにより逆方
向から基準電位に等しい速さで近づけられる。こうして
コンパレータK2およびK3の切換しきい値が出力信号の信
号ピークに近づけられる。
それに対してコンパレータK2の切換しきい値もコンパ
レータK3の切換しきい値も、出力回路３のなかの出力信
号により超過されるならば、その信号は大きく、このこ
とは電流が増幅−Ｄ−Ａ変換器13により高められなけれ
ばならないことを意味する。その結果として、抵抗R2お
よびR3を通る高められた電流に基づいて、電圧ref＋お
よびref−が等しい速さでかつ逆向きに基準電位から離
れる向きに変更される。コンパレータK2およびK3の切換
しきい値は、それにより再び出力信号の信号ピークに、
いまは基準電位から離れる向きに、近づけられる。
レータK3の切換しきい値も、出力回路３のなかの出力信
号により超過されるならば、その信号は大きく、このこ
とは電流が増幅−Ｄ−Ａ変換器13により高められなけれ
ばならないことを意味する。その結果として、抵抗R2お
よびR3を通る高められた電流に基づいて、電圧ref＋お
よびref−が等しい速さでかつ逆向きに基準電位から離
れる向きに変更される。コンパレータK2およびK3の切換
しきい値は、それにより再び出力信号の信号ピークに、
いまは基準電位から離れる向きに、近づけられる。
最後に両コンパレータK2およびK3の１つのみが出力回
路３のなかの出力信号に応答すると、信号位置は非対称
であり、オフセット−Ｄ−Ａ変換器５が再調節されなけ
ればならない。
路３のなかの出力信号に応答すると、信号位置は非対称
であり、オフセット−Ｄ−Ａ変換器５が再調節されなけ
ればならない。
センサ装置の整定状態では電圧ref＋およびref−の位
置は、それらが出力回路３のなかの増幅器２の出力信号
の信号ピークを鏡映するような位置にある。追加的に出
力信号のオフセットは、際立たせられた切換点が正確に
基準電位、たとえば接地、に位置するように調節されて
いる。
置は、それらが出力回路３のなかの増幅器２の出力信号
の信号ピークを鏡映するような位置にある。追加的に出
力信号のオフセットは、際立たせられた切換点が正確に
基準電位、たとえば接地、に位置するように調節されて
いる。
図２により本発明による方法の機能の仕方がもう一度
説明される。基準電位ref0は両電圧ref＋およびref−の
中央に設定されている。大きい出力信号１の際には電圧
ref＋およびref−は、大きい矢印により示されているよ
うに、外方に信号ピークに近づけられる。小さい出力信
号２の際には電圧ref＋およびref−は、小さい矢印によ
り示されているように、内方に信号ピークに近づけられ
る。
説明される。基準電位ref0は両電圧ref＋およびref−の
中央に設定されている。大きい出力信号１の際には電圧
ref＋およびref−は、大きい矢印により示されているよ
うに、外方に信号ピークに近づけられる。小さい出力信
号２の際には電圧ref＋およびref−は、小さい矢印によ
り示されているように、内方に信号ピークに近づけられ
る。
利得整合、すなわち増幅−Ｄ−Ａ変換器13に、場合に
よっては生ずる変化は、切換点に影響しない。なぜなら
ば、この信号経路はここから供給されているからであ
る。すなわち出力信号の良好な再現可能性が保証されて
いる。このことは特にクランク軸センサに対して有意義
である。
よっては生ずる変化は、切換点に影響しない。なぜなら
ば、この信号経路はここから供給されているからであ
る。すなわち出力信号の良好な再現可能性が保証されて
いる。このことは特にクランク軸センサに対して有意義
である。
較正論理回路６に対するクロックは、出力回路３のな
かの出力信号から導き出され得る。このことは、センサ
装置が全体として較正されていること、または少なくと
もセンサ装置の開始値が、たとい正確な機能には通じな
いとしても、レギュラーな機能に通ずることが仮定され
るときに、可能である。場合によっては、開始段階で、
オフセットをオフセット−Ｄ−Ａ変換器により、出力回
路３に信号が現れ、その際に続いて“正規”動作に切換
えられるまで、ずらす補助クロックが供給され得る。そ
れによって始動が比較的望ましくない開始値によっても
可能である。
かの出力信号から導き出され得る。このことは、センサ
装置が全体として較正されていること、または少なくと
もセンサ装置の開始値が、たとい正確な機能には通じな
いとしても、レギュラーな機能に通ずることが仮定され
るときに、可能である。場合によっては、開始段階で、
オフセットをオフセット−Ｄ−Ａ変換器により、出力回
路３に信号が現れ、その際に続いて“正規”動作に切換
えられるまで、ずらす補助クロックが供給され得る。そ
れによって始動が比較的望ましくない開始値によっても
可能である。
場合によっては出力回路３に、較正されていない状態
の特性を決定するもう１つの並列経路が設けられ得る。
追加的に、いったん求められた較正値をたとえばEEPROM
またはヒューズのような永久的なメモリのなかに記憶
し、これらの値をその後に較正されていない場合にセン
サ装置の新たな始動の際に使用することも考えられ得
る。
の特性を決定するもう１つの並列経路が設けられ得る。
追加的に、いったん求められた較正値をたとえばEEPROM
またはヒューズのような永久的なメモリのなかに記憶
し、これらの値をその後に較正されていない場合にセン
サ装置の新たな始動の際に使用することも考えられ得
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34 G01B 11/00 - 11/30 G01B 21/00 - 21/32 G01P 1/00 - 3/80
Claims (2)
- 【請求項１】センサの出力信号の信号ピークの間の選択
可能な固定的な比においてセンサ装置により駆動される
システムの切換点を設定するための方法において、オフ
セットの連続的な再調節が、 ａ）上側参照値と下側参照値との間の選択可能な比にお
いて切換点を定める過程と、 ｂ）上側および下側参照値を出力信号の上側および下側
信号ピークと比較する過程と、 ｃ）非対称な信号位置が確認されるならば、出力信号の
オフセットを再調節する過程と、 ｄ）両参照値が信号ピークの間に、または両信号ピーク
が参照値の間に位置するならば、参照値を上側および下
側信号ピークに同時に、等しい速さで、逆向きに近づけ
る過程と、 ｅ）過程ｂ）ないしｄ）を連続的に繰り返す過程と を含んでいることを特徴とする切換点の設定方法。 - 【請求項２】正弦波状の出力信号の際に切換点が出力信
号の零通過に設定されることを特徴とする請求項１記載
の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19707263A DE19707263B4 (de) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | Verfahren zum Einstellen von Schaltpunkten bei einem Sensor-Ausgangssignal |
| DE19707263.1 | 1997-02-24 | ||
| PCT/DE1998/000511 WO1998037386A1 (de) | 1997-02-24 | 1998-02-20 | Verfahren zum einstellen von schaltpunkten bei einem sensor-ausgangssignal |
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