JP4294739B2 - 回転速度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載した種類の装置に関する。
本発明の対象は、機械製造分野、特に自動車工業において、位置、位置のずれ、回転速度及び運動速度を検出するためのセンサ装置である。自動車工業の場合主たる用途は制御式ブレーキの位置センサ、角度位置センサ、可動の調節装置又は車輪回転速度検出装置である。
上記の目的のために、既にいろいろな検出装置が知られている。この検出装置は一般的に、動く機械部分に連結された信号発生器又はパルス発生器と、このパルス発生器を走査するセンサ又は測定値ピックアップとからなっている。本発明は、この走査が光、高周波、電場又は磁場、特に永久磁石の磁場によって行われる装置に適用可能である。パルス発生器としては、穴あき円板、歯車及び磁化された構造体が知られている。センサ作用として、本発明では特に、磁気抵抗効果（ＭＲ要素）又はホール効果（ホール要素）が用いられる。本発明は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３４７１５号公報及び同第４４３４９７８号公報に開示された技術水準を利用する。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３４７１５号公報には、回転するエンコーダの回転状態を検出するための装置が記載されている。この装置はセンサ要素を備えたセンサモジュールと、回転状態を示す加えられる電流を供給する制御可能な電流源と、センサ要素の信号に依存して電流源を制御するモジュレータを備えている。センサモジュールはエンコーダに磁気的に接続されている。出力信号は状態信号及び／又は追加信号を重畳した回転状態を示す信号である。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４３４９７８号公報には、回転するエンコーダの回転状態を検出するためのセンサ装置が記載されている。このセンサ装置の場合には、センサ内で、第１の小さなヒステリシス閾値から第２の大きなヒステリシス閾値に切換え可能である。それによって、センサが充分な予備空隙で動作するかどうかを、センサ信号の振幅から判断することができる。
制限されることなく低い回転速度を求めることができるセンサモジュールと、制限された低い回転速度を求めることができるセンサモジュールが知られている。制限されることなく低い回転速度を求めることができる有利なセンサモジュールは、直流結合増幅器と、一定に設定された増幅で動作する。この増幅は妨害する信号の直流成分によって制限される。増幅はエンコーダ（空隙）に対するセンサの作用範囲を制限する。これは不利である。
制限された低い回転速度を求めることができるセンサモジュールは同様に、直流結合増幅器によって動作するがしかし、有効信号に重畳された妨害直流成分は同じ大きさの値を減算することによって補償されるので、有効信号を大きく増幅することができる。
これは有利である。そのために、低い限界周波数ｆｇの低域フィルタによって、信号から、ドリフトする信号直流成分が連続的に取り出され、信号に逆結合されるので、出力部に高域状態が生じる。この高域状態は検出可能な低い回転速度を制限する。これは、ブレーキの用途の場合に、できるだけ停止状態から応答すべきとき、あるいは校正のために停止を知っていなければならないときに不利である。
本発明の課題は、例えば自動車制御系（ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＥＳＰ等）の場合に検出しなければならない広い回転速度範囲及び／又は周波数範囲にわたって、正確で、信頼性があって妨害されない測定結果を供給する、回転速度検出又は回転速度測定のための装置を提供することである。
この課題は、少なくとも前記センサ要素（ＳＥ），前記制御可能な電流源（Ｑ），前記信号調節回路の一部及びモジュレータ（５）が、１つのセンサモジュール（２）に統合されていること、前記モジュレータ（５）が、前記センサ要素（ＳＥ）の信号及び／又は外部の信号に依存して前記電流源（Ｑ）を制御し、前記センサモジュール（２）の出力信号として前記電流信号及びこの電流信号に重畳した状態信号又は追加信号を供給すること、及び、前記信号調節回路が、増幅を一定に設定された少なくとも１つの第１の信号調節回路網（ＳＣ ₁ ）及び当該信号調節回路網（ＳＣ ₁ ）と異なり、可変増幅である少なくとも１つの第２の信号調節回路網（ＳＣ ₂ ）を有し、これらの信号調節回路網は、予め設定された基準及び／又は条件に依存して制御回路網（７）によって前記センサ要素（ＳＥ）と前記モジュレータ（５）との間で切り換えられて信号調節を実施し、この場合、回路網交代に対する前記基準として、測定すべき前記回転速度が所定の周波数限界値又は所定の値を上回っている（Ｖ＞Ｖ _g ）ことが評価されることを特徴とする、請求項１の上位概念に記載した種類の装置によって解決される。
本発明の特に有利な実施形では、制御回路網がセンサモジュールの一部として形成され、個々の信号回路網の１つ又は複数によって供給される信号又は外部から供給される信号に依存して、制御回路網が一方の信号回路網から他方の信号調節回路網の１つ又は複数への交代を制御する。その際、センサモジュールの外側で信号を受信する回路から同じ信号線路を経てセンサモジュールに供給される信号に依存して、制御回路網は、一方の信号調節回路網から他方の信号調節回路網への交代を制御することができる。
他の実施形では、制御回路網が一方の信号調節回路網から他方の信号調節回路網への交代のために制御信号を、信号調節回路網の１つからのみ導き出し、回路網交代のための判断基準として、測定すべき回転速度の所定の周波数限界値又は所定の値を上回っていることが評価される。
更に、第１の信号調節回路網の信号経路が、増幅を一定に設定された直流結合増幅器を含み、第２の信号調節回路網の信号経路が可変増幅の直流結合増幅器を含み、この可変増幅の直流結合増幅器が増幅器入口で信号直流成分の補償を行い、この補償が低域フィルタを備えた回路網を介して行われ、可変の増幅の最大値が、第１の信号経路の一定に設定された増幅の多数倍であると有利である。
本発明の装置の他の実施形では、駆動エンジンの点火装置のスイッチを入れた後で、制御回路網が先ず最初に、センサ要素とモジュレータの間の第１の信号調節回路網を自動的に接続するように、制御回路網（７）によって少なくとも選択スイッチ（４ａ，４ｂ）の手段を制御し、例えば１０ｋｍ／ｈに設定された回転速度を上回った後で、第２の信号調節回路網への交代が行われ、この第２の信号調節回路網が駆動エンジンの点火装置のスイッチを切るまで信号調節を決定する。
更に、駆動エンジンの点火装置のスイッチを入れた後で、制御回路網が先ず最初に、センサ要素とモジュレータの間の第１の信号調節回路網を自動的に接続するように、制御回路網（７）によって少なくとも選択スイッチ（４ａ，４ｂ）の手段を制御し、設定された回転速度を上回った後で、第２の信号調節回路網に切換えられ、設定された他の回転速度を下回る際に再び第１の信号調節回路網が接続され、この交代がエンジンの点火装置のスイッチを切るまで回転速度に依存して続けられると有利である。
本発明では更に、信号調節回路網の信号経路内でのセンサ要素の予増幅された信号電圧の振幅の評価がそれぞれ２つの異なるヒステリシス閾値を介して行われ、第１の信号調節回路網が接続されたときに、両ヒステリシス閾値を同時に上回ることが、正しいセンサ組み込みのための特性判断基準として評価され、第２の信号調節回路の接続時に、一方のヒステリシス閾値を下回ることが、動的及び／又は熱的な原因によって生じた限界状態に達することを示す、センサから導き出された付加的な情報として評価され、電子式ブレーキ装置又は電子的に影響を与えることができる他の機器、例えばエンジン制御装置の制御が、この限界状態によって変更可能である。
本発明は、特にＡＢＳ用途（ＴＣＳ、ＡＳＭＳ等）のための車輪速度検出の範囲において有効である、新規なシステム挙動を有する装置によって、公知のセンサモジュールの選択性を拡張する。回転速度センサ手段の空隙を設計及び保持する際に、静的な誤差のほかに、軸部品の動的な変形を考慮しなければない。この動的な変形は高速時ときついカーブで発生し、空隙を非常に拡大する。最新のアクティブ式回転速度センサは、公称空隙の範囲において２進出力信号を発生する内部の増幅器／トリガー回路を備えている。この出力信号のエッジ交代から、回転速度情報が得られる。空隙の設計は、空隙の動的変化にもかかわらず、ＭＲ素子又はホール素子の予備増幅信号が常に内部のヒステリシス閾値を上回るように行わなければならない。というのは、そうしないと、車輪速度信号が途切れ、どんな場合でも避けなければならない状態が生じる。これは充分な予備空隙を必要とする。従来はこの設計仕様を満たすことができなかった。本発明の適用によって、これは非常に簡単に達成される。本発明は予備空隙が動的走行制御状態によって拡げられ、同時に制御可能であるという効果を有し、制限されることなく低い回転速度を求めることができるという付加的な利点を有する。
添付の図に基づく次の説明から、本発明のそれ以上の細部が明らかになる。
図１は、本発明による種類の装置の重要な構成要素を概略的に示す図、
図２は、本発明の作用を説明するためのフローチャート、
図３は、空隙に依存していろいろな変数の変化を示すグラフ、そして
図４は、本発明の他の実施の形態の作用を説明するための、図２に似たフローチャートである。
図１には、センサモジュール２によって増分パルス発生器Ｅ（エンコーダ）の回転数を検出するための本発明による装置が示してある。このセンサモジュールは空隙３を介してエンコーダに磁気的に接続されている。センサモジュール２は制御システム、例えばアンチロックコントロールシステム（ＡＢＳ）の電子制御装置ＥＣＵに、二線式線路１２を介して接続されている。この二線式線路を経て、エネルギー供給と信号交換が行われる。磁気を感知するセンサ要素ＳＥは、エンコーダの増分トラックのクロックでその出力信号を変更する。センサ要素ＳＥの出力信号は本発明に従い、方向を変える切換器４ａ，４ｂの同期位置に応じて、制御回路網７の所定の制御シーケンスによって制御され、交互に２個の信号調節回路又は信号調節回路網ＳＣ₁又はＳＣ₂の一方を経て案内される。出力信号は、重要な構成部品として制御可能な電流源Ｑを有するモジュレータ５を含む回路網に達する。モジュレータ５では、調節されたＳＥ信号と付加的な状態信号６が予備空隙によって重畳され、電流源Ｑのための制御信号として利用される。これにより、二線式線路１において、（負荷に依存しないで）加えられた電流が制御信号のクロックで異なる電流強さの間で変化する。
信号調節回路網ＳＣ₁の信号経路は本実施の形態では、信号直流成分を補償せずに固定設定された増幅を行う直流結合増幅器を含んでいる。従って、無制限の低い回転速度（ｖ＝０）を求める（分解する）ことができる。信号が切れる前に、センサ要素ＳＥとエンコーダＥの間の最大の限界空隙Ｌ_G2のＬ_G1＝６０〜７５％の限界空隙３を達成できるように、増幅が固定設定されている。
これに対して、図１の信号調節回路網ＳＣ₂の信号経路は、信号直流成分を負フィードバックすることによって補償を行う直流結合増幅器を備えている。この信号直流成分は低い限界周波数ｆｇの低域フィルタ機能を有する回路によって連続的に測定されるので、下側を制限した回転速度だけが求められる。この信号経路の増幅は、固定設定されないで、最大の限界空隙Ｌ_G2に一致する最大の限界増幅の安定した状態まで追従して低域時定数で、強まる補償作用又は弱まる補償作用と共に変化する。最大増幅の大きさは例えば、センサの妨害因子に対する、エンコーダによって生じる有効信号の達成可能な補償特性又は安定性に従って決まる。
本発明の装置は、図２においてフローチャートとして示したアルゴリズムに従って動作する。図２は図１と関連して動作を説明するために用いられる。車両エンジンの点火装置のスイッチを入れ、それに伴いエネルギー供給を開始することにより、制御回路網７は電子式選択スイッチ４ａ，４ｂ（図１）を介して自動的に、センサ要素ＳＥとモジュレータ５の間で信号調節回路網ＳＣ₁の信号経路を接続する。制御回路網７はＳＣ₁の信号経路の瞬時のエンコーダ回転数すなわち車速Ｖを連続的に測定し、所定の限界回転数又は限界速度Ｖｇに一致する内部の特性値によって、Ｖ＞Ｖｇをチェックする。限界速度Ｖｇを上回ると、制御回路網７はセンサ要素ＳＥとモジュレータ５の間で電子式選択スイッチ４ａ，４ｂを介して自動的に信号調節回路網ＳＣ₂の信号経路を接続する。この操作モードは点火装置のスイッチを切ること（図２の点火装置オフ）によって終了する。
図３には、縮尺基準に従っていないグラフに基づいて本発明の操作モード又は作用が示してある。横軸Ｌは空隙３（図１）であり、縦軸はいろいろな値に割り当てられている。曲線Ｑは信号調節回路網ＳＣ₁を中間に接続したときの空隙３に依存する二線式線路１の信号振幅の一定の経過を示している。限界空隙Ｌ_G1を上回ると、信号はとぎれる。これには、動的な変形を考慮しない公称空隙Ｌｎの近くで誤差を有する、予想される空隙の静的な分布曲線９が関連する。点Ｔ₁はＬ_G1内にある許容される上側の静的限界値を表す。限界値Ｔ₂を有する静的な分布曲線１１はＬ_G1を上回り、信号調節回路網ＳＣ₂のモードへの移行なしに許容されることはない。曲線１０は大幅に拡張した限界空隙Ｌ_G2を有する信号調節回路網ＳＣ₂のモードのための二線式線路１における信号振幅の一定の経過を示している。この限界空隙は限界値Ｔ₂にもはや達せず、従って許容される。
或る用途では、ＳＣ₁からＳＣ₂への移行のための限界速度Ｖｇは、約１０ｋｍ／ｈに一致するエンコーダ周波数に調節される。１０ｋｍ／ｈ未満では、走行時に動的な変形が予想されないので、限界空隙Ｌ_G1で充分である。ＳＣ₁の動作によって常に速度零から分解可能であるので、すべての利点が引続き得られる。走行速度が上昇すると、予備空隙は自動的に増大する。
図３に示した限界空隙Ｌ_G1，Ｌ_G2は、第１のヒステリシスモードの実現にとって充分である信号電圧閾値によって電子的に特徴づけられている。本発明の或る用途では、一方の限界値から他方の限界値に切換えるための高い信号レベル（例えば２倍の値）を必要とする第２のヒステリシス評価が設けられている。この第２のヒステリシスは図３において、モードＳＣ₁のための試験空隙Ｌ_G11として及びモードＳＣ₂のための試験空隙Ｌ_G22として描かれている。空隙の差（Ｌ_G1−Ｌ_G11）と（Ｌ_G2−Ｌ_G22）はここでは試験可能な予備空隙と呼ばれる。簡単な論理評価によって、大きな予備空隙が存在するかあるいは小さな予備空隙が存在するかを識別することができる。大きな予備空隙の場合には、信号は各々の動作モードに関連する両ヒステリシス閾値を上回る。
信号調節回路網ＳＣ₁のモードにおける予備空隙のチェックは本発明に従い、製作時又は修理工場でセンサの組み込みチェックのために評価することができる。信号調節回路網ＳＣ₁のモードでは、信号は動的限界状態に達したことについての付加的なセンサ情報として用いられ、電子式ブレーキ又は他の機器の制御状態に影響を与えるために利用可能である。
図４のフローチャートには、図１の装置の他の利用が示してある。点火装置を始動させた後で、ＳＣ₁とＳＣ₂の間の信号経路は、走行速度に依存して交代する。切換え（Ｖ＞Ｖｇ）は信号経路の間のふらつきを防止するために充分なヒステリシスを有する。
本発明の他の実施の形態では、センサ要素ＳＥと信号調節回路網ＳＣ₁，ＳＣ₂の信号経路は、回転速度のほかに回転方向も認識するように形成されている。
ＥＣＵが二線式線路１を介して制御信号をセンサモジュール２に送ることがでる装置に関連して、本発明思想が利用される。この場合、ＥＣＵの命令によって閾値Ｖｇを変更することができ、及び／又は信号調節回路網ＳＣ₁，ＳＣ₂の信号経路の間で任意の交代を生じる命令が制御回路網７に重畳される。

Claims (8)

1. センサ要素（ＳＥ），回転状態を示す電流信号を供給する制御可能な電流源（Ｑ）及び信号調節回路を備え、一つの車輪又はその他の回転体の回転速度を検出する装置において、
   少なくとも前記センサ要素（ＳＥ），前記制御可能な電流源（Ｑ），前記信号調節回路の一部及びモジュレータ（５）が、１つのセンサモジュール（２）に統合されていること、前記モジュレータ（５）が、前記センサ要素（ＳＥ）の信号及び／又は外部の信号に依存して前記電流源（Ｑ）を制御し、前記センサモジュール（２）の出力信号として前記電流信号及びこの電流信号に重畳した状態信号又は追加信号を供給すること、及び、前記信号調節回路が、増幅を一定に設定された少なくとも１つの第１の信号調節回路網（ＳＣ ₁ ）及び当該信号調節回路網（ＳＣ ₁ ）と異なり、可変増幅である少なくとも１つの第２の信号調節回路網（ＳＣ ₂ ）を有し、これらの信号調節回路網は、予め設定された基準及び／又は条件に依存して制御回路網（７）によって前記センサ要素（ＳＥ）と前記モジュレータ（５）との間で切り換えられて信号調節を実施し、この場合、回路網交代に対する前記基準として、測定すべき前記回転速度が所定の周波数限界値又は所定の値を上回っている（Ｖ＞Ｖ _g ）ことが評価されることを特徴とする装置。
2. 前記制御回路網（７）は、前記センサモジュール（２）の構成要素として構成されていて、個々の前記信号回路網（ＳＣ₁，ＳＣ₂）のうちの１つ又は複数の信号回路網によって供給される信号又は外部から供給される信号に依存して、前記制御回路網が、一方の信号回路網（ＳＣ₁又はＳＣ₂）から１つ又は多数の他方の信号調節回路網（ＳＣ₁，ＳＣ₂）への交代を制御することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記センサモジュール（２）の外側で信号を受信する回路（ＥＣＵ）から同じ信号線路（１）を経由して当該センサモジュール（２）に供給される信号に依存して、前記制御回路網（７）が、一方の信号調節回路網（ＳＣ₁，ＳＣ₂）から他方の信号調節回路網ＳＣ₁，ＳＣ₂）への交代を制御することを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記制御回路網（７）は、一方の信号調節回路網（ＳＣ₁，ＳＣ₂）から他方の信号調節回路網（ＳＣ₁，ＳＣ₂）に交代するための制御信号を前記信号調節回路網（ＳＣ₁，ＳＣ₂）のうちの１つの信号調節回路網から導き出し、この場合、当該回路網交代に対する前記基準として、測定すべき前記回転速度が所定の周波数限界値又は所定の値を上回っていることが評価されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 第１の信号調節回路網（ＳＣ₁又はＳＣ₂）の信号経路が、増幅を一定に設定された直流結合増幅器を有すること、及び、第２の信号調節回路網の信号経路が、可変増幅で且つ増幅器入口で信号直流成分を補償する直流結合増幅器を有し、この場合、この補償は、低域フィルタを備えた回路網によって実施され、当該可変の増幅の最大値は、第１の信号経路の当該一定に設定された増幅の多数倍であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 駆動エンジンの点火装置のスイッチを入れた後に、最初に前記制御回路網（７）が、センサ要素（ＳＥ）とモジュレータ（５）との間の第１の信号調節回路網を自動的に接続するように、当該制御回路網（７）によって少なくとも選択スイッチ（４ａ，４ｂ）の手段を制御すること、及び、設定された回転速度を上回った後に、第２の信号調節回路網への交代が実施され、この第２の信号調節回路網は、前記駆動エンジンの前記点火装置のスイッチを切るまで信号調節を決定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関を備えた自動車のための装置。
7. 前記駆動エンジンの前記点火装置のスイッチを入れた後に、最初に前記制御回路網（７）が、前記センサ要素（ＳＥ）と前記モジュレータ（５）との間の第１の信号調節回路網を自動的に接続するように、当該制御回路網（７）によって少なくとも選択スイッチ（４ａ，４ｂ）の手段を制御し、設定された回転速度を上回った後に、第２の信号調節回路網に切換えられ、設定されたその他の回転速度を下回った時に、当該第１の信号調節回路網が再び接続されるように、当該制御回路網（７）によって少なくとも選択スイッチ（４ａ，４ｂ）の手段を制御し、この交代は、当該エンジンの当該点火装置のスイッチを切るまで回転速度に依存して続けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関を備えた自動車のための装置。
8. 前記信号調節回路網（ＳＣ₁，ＳＣ₂）の信号経路中の前記センサ要素（ＳＥ）の予増幅された信号電圧の振幅が、それぞれ２つの異なるヒステリシス閾値によって評価され、第１の信号調節回路網が接続された場合、両ヒステリシス閾値を同時に上回ることが、製作又は整備時の正しいセンサ組み込みのための特性の基準として評価され、第２の信号調節回路の接続時に一方のヒステリシス閾値を下回ることが、動的及び／又は熱的な原因によって生じた限界状態に達することを示す、センサから導き出された付加的な情報として評価され、電子式ブレーキ装置又は電子的に影響を与えることができるその他の機器の制御が、当該限界状態によって変更され得ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。

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