JP4662674B2 - 信号発生器での誤接続の識別方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は独立請求項の上位概念記載の信号発生器での誤接続の識別方法およびこの方法を実施する装置に関する。この方法および装置は特に誘導センサにおいて用いられる。
【０００２】
従来の技術
信号発生器、例えば誘導原理にしたがって動作するセンサは、こんにちでは種々の適用分野で使用されている。例えばこうした誘導センサは回転する軸の回転数検出または角度位置検出に使用されている。特に車両のクランクシャフトまたはその他のシャフトの角度位置を検出する際には、定置されたピックアップが回転するシャフトまたはこの回転シャフトに接合されているセンサディスクを走査するかたちの信号センサが使用される。センサディスクはその表面に複数の角度マークを有しており、ピックアップがこれを通過するとピックアップ内部に交流電圧が誘導され、正負の半波が形成される。この交流電圧はセンサディスクの表面の様子を反映している。後の処理を良好にするために、この電圧は通常は矩形電圧へ変換される。つまりこの電圧は評価回路内で設定された閾値と比較され、この閾値が超過されると矩形の出力信号のレベル変化が行われる。例えば機関制御装置またはマイクロプロセッサ内で行われるこの信号の評価にとっては、ハイレベルが角度マークの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジのどちらに由来しているかが重要であるので、センサが誤って極性付けられていないかどうかを監視しなければならない。誘導センサは通常２つの接続部分を有するため、この監視が必要である。
【０００３】
信号発生器の適正な極性付けと誤った極性付けとを識別する方法および装置はドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７２３８６６号明細書から公知である。公知の方法および装置では、走査すべきセンサディスクが同じタイプの複数の角度マークを有していることに基づいて、これらの角度マークが、ピックアップ内で形成され矩形信号へ変換される信号に運動方向に依存する特性を生じさせるように構成されている。ピックアップの出力信号を矩形信号へ変換する際には２つの閾値が考慮され、この閾値が超過されるとレベルの切り換えがトリガされる。
【０００４】
本発明の利点
請求項１記載の特徴を有する本発明の誤接続（誤った極性付け）の識別方法および装置は、動作がきわめて確実であり、同じタイプの複数の角度マークと１つの基準マークとを備えたセンサディスクに使用でき、角度マークの形状、長さまたはそれぞれの角度マークのあいだの間隔について特別な要求を課さないという利点を有する。特に有利には、本発明の方法および装置はこんにち内燃機関で通常用いられているセンサディスクと接続されて使用される。この種のセンサディスクは全面にわたって規則的に分布する６０−２個の角度マークを有しており、そのうち角度マーク２つ分の欠如によって基準マークが形成されている。この種のいわゆるインクリメントディスクは内燃機関のクランクシャフトの角度位置を求めるために用いられる。角度検出の評価は内燃機関の制御装置で行われる。この評価プロセスに加えて、本発明によればセンサの誤接続も識別することができる。特に有利には誤接続の識別は他の信号評価からは独立して行われる。どのような条件のもとで誤接続の識別を行うかということは、有利にはアプリケーションの様態に委ねられる。こうした条件は例えば所定の回転数領域であってもよいし、また誤接続の識別を内燃機関のエンジンブレーキ時のみに行ってもよい。また回転数が一定であるときや、回転数の変動が所定の限界領域内にとどまるときにのみこの識別を行うこともできる。
【０００５】
特に有利には、設定された角度マークのあいだの時間測定を誤接続の識別のために行う。ここでは例えば誤接続がない場合に予測信号エッジが発生するはずの所定の時間窓をセットする。
【０００６】
本発明の他の利点は従属請求項に記載の手段から得られる。
【０００７】
図面
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。
【０００８】
図１には本発明を理解するのに重要な内燃機関の制御システムの構成要素が示されており、本発明の装置および方法は有利にここで使用される。図２には正しく接続されたセンサと誤って接続されたセンサとで得られた異なる信号の経過が示されており、付加的に対応するセンサディスクの角度マークも示されている。
【０００９】
実施例の説明
図１には本発明を理解するのに重要な内燃機関の制御システムのコンポーネントが示されており、本発明の装置および方法は有利にここで使用される。詳細には参照番号１０でセンサディスクが示されており、このセンサディスクは内燃機関のクランクシャフト１１に固定に接続されている。このディスクの周には複数の同タイプの角度マーク１２が設けられており、これらの角度マークはそれぞれ相互に等間隔を有している。同タイプの角度マーク１２のほかに基準マーク１３も設けられており、こちらは例えば角度マーク２つ分が欠如していることにより形成されている。したがって基準マークの個所では隣接する同タイプの角度マーク間の間隔が広くなっている。
【００１０】
センサディスク１０はピックアップ２０によって走査され、このピックアップが角度マークを通過すると、角度マークのエッジごとに正負の半波を有する出力信号が形成され送出される。センサディスク１０はインクリメントディスクとも称され、これに対応するピックアップ２０とともにセンサ２０ａを形成しており、その出力信号Ｕ２０が評価される。出力信号Ｕ２０はさらなる処理の前に矩形信号へ変換され、アナログ／ディジタル変換器２２へ供給される。このアナログ／ディジタル変換器はディジタル信号を最終的にプロセッサ２３へ供給し、このプロセッサが信号評価を行う。プロセッサ２３は例えば車両の制御装置の構成要素である。センサ２０ａから出力されアナログ／ディジタル変換された出力信号Ｕ２０はインクリメント信号ＩＮＫとも称される。
【００１１】
第２のセンサディスク１４は内燃機関のカムシャフト１５に接続されており、周囲には複数の角度マーク、いわゆるセグメントが設けられている。このセグメントの数は例えば内燃機関のシリンダ数に相応している。これらの角度マークのうち１つはダブルマークとして構成されており、クランクシャフト角度とシリンダ１との対応付けに用いられる。個別マーク１９ａ、１９ｂを有するこのダブルマークは参照番号１９で示されており、他の角度マークは参照番号１６、１７、１８で示されている。角度マークのエッジ間の間隔は等しい。センサディスク１４はピックアップ２１により走査され、このピックアップが角度マークを通過するたびに正負の半波を有する出力信号Ｕ２１が形成され送出される。アナログ／ディジタル変換器２４でのアナログ／ディジタル変換後に矩形信号が生じ、この信号をセグメント信号ＳＥＧとも称する。セグメント信号は同様にプロセッサ２３へ供給される。セグメントディスク１４およびピックアップ２１はセグメントセンサ２１ａとも称される。
【００１２】
マイクロプロセッサはインクリメント信号およびセグメント信号を処理して、例えば燃料噴射のための駆動パルス２５を形成する。このパルスは参照番号２５で示されている。このパルスを形成するためには、プロセッサ２３へ別の入力側Ｅを介して供給された別の情報２６が必要である。この情報を例えば適切なセンサを介して取得する手段については、ここではこれ以上立ち入らない。
【００１３】
２つのセンサ２０ａ、２１ａのうち一方が誤って接続された状態で駆動される場合、出力信号Ｕ２０、Ｕ２１は図２に示されたようになる。正しい極性であるかまたは誤った極性であるかを確実に検出できるようにするために、以下に誤接続の識別方法を詳細に説明する。この方法はプロセッサ２３で動作する。プロセッサ２３が内燃機関の制御装置の構成要素である場合、本発明の方法は例えば噴射のための従来の開制御プロセスまたは閉ループ制御プロセスに加えて行われる。プロセッサが単にセンサの出力信号の評価に用いられる場合、プロセッサは専ら信号評価および誤接続の識別のために使用される。
【００１４】
図２には種々の条件に対するクランクシャフト角度の信号経過が示されている。詳細には、図２のＡには角度マーク１２と角度マーク２つ分の欠如によって形成された基準マーク１３とを備えたセンサディスクの表面が示されている。図２のＢには、センサが正しく接続されており、センサディスク１０が正しい回転数で回転している条件でのセンサ２０ａの出力信号Ｕ２０が示されている。この場合、信号最大値は角度マークからギャップへの移行時に発生し、信号最小値はギャップから角度マークへの移行時に発生する。図２のＢの信号Ｕ２０がアナログ／ディジタル変換器でディジタル信号または矩形信号へ変換されると、図２のＣに示されている信号が生じる。ここでの条件は、ローからハイへの移行または０から１へのゼロ交差が行われ、スイッチング閾値Ｓ１が超過されるとハイからローへの移行または１から０への移行が行われるということである。図２のＣの信号経過を分析することにより、一定の回転数では矩形信号のローフェーズはつねに等しい長さであり、ハイフェーズは基準マークの領域で他の角度マークの領域におけるよりも格段に長くなることがわかる。
【００１５】
図２のＤには、誤って接続されたときのセンサの出力信号Ｕ２０が示されている。出力信号Ｕ２０はそれぞれギャップからセンサの角度マークへの移行時に最大値を生じ、角度マークからギャップへの移行時に最小値を生じる。図２のＤの信号が図２のＡの信号と同様にアナログ／ディジタル変換されると、図２のＥに示されている矩形信号の経過が得られる。この信号経過図では、ローフェーズが種々の長さを有しており、基準マークの領域で規則的な角度マークの領域でのローフェーズよりも格段に長いローフェーズが生じていることがわかる。種々の長さの信号間隔はギャップの領域での電圧の低下がセンサの残留特性のためにきわめて大きくなることによって生じる。この信号間隔を評価することにより、センサが正しく接続されているか誤って接続されているかを識別することができる。その際に通常は予め設定された角度マーク間の時間測定を行うプロセッサにより、異なる長さのローフェーズが発生しているか否かの付加的な問い合わせが続けて行われる。
【００１６】
図３には第２の評価方法を説明するための別の信号経過図が示されている。図３のＡにはここでもセンサが正しく接続された場合の信号経過が示されている。ここで２つのゼロ交差間の時間は規則的な角度マークの部分ではｔであり、基準マークの部分では３ｔである。センサが正しく極性付けられているか否かを識別するために、信号のゼロ交差が予測されるいわゆるダイナミックプロージビリヒウィンドウが形成される。センサが誤って極性付けられていると、このセンサは図３のＢに示されているような出力信号を送出する。ここで考慮しなければならないのは、誤って極性付けられた信号の経過は図３のＡに示された信号経過に比べて角度マークの間隔が１／２だけずれており、規則的な角度マークの部分でそれぞれ最大値と最小値とが見られることである。図３のＡの信号またはＢの信号が矩形信号へ変換されると（図３のＣ）、いわゆるゲートアレイでプロージビリティウィンドウＰが設定され、ゼロ交差がプロージビリティウィンドウＰ内で発生しているか否かが監視される。ゼロ交差がプロージビリティウィンドウ内で発生していない場合、図３のＣの信号経過が生じて、ゼロ交差はプロージビリティウィンドウＰ内では発生せず、別の個所に存在することが識別される。こうした特性を検査することにより、誤接続を識別することができる。
【００１７】
矩形信号への変換は例えば矩形信号のレベル変化がそれぞれアナログ信号のゼロ交差時（すなわちスイッチング閾値Ｓ０の超過時）、スイッチング閾値Ｓ１の超過時（図２）、またはスイッチング閾値Ｓ２の超過時（図３）に行われるように構成される。
【００１８】
信号の検査が高い回転数で行われる場合、信号経過をシステムに応じて特に高い精度で評価しなければならない。その場合にはゼロ交差を予測するためにきわめて狭いプロージビリティウィンドウがセットされる。誤接続の識別は基本的に簡単なシステムで、専ら回転数センサの信号評価において行われる。本出願人は本発明を車両の制御装置内での信号評価部に関連して使用しているが、この誤接続の識別を通常の信号評価に加えて行ったり、既存のハードウェアコンフィグレーションを活用して行ったりすることもできる。例えばゲートアレイのダイナミックプロージビリティを誤接続識別のための基準マークギャップの領域で利用することができる。
【００１９】
これに代えて、インクリメントディスクについて前述した誤接続識別を、図１に示したようにセグメントマークが例えばダブルマークによって形成されているセグメントディスクについても行うことができる。この場合も、誤って接続されているとダブルマークの領域でセンサが正しく接続されている場合の信号経過に比べて大きく異なる信号経過が生じる。前述した内燃機関の評価システムではクランクシャフト角度センサおよびカムシャフト角度センサが評価されており、これら２つのセンサについて誤接続の識別を行うことができる。ここでの検査は同時に行うのではなく、設定に応じて順次に行ったほうがよい。識別された誤接続は表示されるか、および／または電子的に補償される。
【００２０】
本発明の実施例として特に回転数センサを説明した。基本的には本発明は所定の特異点で運動方向に依存した信号経過が発生する他の信号分析、または一般に回転方向に依存した信号経過を検出可能な他の信号分析においても行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 内燃機関の制御システムを示した図である。
【図２】 正しく接続されたセンサと誤って接続されたセンサとで得られた信号の経過図である。
【図３】 正しく接続されたセンサと誤って接続されたセンサとで得られた信号の経過図である。

Claims (6)

1. 信号発生器が相互に同じ間隔を有する所定数の角度マークを備えたセンサディスクを走査し、それぞれの角度マークのエッジで形成された正負の半波を有する出力信号を送出して評価手段内で矩形信号へ変換し、
   ここで、設定された第１のスイッチング閾値が達成されるたびに第１のレベル変化を行い、設定された第２のスイッチング閾値が達成されるたびに第２のレベル変化を行って、これらのレベル変化のあいだの時間間隔を誤接続の識別のために評価する
   信号発生器での誤接続の識別方法において、
   センサディスクは隣接する２つの角度マークのあいだのより大きな間隔によって特徴づけられる基準マークを有しており、
   基準マークの領域での所定のレベル変化の時間間隔が予測された時間間隔に相応しない場合に誤接続を識別する
   ことを特徴とする信号発生器での誤接続の識別方法。
2. センサディスクの回転数が設定された回転数よりも大きい場合にのみ誤接続の識別を行う、請求項１記載の方法。
3. 第２のスイッチング閾値はゼロ交点に相応する、請求項１または２記載の方法。
4. 第１のスイッチング閾値は評価手段内で形成された正の設定電圧である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 予め求められた時間に依存して形成された時間窓をセットし、予測される信号エッジが当該の時間窓内で発生するか否かを検査し、発生しなかった場合に誤接続を識別する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 請求項１から５までのいずれか１項記載の信号発生器での誤接続の識別方法を実施する装置において、
   評価手段が必要な時間測定を行うマイクロプロセッサを有している、
   ことを特徴とする信号発生器での誤接続の識別方法を実施する装置。

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