JP4946937B2 - 検出対象読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘導ノイズ等による電源電圧の一時的な落ち込みにより一旦リセットするセンサ用ＩＣを搭載した検出センサ（例えば、２つの部材の相対回転角度を非接触で検出する回転角センサ等）を用いた検出対象読取装置に関する。

（従来技術）
検出対象の状態をセンサ電圧として出力する検出センサと、この検出センサから出力されたセンサ電圧を読み込む電子制御装置とを組み合わせた検出対象読取装置が知られている。
また、検出センサとして電源電圧の落ち込みにより一旦リセットするセンサ用ＩＣを搭載するものが知られている。

具体的な例を自動車に搭載される回転角度検出装置を、図４を参照して説明する。
自動車には、スロットル開度やアクセル開度を非接触で検出する回転角度検出装置が用いられている。この回転角度検出装置は、回転角センサ（検出センサの一例）１と、ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略：電子制御装置の一例）２とを用い、回転角センサ１に搭載されたセンサ用ＩＣ（ホールＩＣ等）３のセンサ電圧をＥＣＵ２で読み取り、ＥＣＵ２においてスロットル開度やアクセル開度を算出する。

センサ用ＩＣ３は、接続ケーブルを介してＥＣＵ２に接続されるものであり、図４（ａ）の例では、接続ケーブルとして電源線４、信号出力線５、アース線（ＧＮＤ線）６の３線が用いられている。
センサ用ＩＣ３のセンサ電圧は、信号出力線５を介してＥＣＵ２に与えられる。ＥＣＵ２は、センサ用ＩＣ３から出力されたセンサ電圧をダイレクトに読み取る直接読取部８と、センサ用ＩＣ３から出力されたセンサ電圧を積分回路を用いたフィルタ９でなまして読み取るなまし読取部１０とを備えている。

なお、以下では、理解補助のために、電源線４を介してセンサ用ＩＣ３に与えられる電源電圧を「電源電圧Ａ」、ＥＣＵ２の直接読取部８で読み取られるセンサ電圧を「フィルタ前電圧Ｂ」、ＥＣＵ２のなまし読取部１０で読み取られるセンサ電圧を「フィルタ後電圧Ｃ」と称して説明する。

（従来技術の問題点）
例えば、図４（ｂ）に示すように、エンジンの運転中、点火システムの作動に起因する誘導ノイズにより電源電圧Ａが瞬間的（例えば、１０μｓ以下）に落ち込み、センサ用ＩＣ３がリセットされる可能性がある。
センサ用ＩＣ３が一旦リセットされると、センサ用ＩＣ３が「正規のセンサ電圧」を出力するまでにタイムラグが生じてしまう。その結果、ＥＣＵ２は、センサ用ＩＣ３がリセットされてから、再び正規のセンサ電圧を出力するまでの間、センサ用ＩＣ３から受ける誤った信号に基づいて回転角度を検出することになり、回転角度を誤検出する不具合が発生する。

上記の不具合を回避する手段として、センサ用ＩＣ３のセンサ電圧を常にＥＣＵ２で監視するとともに、センサ用ＩＣ３のセンサ電圧（出力値）を記憶装置（メモリ）に一時記憶させ、センサ用ＩＣ３のセンサ電圧が一時的に急変した場合に、メモリに記憶する急変前のセンサ電圧を、センサ用ＩＣ３のセンサ電圧として代用する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１の技術のように、ＥＣＵ２側においてセンサ用ＩＣ３のリセットを検出しようとした場合、（１）センサ用ＩＣ３を、リセットしたら正規のセンサ電圧を出力するまでの間（不正出力期間中）にＨｉ信号、あるいはＬｏｗ信号を出力するように設けておき、（２）フィルタ前電圧ＢによりＨｉ信号、あるいはＬｏｗ信号を検出したら、メモリに記憶するリセット前のセンサ電圧を、センサ用ＩＣ３のセンサ電圧として代用することが考えられる。

しかし、センサ用ＩＣ３を、リセットしてから正規のセンサ電圧を出力するまでの間にＨｉ信号を出力するように設ける場合、図５（ａ）に示すように、センサ電圧の最大出力値が大きい場合には、フィルタ前電圧Ｂが「正規のセンサ電圧（正規の出力だが高い電圧）」であるか、「リセットを知らせるＨｉ信号」であるかの区別ができなくなってしまう。
そこで、区別を容易化するために、センサ電圧の最大出力値を下げる必要があり、結果的にセンサ用ＩＣ３のセンサ電圧幅を小さく抑えることになり、センサ用ＩＣ３のダイナミックレンジを狭め、結果的に検出精度の低下を招いてしまう。

また逆に、センサ用ＩＣ３を、リセットしてから正規のセンサ電圧を出力するまでの間にＬｏｗ信号を出力するように設ける場合、図５（ｂ）に示すように、センサ電圧の最小出力値が小さい場合には、フィルタ前電圧Ｂが「正規のセンサ電圧（正規の出力だが低い電圧）」であるか、「リセットを知らせるＬｏｗ信号」であるかの区別ができなくなってしまう。
そこで、区別を容易化するために、センサ電圧の最小出力値を上げる必要があり、結果的にセンサ用ＩＣ３のセンサ電圧幅を小さく抑えることになり、センサ用ＩＣ３のダイナミックレンジを狭め、結果的に検出精度の低下を招いてしまう。
米国特許出願公開第２００７／００１０９６７号明細書

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサ用ＩＣのダイナミックレンジを狭めることなく、センサ用ＩＣのリセットに伴う誤検出の発生を防ぐことのできる検出対象読取装置の提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用する検出対象読取装置のセンサ用ＩＣは、誘導ノイズなどの影響による電圧低下によりリセットが成されると、センサ用ＩＣがリセットしたことを知らせるためのＨｉ信号とＬｏｗ信号を出力する。
電子制御装置は、センサ用ＩＣから出力されたＨｉ信号とＬｏｗ信号の両方を連続して検出したら、センサ用ＩＣが正規のセンサ電圧を出力するまでの期間、記憶装置に記憶されたリセット前のセンサ電圧を、センサ用ＩＣのセンサ電圧として代用する。
これにより、センサ電圧の最大出力値が大きくても、逆にセンサ電圧の最小出力値が小さくても、センサ用ＩＣが出力する「正規のセンサ電圧」と、リセットを知らせる「Ｈｉ／Ｌｏｗ信号」とを、電子制御装置において容易に区別することができる。
これにより、センサ用ＩＣのダイナミックレンジを狭めることなく、センサ用ＩＣのリセットに伴う誤検出の発生を防ぐことが可能になる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用する検出対象読取装置の電子制御装置は、検出センサから出力されたセンサ電圧をダイレクトに読み取る直接読取部と、検出センサから出力されたセンサ電圧を積分回路を用いたフィルタでなまして読み取るなまし読取部とを備え、直接読取部によるセンサ電圧（フィルタ前電圧に相当）によりセンサ用ＩＣのリセットの有無を検出し、なまし読取部によるセンサ電圧（フィルタ後電圧に相当）により検出対象の状態を検出する。
これにより、電子制御装置において、センサ用ＩＣのリセットの有無を直接読取部によるセンサ電圧（フィルタ前電圧に相当）により素早く検出することができる。
また、検出対象の状態をなまし読取部によるセンサ電圧（フィルタ後電圧に相当）によりなまされて検出することで、センサ用ＩＣのセンサ電圧に加わったノイズ（外来ノイズ等の影響による電圧変動や、検出センサが振動等を受けることで生じる電圧変動等）の影響を低減することができ、ノイズの影響による検出誤差を抑えることができる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用する検出対象読取装置における検出センサは、２つの部材の相対回転角度を非接触で検出する回転角センサである。
これにより、回転角センサのダイナミックレンジを狭めることなく、センサ用ＩＣのリセットに伴う回転角度の誤検出の発生を防ぐことが可能になる。

最良の形態の検出対象読取装置は、検出値をセンサ電圧として出力するセンサ用ＩＣを搭載する検出センサと、この検出センサから出力されたセンサ電圧を読み込む電子制御装置とを備える。
センサ用ＩＣは、誘導ノイズによる電源電圧の一時的な落ち込みにより一旦リセットされた後に、電源電圧の回復により正規のセンサ電圧を出力するまでにタイムラグが生じるものである。
この検出対象読取装置は、センサ用ＩＣのセンサ電圧を記憶する記憶装置を備える。
センサ用ＩＣは、リセットされると、正規のセンサ電圧を出力するまでの間に、リセットを知らせるＨｉ信号とＬｏｗ信号を出力するように設けられている（ＨｉとＬｏｗの順番は限定されない）。
電子制御装置は、センサ用ＩＣからＨｉ信号とＬｏｗ信号の両方を連続（ＨｉとＬｏｗの順番は限定されない）して検出したら、センサ用ＩＣが正規のセンサ電圧を出力するまでの期間、記憶装置に記憶されたリセット前のセンサ電圧を、センサ用ＩＣのセンサ電圧として置き替えて用いる。

本発明の検出対象読取装置を、自動車に搭載されるスロットバルブの回転角度や、アクセルペダル等の回転角度を検出する回転角度検出装置に適用した実施例１を、図１、図２を参照して説明する。
この実施例１に示す回転角度検出装置は、２つの部材（固定部材と回転部材）の相対回転角度を非接触で検出する回転角センサ１（検出センサの一例）と、この回転角センサ１の出力電圧（出力信号）から検出対象である回転部材の回転角度を演算によって求めるＥＣＵ２（電子制御装置の一例）とを備える。

回転角センサ１は、検出対象である回転部材の回転角度を電圧信号に変換してＥＣＵ２に出力するものであり、具体的な一例を開示すると、回転部材に固定された永久磁石と、固定部材に固定されたセンサ用ＩＣ３（ホールＩＣ等）とを備える。
センサ用ＩＣ３は、磁気検出面に対して直交する方向に通過する磁束密度に応じた出力電圧を発生する磁気検出素子（ホール素子など）を搭載しており、センサ用ＩＣ３に対して永久磁石の回転角度が変化することで、磁気検出素子の出力電圧が変化する。また、センサ用ＩＣ３は、磁気検出素子の発生する微弱な出力電圧を増幅する出力増幅アンプを搭載しており、出力増幅アンプで増幅された電圧がセンサ電圧としてＥＣＵ２に出力される。

センサ用ＩＣ３は、接続ケーブルを介してＥＣＵ２に接続されるものであり、この実施例では接続ケーブルに電源線４、信号出力線５、アース線（ＧＮＤ線）６の３線が用いられている。なお、回転角センサ１に設けられた符号７は、センサ用ＩＣ３の発振防止のための低容量コンデンサである。
センサ用ＩＣ３のセンサ電圧は、信号出力線５を介してＥＣＵ２に与えられる。
ＥＣＵ２は、センサ用ＩＣ３から出力されたセンサ電圧をダイレクトに読み取る直接読取部８と、センサ用ＩＣ３から出力されたセンサ電圧を積分回路を用いたフィルタ９でなまして読み取るなまし読取部１０とを備えている。

このＥＣＵ２は、周知構成のマイクロコンピュータを搭載しており、このマイクロコンピュータは、制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムやデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＳＲＡＭまたはＥＥＯＲＯＭ等のメモリ）、入出力回路、電源回路などを含んで構成されている。
このＥＣＵ２には、所定のサンプリング周期で、なまし読取部１０で読み取られたフィルタ後電圧Ｃを読み込み、読み込んだフィルタ後電圧Ｃから検出対象の回転部材の回転角度を演算して求める角度演算手段がプログラムされている。

（実施例１の背景）
エンジンの運転中、点火システムの作動に起因する誘導ノイズ等により、電源線４の電源電圧Ａが瞬間的に落ち込み、センサ用ＩＣ３がリセットされる可能性がある。
センサ用ＩＣ３が一旦リセットされると、センサ用ＩＣ３が「正規のセンサ電圧」を出力するまでにタイムラグが生じてしまう。その結果、ＥＣＵ２は、センサ用ＩＣ３がリセットされてから、再び正規のセンサ電圧を出力するまでの間、センサ用ＩＣ３から受ける誤った信号に基づいて回転角度を検出することになり、回転角度を誤検出する不具合が発生する。

（実施例１の特徴）
上記の不具合を解決するために、この実施例１では次の手段を採用している。
（１）ＥＣＵ２の回転角度演算手段には、所定のサンプリング周期で読み込まれたフィルタ後電圧Ｃを記憶装置の一時記憶メモリに記憶させ、少なくとも３サンプリング周期前までのフィルタ後電圧Ｃを一時記憶メモリに保持させるセンサ出力保持機能が設けられている。

（２）センサ用ＩＣ３には、リセットされると、正規のセンサ電圧を出力するまでの間、図１（ｂ）のタイムチャートに示すように、ＥＣＵ２に対してセンサ用ＩＣ３がリセットしたことを知らせるＨｉ信号とＬｏｗ信号を出力する機能が設けられている。なお、センサ用ＩＣ３がリセットした際に、フィルタ前電圧ＢによってＥＣＵ２側でＨｉ信号とＬｏｗ信号の両方を確実に検出することができるように、Ｈｉ信号の出力期間およびＬｏｗ信号の出力期間は、サンプリング周期（サンプリングタイミングを図中の破線矢印で示す）より長く設定されている。

（３）ＥＣＵ２の回転角度演算手段には、センサ用ＩＣ３がＨｉ信号とＬｏｗ信号の両方を連続して出力したら、センサ用ＩＣ３が正規のセンサ電圧を出力するまでの期間、記憶装置に記憶されたリセット前のセンサ電圧を、センサ用ＩＣ３のセンサ電圧として代用して検出対象の回転部材の回転角度を求めるリセット期間出力代用機能が設けられている。 具体的にこのリセット期間出力代用機能は、直接読取部８で読み込まれたフィルタ前電圧Ｂによって、センサ用ＩＣ３からＨｉ信号とＬｏｗ信号の両方が出力されたか否かを判定する判定機能を備え、（ｉ）センサ用ＩＣ３からＨｉ信号とＬｏｗ信号の両方を連続して出力していないと判定した場合には、記憶装置に記憶された「３サンプリング周期前のフィルタ後電圧Ｃ」に基づいて検出対象の回転部材の回転角度を演算して求め、（ｉｉ）センサ用ＩＣ３からＨｉ信号とＬｏｗ信号の両方を連続して出力したと判定した場合には、センサ用ＩＣ３が正規のセンサ電圧を出力するまでの期間（この期間は略一定であり予めプログラムに書き込まれた期間：この実施例ではサンプリング回数で設定）、記憶装置に記憶された「３サンプリング周期前のフィルタ後電圧Ｃ（リセット前のフィルタ後電圧Ｃ）」に基づいて検出対象の回転部材の回転角度を演算して求めるものである。

次に、上記リセット期間出力代用機能の具体的な一例を、図２のフローチャートを参照して説明する。
この制御ルーチンに侵入したら（スタート）、フィルタ前電圧ＢがＨｉ信号であるか否かを判断する（ステップＳ１）。
このステップＳ１の判断結果がＮＯの場合は、記憶装置に記憶された「３サンプリング周期前のフィルタ後電圧Ｃ」をサンプリング周期において１回だけ出力し（ステップＳ２）、そのフィルタ後電圧Ｃに基づいて検出対象の回転部材の回転角度を演算して求める。

上記ステップＳ１の判断結果がＹＥＳの場合は、フィルタ前電圧ＢがＬｏｗ信号であるか否かを判断する（ステップＳ３）。
このステップＳ３の判断結果がＮＯの場合は、記憶装置に記憶された「３サンプリング周期前のフィルタ後電圧Ｃ」をサンプリング周期において１回だけ出力し（ステップＳ４）、そのフィルタ後電圧Ｃに基づいて検出対象の回転部材の回転角度を演算して求める。

上記ステップＳ３の判断結果がＹＥＳの場合は、センサ用ＩＣ３がリセットしたと判断し、記憶装置に記憶された「３サンプリング周期前のフィルタ後電圧Ｃ」をサンプリング周期４回にわたり連続して出力し（ステップＳ５）、サンプリング周期４回の期間中（不正出力期間中）に、「３サンプリング周期前のフィルタ後電圧Ｃ」を代用して検出対象の回転部材の回転角度を演算して求める。

（実施例１の作動）
実施例１の作動例を、図１（ｂ）を参照して説明する。
エンジンの運転中、点火システムの作動に起因する誘導ノイズにより電源電圧Ａに瞬間的な落ち込みが生じ、電源電圧Ａの低下によりセンサ用ＩＣ３がリセットされる。その後、電源電圧Ａの上昇によりセンサ用ＩＣ３が動作を開始すると、センサ用ＩＣ３は、Ｈｉ信号を出力した後、Ｌｏｗ信号を出力し、続いて正規のセンサ電圧を出力する。

ＥＣＵ２は、「３サンプリング周期前のフィルタ後電圧Ｃ」に基づいて検出対象の回転部材の回転角度を演算しており、フィルタ前電圧Ｂによってセンサ用ＩＣ３のリセットを検出すると、サンプリング周期４回にわたって「３サンプリング周期前のフィルタ後電圧Ｃ」に基づいて回転角度を演算する。
これによって、リセットによる不正出力期間中、および不正出力期間が終わってフィルタ後電圧Ｃがリセットを知らせるＨｉ／Ｌｏｗ信号の影響から離れて正規値にほぼ納まるまでの期間は、リセット前の「３サンプリング周期前のフィルタ後電圧Ｃ」を用いて回転角度の演算が行われる。

（実施例１の効果）
実施例１の回転角度検出装置は、誘導ノイズなどの影響による電圧低下によりセンサ用ＩＣ３がリセットされると、センサ用ＩＣ３がリセットしたことを知らせるＨｉ信号とＬｏｗ信号を切り替えてＥＣＵ２に出力する。
ＥＣＵ２は、センサ用ＩＣ３からＨｉ信号とＬｏｗ信号の両方を連続して検出したら、上述したように、センサ用ＩＣ３が正規のセンサ電圧を出力するまでの期間、および不正出力期間が終わってフィルタ後電圧Ｃが正規値にほぼ納まるまでの期間は、記憶装置に記憶されたリセット前のフィルタ後電圧Ｃを、センサ用ＩＣ３のセンサ電圧として代用する。

これにより、センサ電圧の最大出力値が大きくても、逆にセンサ電圧の最小出力値が小さくても、センサ用ＩＣ３が出力する「正規のセンサ電圧」と、リセットを知らせる「Ｈｉ／Ｌｏｗ信号」とを、ＥＣＵ２において容易に区別することができる。
これにより、センサ用ＩＣ３のダイナミックレンジを狭めることなく、センサ用ＩＣ３のリセットに伴う誤検出の発生を容易に防ぐことができる。即ち、回転角センサ１のダイナミックレンジを狭めることなく、センサ用ＩＣ３のリセットに伴う回転角度の誤検出の発生を容易に防ぐことができる。

一方、この実施例１のＥＣＵ２は、フィルタ前電圧Ｂを読み取る直接読取部８と、フィルタ後電圧Ｃを読み取るなまし読取部１０とを備える。
これにより、ＥＣＵ２は、フィルタ９でなまされる前のフィルタ前電圧Ｂによってセンサ用ＩＣ３のリセットの有無を検出することができ、センサ用ＩＣ３のリセットを素早く検出することができる。
また、ＥＣＵ２は、フィルタ９でなまされた後のフィルタ後電圧Ｃに基づいて回転角度の検出を行うため、信号出力線５やアース線６に加わったノイズ（外来ノイズ等の影響による電圧変動や、回転角センサ１が振動等を受けることで生じる電圧変動等）の影響を低減することができ、ノイズの影響による検出誤差を抑えることができる。

実施例２を図３を参照して説明する。
上記の実施例１では、センサ用ＩＣ３のリセットをＥＣＵ２へ知らせるＨｉ信号とＬｏｗ信号の出力順序を、Ｈｉ信号→Ｌｏｗ信号とした例を示した。
これに対し、この実施例２では、センサ用ＩＣ３のリセットをＥＣＵ２へ知らせるＨｉ信号とＬｏｗ信号の出力順序を、Ｌｏｗ信号→Ｈｉ信号としたものである。
なお、ＥＣＵ２は、センサ用ＩＣ３からＬｏｗ信号を受け、続いてＨｉ信号を受けた時に、センサ用ＩＣ３のリセットを検出して、センサ用ＩＣ３が正規のセンサ電圧を出力するまでの期間、記憶装置に記憶されたリセット前のフィルタ後電圧Ｃを、センサ用ＩＣ３のセンサ電圧として代用するように設けられるものである。

〔変形例〕
上記の実施例では、自動車に搭載される回転角度検出装置に本発明を適用した例を示したが、産業ロボットのアーム部の回転角度等、自動車とは異なる装置の回転角度検出装置に本発明を適用しても良い。
また、上記の実施例では、検出センサの一例として回転角センサ１を例に示したが、回転角センサ１に限定されるものではなく、電圧低下により出力が一旦リセットされるＩＣを搭載する全ての検出センサを用いた検出対象読取装置に本発明を適用しても良い。

センサ用ＩＣとＥＣＵを接続する接続ケーブルの説明図、および作動例を示すタイムチャートである（実施例１）。 リセット期間出力代用機能のフローチャートである（実施例１）。 作動例を示すタイムチャートである（実施例２）。 センサ用ＩＣとＥＣＵを接続する接続ケーブルの説明図、および作動例を示すタイムチャートである（従来例）。 作動例を示すタイムチャートである（従来例）。

符号の説明

１ 回転角センサ（検出センサ）
２ ＥＣＵ（電子制御装置）
３ センサ用ＩＣ
８ 直接読取部
９ フィルタ
１０ なまし読取部

Claims (3)

1. 検出値をセンサ電圧として出力するセンサ用ＩＣを搭載する検出センサと、
   この検出センサから出力されたセンサ電圧を読み込む電子制御装置とを備え、
   誘導ノイズによる電源電圧の一時的な落ち込みにより前記センサ用ＩＣが一旦リセットし、電源電圧の回復により前記センサ用ＩＣが正規のセンサ電圧を出力するまでにタイムラグが生じる検出対象読取装置において、
   この検出対象読取装置は、前記センサ用ＩＣのセンサ電圧を記憶する記憶装置を備え、 前記センサ用ＩＣは、リセットされると、正規のセンサ電圧を出力するまでの間にハイ信号とロー信号を出力するように設けられ、
   前記電子制御装置は、前記センサ用ＩＣからハイ信号とロー信号の両方を連続して検出したら、前記センサ用ＩＣが正規のセンサ電圧を出力するまでの期間、前記記憶装置に記憶されたリセット前のセンサ電圧を、前記センサ用ＩＣのセンサ電圧として代用することを特徴とする検出対象読取装置。
2. 請求項１に記載の検出対象読取装置において、
   前記電子制御装置は、前記検出センサから出力されたセンサ電圧をダイレクトに読み取る直接読取部と、前記検出センサから出力されたセンサ電圧を積分回路を用いたフィルタでなまして読み取るなまし読取部とを備え、
   前記直接読取部によるセンサ電圧により前記センサ用ＩＣのリセットの有無を検出し、前記なまし読取部によるセンサ電圧により検出対象の状態を検出することを特徴とする検出対象読取装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の検出対象読取装置において、
   前記検出センサは、２つの部材の相対回転角度を非接触で検出する回転角センサであることを特徴とする検出対象読取装置。

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