JP5073944B2 - 角度情報を伝送するための方法及びその方法を実施するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転する装置を介して角度情報を伝送するための方法であって、少なくとも１つの連続した信号又は信号の配列を検出し、各信号を互いに比較することを含み、少なくとも１つの信号が他の信号と異なる方法に関する。本発明はさらに、回転する装置又はユニット及び少なくとも１つの検出器を含む装置に関する。

上記のような方法は従来技術で既に公知である。通常、このような方法は、自動車における速度又は回転数及び角度の検出に使用されている。特にクランク軸又はカム軸の作動パラメータが検出される。この方法は、歯車として形成することも、磁化エラストマーを有する多極エンコーダとして形成することもできるロータリセンサを使用することにより実施される。

通常、多極エンコーダとして形成されているロータリセンサは、周方向で交互に繰り返して配置されているＮ極とＳ極を有する。これらの極により生じる磁場は、適切な検出器又はセンサによって検出され、ディジタル化され、そして信号として出力される。通常、このような多極エンコーダは58対の磁極を含み、周方向に配列されている同極の又は同一方向に方向づけられた極は６°の間隔で互いに隣接してロータリセンサの周上に配置されている。これにより一対の磁極は６°の円弧間隔をもたらす。ロータリセンサの周上の１箇所には、二対の磁極を取り去ることにより形成され、基準点を特定するためのギャップが設けられている。このような基準点は多くの場合、シリンダの上死点に一致、対応している。

しかしながら、この意図的に形成されているギャップによって問題が引き起される。このギャップにより欠落した時間を測定するための信号は、回転数及び角度情報を検出する際に、先行した信号データから算出されなければならない。これには複雑なソフトウェアを利用して、近似法により、欠落した信号を算出するバルブタイミング装置が必要である。しかしながら、この処理方法は十分に正確ではなく、また加速及び制動時の動的な過程において、さらに増大されることのある誤差を含む。

したがって本発明は、先に記載した形式の方法を、作動パラメータを正確かつ直接的に検出することが常に保証されているように構成しかつさらに発展させることを課題としている。

本発明によれば上記課題は、回転するユニットにより角度情報を伝送するための方法であって、少なくとも１つの連続した信号を検出し、その連続した信号の各信号を互いに比較することを含み、少なくとも１つの信号がその他の信号と異なるものにおいて、２つの連続した信号を検出し、２つの連続した信号のそれぞれの各信号を相互に比較することを含み、第１の連続した信号が規則的に供給され、第２の連続した信号が不規則に供給されることを特徴とする方法によって解決される。すなわち上記課題は、情報を伝送するための方法に関して、請求項１の特徴部を備えていることにより解決される。この構成によれば本発明の方法は、２つの連続した信号を検出して、それぞれにおいて互いに比較することを含み、第１の連続した信号が規則的に供給され、かつ第２の連続した信号が不規則に供給されるように構成されていることによって特徴づけられている。

本発明によれば、第１の連続した信号が一定の基準信号を供給し、この基準信号によって第１の作動パラメータを検出可能であることが最初に認識されていた。次の段階でさらに、不規則に信号を供給する第２の連続した信号がさらなる作動パラメータを第１の作動パラメータとは別個に表示可能であることが認識された。この点で、種々の作動状態を相互に無関係に検出又は伝送することが可能であることを保証されている。このような構成により、本発明の方法による形態によって、データセットから種々の作動パラメータについて推論されなければならないということが回避される。したがって本発明の方法によって、作動パラメータの正確かつ直接的な検出を常に保証することが可能となる。

したがって、本発明による方法によって先に記載した課題を解決することができる。

第１の連続した信号を、それぞれ一定の間隔で繰り返されるアブソリュート信号として供給することができる。この具体的な形態では、第１の連続した信号のみをディジタル方式で検出し、計数することにより、例えばクランク軸又はカム軸の絶対位置を容易に検出することができる。さらに角度及び速度を、既知の間隔と計数時間から算出可能である。このような構成であることによって、信号から絶対位置を算出するための高価で、しかもある条件下でのみ正確な値を導き得るソフトウェアが不要となる。

第２の連続した信号を、好ましくは一定の間隔で繰り返される信号として供給することができ、その際、これらの間隔には少なくとも１つの不規則な間隔が含まれている。より具体的には、この場合、一定の間隔の連続した信号の後に、この一定の間隔とその長さが異なる間隔で信号を供給することができる。この具体的な形態では、不規則な間隔を装置又はユニットの特徴的な作動状態又は動作点（オペレーティングポイント）に割り当てることが可能である。間隔の長さを選択することによって、分解能を、検出器の分解能によって可能である限り、実質上任意に細かく設定することができる。

第２の連続した信号は、少なくとも２つの不規則な、互いに異なりかつ互いに直接並び合う間隔を有し、この不規則な間隔の信号の前後に、一定の間隔の連続した信号が続いているようにすることができる。この具体的な形態では、特別に確実に検出可能であり顕著である不規則さによって、特性点の検出を保証することが必要である場合に有利である。一定の間隔と異なる互いに並び合う２つの相違する間隔を有する信号を供給するという安全対策によって、この相違する間隔を有する信号が検出器により認識されないということを効果的に阻止することができる。

第２の連続した信号によって、少なくとも１つの間隔の後に、信号振幅又は信号強度の点で相違し、もしくは不規則である信号を供給することができる。この構成では、信号強度又は信号振幅のピーク高さが、この第２の連続した信号の他の部分と異なるようにすることができる。この構成により、異なる信号強度によって情報の伝送が可能である。このような信号の検出によって、ある一定の閾値以後に初めて感知するセンサユニット又は検出器ユニットの使用が可能になる。

この不規則な間隔を、その長さが第１の連続した信号の一定の間隔と相違させることも、第２の連続した信号の規則的な間隔と相違させることもできる。不規則な間隔をどの信号の一定又は規則的な間隔と相違させるかは、不規則な間隔が使用される検出器によって確実に検出される程度に、目立つように選択されることが望ましい。特に高い分解能を有するセンサ又は検出器を使用する場合には、不規則な間隔はその長さが規則的な間隔とごく僅か異なっているだけでよい。

信号を発生させるエレメントとして磁極を使用することができる。機械的な手段、例えば歯車の歯を使用することも可能である。磁極という計測手段によって、市販の検出器による支障のない検出を保証することができる。さらに磁極の使用によって、常にＮ極とＳ極の互いに隣り合った配置が確実となる。このような構成において、０-１（オフ-オン）の連続信号という点で、連続した二進信号を問題なくもたらすことができる。

磁極の広がりを拡大することによって、拡大された不規則な間隔を設定することができる。例えば、他よりも大きな寸法の過大な寸法のＮ極又はＳ極が、その寸法が拡大されていることに基づいて、その磁極と同一方向に方向づけられている均一な寸法の磁極による磁場を、磁場の非対称が出現する程度に乱すことが可能である。このような非対称は、２つの連続した互いに隣接する間隔の拡大比の尺度を表わし、検出器によって検出可能である。この構成では、幾何学的に限定された領域を磁化するだけで間隔の設定を実施可能である。

第１の連続した信号を、磁場の方向及び強度を変化させることによって発生させることができる。より具体的には、Ｎ極からＳ極への又は、Ｓ極からＮ極へのそれぞれの遷移によって信号を発生させることができる。この構成では、対をなす磁極に幾何学的な一定量の広がりを持たせることにより、第１の連続した信号が一定の間隔で発生可能であることを保証することができる。第２の連続した信号は、この構成では、Ｓ極からＮ極への又は、Ｎ極からＳ極への遷移によってもたらすことができる。磁極の広がりによって、第２の連続した信号が発生する間隔の長さの調整を問題なく設定することができる。

これらの信号を、少なくとも１つのホール効果センサによって検出することができる。ホール効果センサは市場で容易に入手可能であり、また完成の域に達した確実に動作する検出器である。このような背景において、微分ホール効果センサ、MR（磁気抵抗効果）センサ、GMR（巨大磁気抵抗効果）センサ、誘導型センサ又は他の適切なセンサを使用することが可能である。

これらの磁気素子を回転する装置又はユニットの周上に配置することができる。この構成では、対をなす磁極を一定の角度間隔で、取り巻くように、広範囲に配置することが可能である。例えば、60対の磁極をそれぞれ６°の角度間隔で互いに隣接させて配置することが可能である。より高い分解能を達成するために、さらに多くの磁極対をより小さな角度間隔で互いに隣接させて、取り巻くように、広範囲に配置することも可能である。このような背景から、磁極対を、クランク軸又は他の回転する機械要素の位置又は作動パラメータを制御もしくは検出するロータリセンサに配置することができる。この構成では、ロータリセンサを回転する機械要素に配置することができる。

このような構成において、ユニットを、エンコーダディスク又は発信機ディスクとして使用することができる。角度又は回転数を後に算出するために、隣接する磁極対のＮ極からＳ極への又は、Ｓ極からＮ極への遷移の信号が既知の角度間隔で一定時間の間だけで計数されなければならないので、このように使用することは特に有利である。第１の連続した信号を角度位置の測定に使用することができ、第２の連続した信号を回転素子の同期に使用することができる。この場合、回転素子を、自動車のクランク軸又はカム軸として形成することができる。この具体的な形態において、一方でクランク軸又はカム軸の角度位置を、他方で角度位置と関係なく、例えばシリンダの上死点の位置を検出し、制御することが問題なく実施される。これらの信号を発生させるエレメントの角度間隔を著しく小さく選択することができるために、上死点の検出を、特別多数の信号を発生させるエレメントが使用される場合に著しく高い分解能で達成することが可能である。このような背景から、第２の連続した信号を回転素子の回転角の検出に使用することができる。

本方法に、電気信号又は電気パルスを送信する信号を発生させるエレメントを使用することができる。さらに、光信号又は音響信号を使用することが可能である。選択された検出器及び検出器の所望の応答時間に完全に応じて、電気信号を使用することもできるし、光信号を使用することもできるし、音響信号を使用することもできる。例えば、特に短い応答時間を実現すべき場合には光信号を使用することが可能である。ガス又は液体で濁っており、そのために光学的な検知が不可能である空間内に回転部が存在する場合には、音響信号、特に超音波信号を使用することができる。

信号を機械的に発生させることができる。この場合、歯が不規則に配列されている歯車を使用することが可能である。このような実施形態は、特別な頑丈さを備え、故障の可能性が低いために有利である。

さらに、装置に関する先に記載の課題を請求項21に記載の特徴部を有する装置によって解決することができる。これによれば装置は、信号を発生させるエレメントが、取り巻くように、広範囲に配置されている回転する装置又はユニットを備え、エレメントがユニットの回転により２つの連続する信号を供給し、信号からそれぞれ異なる作動パラメータを算出するために信号を検出する少なくとも１つの検出器を備えている。発明活動及びさらなる形態についての繰返しを避けるため、ここでは方法そのものについての実施の形態を参照されたい。

ところで、本発明の教示を有利に形成しかつさらに発展させるためのさまざまな可能性が存在する。これについて、一方で請求項１及び21に従属する請求項の記載、及び他方で図面に基づく本発明の有利な実施例に関する以下の説明を参照されたい。図面に基づく本発明の有利な実施例の説明とともに上記に教示の一般的に有利な形態及びさらなる発展も説明する。

本発明は、作動パラメータの正確かつ直接的な検出を常に保証するという課題に鑑み、回転するユニットにより角度情報を伝送するための方法に関し、少なくとも１つの連続した信号を検出し、その連続した信号の各信号を互いに比較することを含み、少なくとも１つの信号がその他の信号と異なるものにおいて、２つの連続した信号を検出し、２つの連続した信号のそれぞれの各信号を相互に比較することを含み、第１の連続した信号が規則的に供給され、第２の連続した信号が不規則に供給されることを特徴とする。また本発明による装置は、信号を発生させるエレメントが広範囲に配置されている回転するユニットを備え、エレメントがユニットの回転により２つの連続した信号を供給し、２つの連続した信号からそれぞれ異なる作動パラメータを算出するために、信号を検出する少なくとも１つの検出器を備えていることを特徴とする。

図１は、２つの連続する信号群を概略的に示す図である。この図において、第１の連続した信号には符号１を付し、第２の連続した信号には符号２を付している。信号１は立ち下がり信号として、また信号２は立ち上がり信号として形成されている。図１は、第１の連続した信号の１つから、第１の連続した信号の次のものへ、すなわちある立ち下がり信号から次の立ち下がり信号への、角度間隔が常に一定であることを示している。この一定の間隔（Ｃ）は６°である。第２の連続した信号の、間隔が規則的である範囲内の信号２の２つの信号の間を画定する間隔は、第１の連続した信号の間隔と同じく６°である。

第２の連続した信号２の、間隔が不規則である範囲内の２つの信号の間の間隔は変化するが、一方で、その範囲内の第１の連続した信号１の２つの信号の間の間隔は一定のままである。

第２の連続した信号２の連続性における不規則さによって、第１の連続した信号を利用して伝送された情報とは関係のない情報を伝送することが可能である。

図１は、連続した信号を具体的に示しており、この実施形態では、規則的な間隔と比較してより長い間隔Ｂの区間が、より短い間隔Ａの２つの区間に挟まれている。この実施形態では、第２の連続した信号２の間の間隔がより長い間隔Ｂの区間の間隔は、この長い間隔Ｂの区間を挟む、より短い間隔Ａの区間の間隔の２倍の長さを有する。

図２は、規則的な間隔に対してより短い間隔Ｂの区間が、規則的な間隔に対してより長い間隔Ａの２つの区間に囲まれている連続した信号を示す。

図３は、図２に示す連続した信号が有する間隔の繰り返しパターンと同様のパターンを有する連続した信号を示し、図３に示す実施形態では、図２に示す間隔が不規則である範囲内のパターンが２つ互いに直列に接続されている。図３に示す場合では、連続した信号の間隔は、長い、短い、長い、長い、短い、長いとなっている。このような構成において、連続した信号の不規則な間隔の範囲を、直接相前後して配置することも可能であり、また任意の数の規則的な間隔によって分離して配置することも可能である。

図４は、周期的に繰り返される第２の連続した信号２の配列を示し、60個の信号から構成されている。図４では、横軸に信号が並び、縦軸は信号の間隔の長さを表している。この配列を、象限の測定に使用することができる。この情報はロータリセンサによって表示可能であり、第２の連続した信号２のそれぞれの間隔が不規則である範囲、又はその不規則な配列が、回転するロータリセンサの基準点を表わしている。図４は、少し短い間隔３に、少し長い間隔４が続き、さらにこれに相当短い間隔５が続き、さらに少し長い間隔６が続いていることをきわめて具体的に示している。この不規則な範囲に、間隔が規則的である範囲が続き、この規則的な間隔の配列の後に、再度少し長い間隔７が現われ、この実施例では、間隔８はより短く、また間隔９は少し長い。間隔10、11及び12は、間隔７、８、９に類似して形成されている。これらの間隔10、11、12に、一定の間隔を有する信号が続いている。この間隔が規則的な範囲に、不規則な間隔13、14、15、16、17及び18の範囲、配列が続く。この不規則な間隔13、14、15、16、17、18の後に、再度一定の間隔の配列、間隔が規則的である範囲が続いている。さらに、この間隔が規則的である範囲に続き、不規則な間隔19、20及び３の配列が続く。信号を発生させるエレメントとしてロータリセンサにおいて種々の広がり又は種々の寸法をもった磁極が利用される。規則的な広がりを有する磁極に対して、特徴的な磁極の広がり、寸法を表わしているのは、間隔３〜20の広がりである。

図１〜４において、顕著に長い間隔、例えば図１の間隔Ｂは明らかにより大きな広がりをもった、又はより大きな寸法の磁極を表わしている。図４においては、このような顕著に長い間隔を、間隔11、14又は17によって示す。この場合、間隔10、12、13、15、16及び18は、その広がりがより小さく形成されている磁極を表わしている図１による間隔Ａに相応する。著しく小さな広がりを有する磁極又は顕著に小さな寸法の磁極は、図４の著しく短い間隔５及び８によって表わされる。この場合、明らかに長い間隔は、これに対応する少し短い間隔の倍の長さである。明らかに短い間隔は、これに対応する少し長い間隔の半分の長さである。これに対応する磁極の広がり、寸法は、相応して形成されている。

本発明による教示の別の有利な形態及びさらなる発展については、一方では明細書の全般的な部分を参照することにより、もう一方では添付の特許請求の範囲の記載を参照することにより理解される。

最後に、あらかじめ純粋に任意に選択された実施例は、本発明による教示を詳論するためだけに利用され、本発明による教示がこの実施例に限定されるのではないことを特に強調しておくこととする。

第１の信号群及び、１つのより長い間隔が２つのより短い間隔で挟まれている第２の信号群の配列を示す図である。 １つのより短い間隔が２つのより長い間隔で挟まれている第２の信号群の配列を示す図である。 図２に示す第２の信号群を連続して直列に接続して形成した信号群を示す図である。 回転するエレメントにおいて、象限を測定するための第２の信号群の配列を示す図である。

符号の説明

１ 第１の連続した信号
２ 第２の連続した信号

Claims (12)

1. 回転するユニットにより角度情報を伝送するための方法であって、少なくとも１つの信号列を検出し、その信号列の各信号を互いに比較することを含み、少なくとも１つの信号がその他の信号と異なるものにおいて、
   ２つの信号列を検出し、
   当該２つの信号列のそれぞれの信号列において各信号を相互に比較することを含み、
   第１の信号列が規則的に供給され、第２の信号列が不規則に供給される方法であって、
   前記回転するユニットが、前記信号を発生させるエレメントである磁極の複数の対を周上に備えているロータリーエンコーダであり、
   前記第１の信号列が、Ｎ極からＳ極への又はＳ極からＮ極への遷移によって供給され、前記第２の信号列が、Ｓ極からＮ極への又はＮ極からＳ極への遷移によって供給され、
   前記第１の信号列が、パルス信号の立上がり又は立ち下がりを含み、前記第２の信号列が、前記同じパルス信号の立下がり又は立上がりを含み、
   前記第１の信号列によって、それぞれ一定の間隔の後に同じ信号が供給され、
   前記第２の信号列によって、ある間隔の後に同じ信号が供給され、これらの間隔に少なくとも１つの不規則な間隔が含まれている、方法。
2. 前記第２の信号列が、少なくとも２つの不規則な、互いに異なりかつ互いに並び合う間隔を含み、この不規則な間隔に一定の間隔が先行しかつ後続していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の信号列が、少なくとも１つの間隔の後に不規則な信号が供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 磁極の広がりによって不規則な間隔の広がりを設定することを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記第１の信号列を、前記磁極の磁場の方向及び強度を変化させることによって発生させることを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記信号が、少なくとも１つのホール効果センサ、微分ホール効果センサ、MR（磁気抵抗効果）センサ、GMR（巨大磁気抵抗効果）センサ又は誘導型センサによって検出されることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
7. 磁気素子が回転するユニットの周上に配置されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記ユニットが、エンコーダディスク又は発信機ディスクとして形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記第１の信号列が回転数又は絶対位置の測定に使用され、前記第２の連続した信号が回転素子の同期に使用されることを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記第２の信号列が回転角の検出に使用されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 自動車においてロータリセンサを信号発生器として使用し、評価ユニットが接続されている検出器を信号受信器として使用することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記ロータリセンサの複数の象限に、不規則な広がりを有する極が配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。

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