JP5343799B2 - 信号処理装置及び転がり軸受ユニットの物理量測定装置 - Google Patents
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Description
特に、請求項1に記載した信号処理装置は、フリーランカウンタと、前記各回転センサと同数のフリップフロップと、チャンネルカウンタと、データセレクタと、FIFOメモリと、CPUと、制御手段とを備える。
このうちのフリーランカウンタは、所定のクロック周期でカウント動作を行う。尚、このフリーランカウンタのクロック周期は、上記各回転センサのパルス信号の周期の最小値と比べて小さい方が、測定精度を高める事ができ、好ましい。具体的には、当該最小値の1/1000以下にする事が、望ましい。但し、コスト面を考慮して、過度にオーバースペックとならない値に設定するのが好ましい。尚、この点を考慮して、後述する[発明を実施するための形態]に於いては、前記クロック周期を0.1μsとしている。
又、前記各フリップフロップは、前記各回転センサ毎に1個ずつ設けられていて、それぞれがこれら各回転センサのパルス信号の立下り時又は立上り時に於ける前記フリーランカウンタのカウント値をラッチする。
又、前記チャンネルカウンタは、前記信号処理装置に入力される前記各回転センサの総数をN個とした場合に、所定の周期(この周期は、上述したフリーランカウンタのクロック周期とは異なる。尚、後述する[発明を実施するための形態]に於いては、0.3μsとしている。)でN進のカウント動作を行うものであって、このチャンネルカウンタのN種類のカウント値はそれぞれ、前記各回転センサ及びこれら各回転センサ毎に1個ずつ設けられた前記各フリップフロップを識別する値として利用される。
又、前記データセレクタは、前記チャンネルカウンタの1クロック毎に、このチャンネルカウンタのカウント値によって識別される前記フリップフロップにラッチされている前記フリーランカウンタのカウント値を、順次出力する。
又、前記FIFOメモリには、前記データセレクタが出力した、前記各フリップフロップにラッチされていた前記フリーランカウンタのカウント値を、これら各フリップフロップ(及び上記各回転センサ)を識別する前記チャンネルカウンタのカウント値と共に書き込まれる。
又、前記CPUは、前記FIFOメモリに書き込まれた各カウント値を、このFIFOメモリから読み取った後、この読み取った各カウント値を利用して、前記1乃至複数個の転がり軸受ユニットのそれぞれに関する、前記各回転センサのパルス信号の周期、及び、これら各パルス信号同士の間の位相差を算出する。尚、この場合に、1つの回転センサのパルス信号の周期は、このパルス信号の互いに隣り合う2つの立下り点又は立上り点に於ける前記フリーランカウンタのカウント値のうち、時間的に後にカウントされたカウント値から、時間的に先にカウントされたカウント値を減算する事によって求められる。
ここで注意する事は、カウンタがフリーランカウンタである為、先のカウント値と後のカウント値との間にカウンタのオーバーフローが発生すると、必ずしも後のカウント値が先のカウント値よりも大きくなるとは限らない事である。オーバーフローが発生していなければ、必ず後のカウント値が先のカウント値より大きくなる。
ここで、本発明の転がり軸受ユニットの物理量測定装置を、自動車の車輪支持用の転がり軸受ユニットの荷重測定装置として使用する場合に於いては、車速が低速な場合には、荷重の測定を行わない。この為、荷重測定範囲に於ける各パルス信号の周期(各センサともほぼ同じ)の最大値(最低速時)が、フリーランカウンタが一巡する周期(オーバーフローが発生する周期)より小さい場合には、オーバーフローが発生しても、しなくても、必ず後のカウント値から先のカウント値を減算する事で周期又は位相差を正しく得られる。これに就いての詳しい説明は、後述する。
更に、前記制御手段は、前記各フリップフロップにラッチされた前記フリーランカウンタのカウント値が、新たな値に更新された場合のみ1回だけ前記FIFOメモリに書き込む様にする制御、並びに、このFIFOメモリに書き込まれた各カウント値を前記CPUが読み取るタイミングを指令する制御を実行する。
この請求項2に記載した発明は、信号処理装置に複数個の回転センサのパルス信号を入力する転がり軸受ユニットの数が複数個であり、
FIFOメモリ及びCPUの数がそれぞれ、2個以上であって且つ前記各転がり軸受ユニットの数以下であり、
データセレクタが出力した、各フリップフロップにラッチされていたフリーランカウンタのカウント値はそれぞれ、これら各フリップフロップ(及び上記各回転センサ)を識別するチャンネルカウンタのカウント値と共に、前記各FIFOメモリのうち、前記各転がり軸受ユニット毎に予め定められた何れかのFIFOメモリに書き込まれ、これら各FIFOメモリに書き込まれた各カウント値はそれぞれ、前記各CPUのうち、前記各転がり軸受ユニット毎に予め定められた何れかのCPUによって読み取られ、その後、これら各CPUが、自身が読み取った各カウント値を利用して、前記各転がり軸受ユニットのそれぞれに関する、前記各回転センサのパルス信号の周期、及び、これら各パルス信号同士の間の位相差を算出する構成を有する。
このうちの1乃至複数個の転がり軸受ユニットはそれぞれ、使用時にも回転しない静止側部材と、使用時に回転する回転側部材とを、複数個の転動体を介して相対回転自在に組み合わせて成る。
又、前記物理量測定装置は、前記1乃至複数個の転がり軸受ユニットのそれぞれに就いて1個ずつ設けられたエンコーダと、同じく複数個ずつ設けられた回転センサと、演算器とを備える。
このうちのエンコーダは、前記回転側部材に支持固定されると共に、この回転側部材と同心の被検出面を有し、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させている。
又、前記各回転センサは、それぞれの検出部を前記被検出面のうち互いに異なる部分に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持固定されている。
更に、前記演算器は、前記1乃至複数個の転がり軸受ユニットのそれぞれに関する、前記各回転センサのパルス信号の周期、及び、これら各パルス信号同士の間の位相差を算出すると共に、これら算出した周期及び各位相差を利用して、前記1乃至複数個の転がり軸受ユニットのそれぞれに関する、前記静止側部材と前記回転側部材との相対変位と、これら静止側、回転側両部材同士の間に作用する外力とのうちの、少なくとも一方の物理量を算出する。
特に、請求項3に記載した転がり軸受ユニットの物理量測定装置に於いては、前記演算器が、請求項1に記載した信号処理装置を含んで構成されている。
このうちの各転がり軸受ユニットはそれぞれ、使用時にも回転しない静止側部材と、使用時に回転する回転側部材とを、複数個の転動体を介して相対回転自在に組み合わせて成る。
又、前記物理量測定装置は、前記各転がり軸受ユニットのそれぞれに就いて1個ずつ設けられたエンコーダと、同じく複数個ずつ設けられた回転センサと、演算器とを備える。
このうちのエンコーダは、前記回転側部材に支持固定されると共に、この回転側部材と同心の被検出面を有し、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させている。
又、前記各回転センサは、それぞれの検出部を前記被検出面のうち互いに異なる部分に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持固定されている。
又、前記演算器は、前記各転がり軸受ユニットのそれぞれに関する、前記各回転センサのパルス信号の周期、及び、これら各パルス信号同士の間の位相差を算出すると共に、これら算出した周期及び各位相差を利用して、前記各転がり軸受ユニットのそれぞれに関する、前記静止側部材と前記回転側部材との相対変位と、これら静止側、回転側両部材同士の間に作用する外力とのうちの、少なくとも一方の物理量を算出する。
特に、請求項4に記載した転がり軸受ユニットの物理量測定装置に於いては、前記演算器が、請求項2に記載した信号処理装置を含んで構成されている。
請求項1、3に対応する、本発明の実施の形態の第1例に就いて、図1〜8を参照しつつ説明する。尚、本例の特徴は、前述の図11〜13に示した転がり軸受ユニット(自動車用ハブ軸受ユニット)の物理量測定装置(荷重測定装置)に組み込んで使用する、6個の回転センサ6a1、6a2、6b1、6b2、6c1、6c2(SEN0〜SEN5)のパルス信号(出力信号)から、これら各パルス信号の周期、及び、これら各パルス信号同士の間の位相差を算出する為の信号処理装置21にある。その他の部分に関しては、前述の図11〜13に示した転がり軸受ユニットの物理量測定装置と同様であるから、重複する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
先のカウント値Ts5_20:16777210(10進)=FFFFFA(16進)
後のカウント値Ts4_20:10(10進)=00000A(16進)
Ts4_20−Ts5_20=0000000A−00FFFFFA=FF000010(16進)
この減算結果の上位25bit〜32bitの8bitをマスクして0とすると、
FF000010 AND 00FFFFFF=00000010(16進)
=16(10進)
この為、測定すべき速度範囲に於いては、フリーランカウンタ11のオーバーフローの発生の有無を考慮せず、各回転センサのパルス信号の位相差(や周期)を演算でき、ソフト処理が単純化され、処理速度の向上を図る事ができる。
図8は、請求項2、4に対応する、本発明の実施の形態の第2例を示している。本例は、自動車の全4輪分の転がり軸受ユニットの物理量測定装置に関する。信号処理装置21aには、1個の転がり軸受ユニットに就いて6個の回転センサのパルス信号が入力される為、全体で6×4=24個の回転センサのパルス信号(SEN0〜SEN5、SEN6〜SEN11、SEN12〜SEN17、SEN18〜SEN23)が入力される。本例の信号処理装置21aの回路構成は、基本的には、上述した第1例の信号処理装置21(図1、2参照)と同様であるが、Dフリップフロップ12a〜12w(DFF_0〜DFF_23)をパルス信号(SEN0〜SEN5、SEN6〜SEN11、SEN12〜SEN17、SEN18〜SEN23)に合わせて24個設けている点、及び、FIFOメモリ15a、15bとCPU16a、16bとを2個ずつ設けている点が、上述した第1例の場合と異なる。
しかしながら、各パルス信号には、データセレクタによるスキャンの一巡時間よりも長い時間間隔で異常が発生する場合もあり、この様な場合には、上述した様な原理だけでは、当該異常の影響を十分に除去できない場合がある。以下、この様な場合に就いて説明する。
又、異常状態ではなくても、例えば、エンコーダが想定している方向とは逆方向に回転している場合や、エンコーダの回転は停止しているが、停止中の車体のピッチング等によって回転センサがパルスエッジを出力してしまう場合は、やはり規則性の崩れたパルスエッジが入力される。これらの場合には、回転センサが失陥している訳ではないので、異常判定をするべきでなく、単に演算を停止させる、或いは異常検出機能を停止させる必要がある。
即ち、転がり軸受ユニットの物理量測定装置が位相差の演算や異常判定に用いる回転センサ入力パルス情報は使用しないで、車両側の速度情報(エンジン回転、トランスミッション回転、トランスミッションギヤポジション、ABSコントローラ演算車速等)から、車両停止状態や後進状態を認識する。そして、車両停止状態や後進状態を認識したら、位相差の演算を停止する、或いは少なくともパルス異常判定は停止するか、異常判定しても外部に通知しない様にする。或いは、車両制御等を司る上位のCPUが、車両停止状態や後進状態を認識したら、その間は物理量演算用CPUにリセット信号を継続送信する等して、当該CPUの機能そのものを停止させる。
2 ハブ
3 転動体
4 エンコーダ
5 カバー
6a1、6a2、6b1、6b2、6c1、6c2 回転センサ
7 透孔
8 柱部
9 第一特性変化部
10 第二特性変化部
11 フリーランカウンタ
12a〜12w Dフリップフロップ
13 チャンネルカウンタ
14 データセレクタ
15、15a、15b FIFOメモリ
16、16a、16b CPU
17 制御回路
18 発振器
19 分周器
20 3進カウンタ
21、21a 信号処理装置
Claims (4)
- それぞれが複数個の回転センサを備えた1乃至複数個の転がり軸受ユニットから送られてくる、前記各回転センサのパルス信号を入力して、前記1乃至複数個の転がり軸受ユニットのそれぞれに関する、前記各回転センサのパルス信号の周期及びこれら各パルス信号同士の間の位相差を算出する信号処理装置であって、
フリーランカウンタと、前記各回転センサと同数のフリップフロップと、チャンネルカウンタと、データセレクタと、FIFOメモリと、CPUと、制御手段とを備え、
このうちのフリーランカウンタは、所定のクロック周期でカウント動作を行うものであり、
前記各フリップフロップは、前記各回転センサ毎に1個ずつ設けられていて、それぞれがこれら各回転センサのパルス信号の立下り時又は立上り時に於ける前記フリーランカウンタのカウント値をラッチするものであり、
前記チャンネルカウンタは、前記信号処理装置に入力される前記各回転センサの総数をN個とした場合に、所定の周期でN進のカウント動作を行うものであって、このチャンネルカウンタのN種類のカウント値はそれぞれ、前記各回転センサ及びこれら各回転センサ毎に1個ずつ設けられた前記各フリップフロップを識別する値として利用されるものであり、
前記データセレクタは、前記チャンネルカウンタの1クロック毎に、このチャンネルカウンタのカウント値によって識別される前記フリップフロップにラッチされている前記フリーランカウンタのカウント値を、順次出力するものであり、
前記FIFOメモリには、前記データセレクタが出力した、前記各フリップフロップにラッチされていた前記フリーランカウンタのカウント値を、これら各フリップフロップを識別する前記チャンネルカウンタのカウント値と共に書き込まれ、
前記CPUは、前記FIFOメモリに書き込まれた各カウント値を、このFIFOメモリから読み取った後、この読み取った各カウント値を利用して、前記1乃至複数個の転がり軸受ユニットのそれぞれに関する、前記各回転センサのパルス信号の周期及びこれら各パルス信号同士の間の位相差を算出するものであり、
前記制御手段は、前記各フリップフロップにラッチされた前記フリーランカウンタのカウント値が、新たな値に更新された場合にのみ、1回だけ前記FIFOメモリに書き込む様にする制御、並びに、このFIFOメモリに書き込まれた各カウント値を前記CPUが読み取るタイミングを指令する制御を実行するものである事を特徴とする、
信号処理装置。 - 信号処理装置に、複数個の回転センサのパルス信号を入力する転がり軸受ユニットが複数個あり、
FIFOメモリ及びCPUの数がそれぞれ、2個以上であって且つ前記各転がり軸受ユニットの数以下であり、
データセレクタが出力した、各フリップフロップにラッチされていたフリーランカウンタのカウント値はそれぞれ、これら各フリップフロップを識別するチャンネルカウンタのカウント値と共に、前記各FIFOメモリのうち、前記各転がり軸受ユニット毎に予め定められた何れかのFIFOメモリに書き込まれ、これら各FIFOメモリに書き込まれた各カウント値はそれぞれ、前記各CPUのうち、前記各転がり軸受ユニット毎に予め定められた何れかのCPUによって読み取られ、その後、これら各CPUが、自身が読み取った各カウント値を利用して、前記各転がり軸受ユニットのそれぞれに関する、前記各回転センサのパルス信号の周期及びこれら各パルス信号同士の間の位相差を算出する構成を有する、
請求項1に記載した信号処理装置。 - 1乃至複数個の転がり軸受ユニットと、物理量測定装置とを備え、
このうちの1乃至複数個の転がり軸受ユニットはそれぞれ、使用時にも回転しない静止側部材と、使用時に回転する回転側部材とを、複数個の転動体を介して相対回転自在に組み合わせて成るものであり、
前記物理量測定装置は、前記1乃至複数個の転がり軸受ユニットのそれぞれに就いて1個ずつ設けられたエンコーダと、同じく複数個ずつ設けられた回転センサと、演算器とを備え、
このうちのエンコーダは、前記回転側部材に支持固定されると共に、この回転側部材と同心の被検出面を有し、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたものであり、
前記各回転センサは、それぞれの検出部を前記被検出面のうち互いに異なる部分に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持固定されたものであり、
前記演算器は、前記1乃至複数個の転がり軸受ユニットのそれぞれに関する、前記各回転センサのパルス信号の周期及びこれら各パルス信号同士の間の位相差を算出すると共に、これら算出した周期及び各位相差を利用して、前記1乃至複数個の転がり軸受ユニットのそれぞれに関する、前記静止側部材と前記回転側部材との相対変位と、これら静止側、回転側両部材同士の間に作用する外力とのうちの、少なくとも一方の物理量を算出する演算器とを備えたものである、
転がり軸受ユニットの物理量測定装置に於いて、
前記演算器が、請求項1に記載した信号処理装置を含んで構成されている事を特徴とする転がり軸受ユニットの物理量測定装置。 - 複数個の転がり軸受ユニットと、物理量測定装置とを備え、
このうちの各転がり軸受ユニットはそれぞれ、使用時にも回転しない静止側部材と、使用時に回転する回転側部材とを、複数個の転動体を介して相対回転自在に組み合わせて成るものであり、
前記物理量測定装置は、前記各転がり軸受ユニットのそれぞれに就いて1個ずつ設けられたエンコーダと、同じく複数個ずつ設けられた回転センサと、演算器とを備え、
このうちのエンコーダは、前記回転側部材に支持固定されると共に、この回転側部材と同心の被検出面を有し、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたものであり、
前記各回転センサは、それぞれの検出部を前記被検出面のうち互いに異なる部分に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持固定されたものであり、
前記演算器は、前記各転がり軸受ユニットのそれぞれに関する、前記各回転センサのパルス信号の周期及びこれら各パルス信号同士の間の位相差を算出すると共に、これら算出した周期及び各位相差を利用して、前記各転がり軸受ユニットのそれぞれに関する、前記静止側部材と前記回転側部材との相対変位と、これら静止側、回転側両部材同士の間に作用する外力とのうちの、少なくとも一方の物理量を算出する演算器とを備えたものである、
転がり軸受ユニットの物理量測定装置に於いて、
前記演算器が、請求項2に記載した信号処理装置を含んで構成されている事を特徴とする転がり軸受ユニットの物理量測定装置。
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