JP5870977B2 - 回転角検出システム - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の回転角を検出する回転角検出システムに関する。

従来、特許文献１に記載のように、クランク軸回転信号のパルス列のパルス幅から、エンジンのクランク軸の回転方向を検出するように構成された回転角検出システムが知られている。

この回転角検出システムは、クランク軸の回転に同期してクランク軸回転信号を出力するクランク軸回転検出装置（以下、回転センサと示す）と、エンジン制御装置と、を備えている。回転センサは、クランク軸回転信号として、クランク軸の回転方向により異なるパルス幅の複数のパルスからなるパルス列を出力する。そして、エンジン制御装置は、回転センサの出力信号からクランク角を検出し、このクランク角に基づいて、燃料噴射制御や点火制御を実施する。

特開２００９−２１９３号公報

近年、アイドルストップシステム（ＩＳＳ）やハイブリッド（ＨＶ）などのように、エンジン停止の機会が多い車両において、エンジン始動時の制御をより精度良く実施するために、角度分解能の高い回転センサが望まれている。例えば１°ＣＡの分解能をもつ回転センサが望まれている。

しかしながら、角度分解能の高い回転センサを採用した場合、高回転時においてパルス幅が極端に短くなるため、パルスがつぶれる虞がある。

これに対し、低回転用に高分解能の回転センサを備え、高回転用に低分解能の回転センサを備える構成とすることも考えられるが、２つの回転センサを要することとなり、これにともなって各センサとエンジン制御装置とをつなぐハーネスも増加するため、コストが高くなってしまう。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、コストの増加を抑制しつつ、低回転域での制御性の向上と高回転域でのパルスつぶれの抑制とが可能な回転角検出システムを提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、回転軸の回転に応じて、所定の角度単位毎のパルス列よりなる回転信号を出力するものであり、回転数が基準回転数未満の低回転時には、回転信号として第１角度単位の信号を出力し、回転数が基準回転数以上の高回転時には、回転信号として第１角度単位よりも大きい第２角度単位の信号を出力するとともに、回転信号に低回転と高回転とを判別可能なパルス幅情報を付加して出力する回転センサ（１２）と、回転センサから出力される回転信号に基づいて、回転軸の回転角を検出する電子制御装置（１４）と、を備え、電子制御装置は、回転信号のパルス幅情報に基づいて、低回転と高回転のいずれであるかを判定する判定手段（Ｓ４１）と、低回転と判定された場合、回転信号を第１角度単位の信号としてカウントし、高回転と判定された場合、回転信号を第２角度単位の信号としてカウントするカウント手段（Ｓ４２，Ｓ４３）を有し、回転センサ（１２）は、第２の回転角度毎に切り替えタイミングを生成するとともに、切り替えタイミングに基づいて第２角度単位の信号を生成し、回転数が基準回転数未満の低回転時に切り替えタイミングを生じると、回転信号として第１角度単位の信号を出力し、回転数が基準回転数以上の高回転時に切り替えタイミングを生じると、生成した第２角度単位の信号を回転信号として出力することを特徴とする。また、開示された他の発明のひとつは、回転軸の回転に応じて、所定の角度単位毎のパルス列よりなる回転信号を出力するものであり、回転数が基準回転数未満の低回転時には、回転信号として第１角度単位の信号を出力し、回転数が基準回転数以上の高回転時には、回転信号として第１角度単位よりも大きい第２角度単位の信号を出力するとともに、回転信号に低回転と高回転とを判別可能なパルス幅情報を付加して出力する回転センサ（１２）と、回転センサから出力される回転信号に基づいて、回転軸の回転角を検出する電子制御装置（１４）と、を備え、電子制御装置は、回転信号のパルス幅情報に基づいて、低回転と高回転のいずれであるかを判定する判定手段（Ｓ４１）と、低回転と判定された場合、回転信号を第１角度単位の信号としてカウントし、高回転と判定された場合、回転信号を第２角度単位の信号としてカウントするカウント手段（Ｓ４２，Ｓ４３）と、第１角度単位の信号から第２角度単位の信号に切り替えた際に、カウント値が第２角度単位の倍数とならない場合、カウント値を第２角度単位の倍数に補正する補正手段（Ｓ４５）と、を有することを特徴とする。

回転センサ（１２）は、回転数に応じて角度単位の異なる回転信号を出力する。低回転時には、第１角度単位の信号を出力し、高回転時には、第１角度単位よりも大きい第２角度単位の信号を出力する。このように、低回転時には角度単位の小さい第１角度単位の信号を出力するため、低回転域での制御性を向上することができる。一方、高回転時には各単位の大きい第２角度単位の信号を出力するため、高回転域でのパルスのつぶれを抑制することができる。さらには、１つの回転センサ（１２）でよいので、コストを低減することができる。

また、電子制御装置（１４）において、判定手段（Ｓ４１）は、回転信号に付加されたパルス幅情報に基づいて、回転センサ（１２）から出力された回転信号が、低回転及び高回転のいずれなのか、すなわち第１角度単位及び第２角度単位のいずれかなのかを判定する。そして、カウント手段（Ｓ４２，Ｓ４３）は、低回転時、すなわち第１角度単位の信号が出力されているときには、回転信号を第１角度単位の信号としてカウントする。また、高回転時、すなわち第２角度単位の信号が出力されているときには、回転信号を第２角度単位の信号としてカウントする。したがって、回転角を精度よく検出することができる。特に低回転時には、第２角度単位よりも小さい第１角度単位の信号としてカウントするため、低回転域での制御性を向上することができる。

第１実施形態に係るクランク角検出システムの概略構成を示す図である。 クランク角センサの概略構成を示すブロック図である。 クランク角センサにおける各種信号の、正転から逆転に切り替わる際のタイミングチャートである。 クランク角センサにおける各種信号の、回転数が切り替わる際のタイミングチャートである。 第１信号選択回路の選択動作を示すフローチャートである。 分周タイミング発生回路の動作を示すフローチャートである。 第２信号選択回路の選択動作を示すフローチャートである。 エンジンＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 有効エッジにともなうカウント処理を示すフローチャートである。 無効エッジにともなうカウント処理を示すフローチャートである。 低回転から高回転に変化する際のクランクカウンタのカウント値を示すタイミングチャートである。 正転から逆転に変化する際のクランクカウンタのカウント値を示すタイミングチャートである。 クランク角センサから出力されるクランク角信号の、回転数、パルス間隔、パルス幅の関係を示す図である。 カウント値の補正を示すタイミングチャートである。 その他変形例を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。なお、以下の実施形態では、本発明に係る回転角検出システムを、エンジン（内燃機関）のクランク軸の回転角度、すなわちクランク角を検出するクランク角検出システムに適用した例を示す。また、各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。

（第１実施形態）
先ず、図１に基づいて、クランク角検出システムの構成を説明する。

図１に示すように、クランク角検出システム１０は、クランク角センサ１２と、該クランク角センサ１２の出力であるクランク角信号に基づいて、クランク角を検出するエンジン制御装置１４（以下、エンジンＥＣＵ１４と示す）と、を備えている。クランク角検出システム１０が、特許請求の範囲に記載の回転角検出システムに相当し、クランク角センサ１２及び後述するシグナルロータ１０２が、回転センサに相当する。また、エンジンＥＣＵ１４が、電子制御装置に相当する。

エンジンのクランク軸１００には、円盤状のシグナルロータ１０２が嵌装されている。本実施形態では、シグナルロータ１０２の外周部に、突起１０４（いわゆる歯）が形成されている。シグナルロータ１０２としては、上記した突起１０４を有するロータ以外にも、外周部の周方向に沿って、Ｓ極、Ｎ極が着磁されたロータを採用することもできる。クランク角センサ１２は、シグナルロータ１０２の外周部に対向するように、エンジン側に固定されている。

次に、図２〜図７に基づいて、クランク角センサ１２の構成及び処理について説明する。

図２に示すように、クランク軸１００には、シグナルロータ１０２として、突起１０４の数が互いに異なる第１シグナルロータ１０２ａ及び第２シグナルロータ１０２ｂが嵌装されている。第１シグナルロータ１０２ａは、所定クランク角ピッチ、例えば２°ＣＡピッチで形成された複数の突起１０４を有している。第１シグナルロータ１０２ａにおいて、突起１０４と、突起１０４間の谷間との周方向の幅はほぼ等しくされている。このため、後述する検出信号Ｓａ，Ｓｂにおいて、パルス間隔が２°ＣＡとなり、立上りエッジと立ち下がりエッジの間隔が１°ＣＡとなる。一方、第２シグナルロータ１０２ｂは、第１シグナルロータ１０２ａと回転半径が等しく構成されるとともに、その外周部に突起１０４を１つのみ有している。なお、「ＣＡ」とは、クランク角（クランクアングル）を意味している。

クランク角センサ１２は、磁気センサ２０，２２，２４、ラッチ回路２６、第１出力波形発生回路２８、第２出力波形発生回路３０、及び第１信号選択回路３２を備えている。さらにクランク角センサ１２は、分周タイミング発生回路３４、第３出力波形発生回路３６、回転数判定回路３８、第２信号選択回路４０、及び波形出力回路４２を備えている。

３つの磁気センサ２０，２２，２４は、例えば、電磁誘導方式、ホール素子方式、磁気抵抗効果素子方式のセンサであり、シグナルロータ１０２に対向配置される。シグナルロータ１０２の回転に伴い、その突起１０４が各センサ２０，２２，２４と対向する毎に、各センサ２０，２２，２４の出力がローレベルからハイレベルに反転する。また、突起１０４間の谷間が各センサ２０，２２，２４と対向する毎に、各センサ２０，２２，２４の出力がハイレベルからローレベルに反転する。なお、図中において、「Ｈ」はハイレベル、「Ｌ」はローレベルを意味する。各センサ２０，２２，２４のハイレベル／ローレベルの関係は、上記と反対であってもよい。

第１磁気センサ２０及び第２磁気センサ２２は、同じ第１シグナルロータ１０２ａの外周部と対向するように、周方向にずれて配置されている。そして、クランク軸１００の回転にともなって、磁気センサ２０，２２から、図３及び図４に示すように、１／８の位相差をもった矩形状の検出信号Ｓａ，Ｓｂが出力される。なお、正転時と逆転時とで、検出信号Ｓａ，Ｓｂの立上りエッジのタイミングが入れ替わればよいので、位相差については１／８に限定されない。

第３磁気センサ２４は、第２シグナルロータ１０２ｂの外周部と対向するように配置されている。本実施形態では、クランク軸１００の回転にともなって、第３磁気センサ２４から、図３及び図４に示すような矩形状の検出信号Ｓｃが出力される。

ラッチ回路２６は、クランク軸１００の回転方向を判定するために、Ｄタイプのフリップフロップからなるもので、そのデータ入力端子Ｄには第１磁気センサ２０の出力端子が接続され、クロック入力端子ＣＫには第２磁気センサ２２の出力端子が接続されている。また、反転出力信号の出力端子Ｑバー（Ｑの否定）は、図３に示すように、出力レベルで回転方向を示す判定信号Ｔｂを出力する。

クランク軸１００が正転（正回転）している場合、図３に示すように、第２磁気センサ２２の検出信号Ｓｂがハイレベルとなる、すなわち立上りエッジのタイミングで、第１磁気センサ２０の検出信号Ｓａはハイレベルとなる。一方、クランク軸１００が逆転（逆回転）している場合、図３に示すように、第２磁気センサ２２の検出信号Ｓｂの立上りエッジのタイミングで、第１磁気センサ２０の検出信号Ｓａはローレベルとなる。したがって、検出信号Ｓｂの立上りエッジのタイミングで、検出信号Ｓａの出力レベルを判定することにより、クランク軸１００の回転方向を判断することができる。ラッチ回路２６は、上記原理に基づいて判定信号Ｔｂを出力するようになっており、図３に示すように、正転時にはローレベル、逆転時にはハイレベルの信号を出力する。

第１出力波形発生回路２８は、低回転且つ正転時に出力するためのパルス信号Ｗａを生成する。一方、第２出力波形発生回路３０は、逆回転（且つ低回転）時に出力するためのパルス信号Ｗｂを生成する。これら出力波形発生回路２８，３０の入力端子には、第１磁気センサ２０の出力端子がそれぞれ接続されている。そして、図３に示すように、検出信号Ｓａの立上りエッジ及び立下りエッジを基準として、第１出力波形発生回路２８は、パルス間隔１°ＣＡ、パルス幅Ｔ１のパルス信号Ｗａを出力し、第２出力波形発生回路３０は、パルス間隔１°ＣＡ、パルス幅Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）のパルス信号Ｗｂを出力するようになっている。したがって、パルス信号Ｗａ，Ｗｂが、特許請求の範囲に記載の第１角度単位の信号に相当し、本実施形態では、第１角度単位＝１°ＣＡとなっている。また、本実施形態では、パルス幅Ｔ１を７０μｓ、パルス幅Ｔ２を１８０μｓとしている。

第１信号選択回路３２の２つの入力端子には、第１出力波形発生回路２８及び第２出力波形発生回路３０の出力端子がそれぞれ接続されており、制御入力端子にはラッチ回路２６の出力端子Ｑバーが接続されている。

この第１信号選択回路３２は、図５に示すように、ラッチ回路２６の判定信号Ｔｂ、すなわち正転／逆転を示す信号に基づいて、クランク軸１００が正転状態にあるか否かを判定する（Ｓ１０）。Ｓ１０において、正転と判定した場合、パルス信号Ｗａを、パルス信号Ｗｘとして出力する（Ｓ１１）。一方、逆転と判定した場合、パルス信号Ｗｂを、パルス信号Ｗｘとして出力する（Ｓ１２）。このように、第１信号選択回路３２は、クランク軸１００の回転方向に応じて、パルス信号Ｗａ，Ｗｂのいずれかを選択し、パルス信号Ｗｘとして出力する。このため、パルス信号Ｗｘも、第１角度単位の信号に相当する。

分周タイミング発生回路３４は、検出信号Ｓａの立上りエッジ及び立下りエッジに基づいてカウント（アップカウント、ダウンカウント）する図示しない分周カウンタを有している。この分周カウンタは、カウント値が４に到達すると、次のアップカウントにより０にリセットされる。すなわち、分周カウンタは、図３及び図４に示すように、１°ＣＡ毎にカウントし、逆転が生じなければ、５°ＣＡ毎にリセットされるようになっている。

また、分周タイミング発生回路３４には、検出信号Ｓｃ及び判定信号Ｔｂも入力される。そして、検出信号Ｓｃの立上りエッジが検出されると、分周カウンタのカウント値は、次のカウントのタイミングで０にリセットされる。すなわち、検出信号Ｓｃにより、クランク軸１００の１回転につき１回、分周カウンタのカウント値がリセットされる。分周タイミング発生回路３４は、切り替えタイミング信号Ｔａを出力する。この切り替えタイミング信号Ｔａは、上記した分周カウンタのリセットにともなって、所定期間ハイレベルとされ、それ以外の期間はローレベルとされる。

図６に示すように、分周タイミング発生回路３４は、検出信号Ｓａの立上りエッジ及び立下りエッジに応じて処理を実行する。先ず検出信号Ｓｃがあるか否か、すなわち検出信号Ｓｃの立上りエッジが検出されたか否かを判定する（Ｓ２０）。検出信号Ｓｃありと判定した場合、分周カウンタのカウント値を０にリセットするとともに、切り替えタイミング信号Ｔａとしてハイレベルの信号を出力する（Ｓ２１）。

Ｓ２０において、検出信号Ｓｃなしと判定した場合、分周タイミング発生回路３４は、判定信号Ｔｂに基づいて、クランク軸１００が正転状態にあるか否かを判定する（Ｓ２２）。そして、Ｓ２２において、正転と判定した場合、分周タイミング発生回路３４は、分周カウンタのカウント値が４以上、すなわち上限値以上となっているか否かを判定する（Ｓ２３）。カウント値が４以上であると判定した場合、上記したＳ２１の処理を実行する。一方、カウント値が４未満であると判定した場合、図３に示すように、分周カウンタのカウント値に１を加算する（Ｓ２４）。

一方、Ｓ２２において逆転と判定した場合、分周タイミング発生回路３４は、分周カウンタのカウント値が０以下、すなわち下限値以下となっているか否かを判定する（Ｓ２５）。そして、Ｓ２５において、カウント値が０以下であると判定した場合、分周タイミング発生回路３４は、カウント値を４に設定する（Ｓ２６）。一方、カウント値が０より大きいと判定した場合、図３に示すように、分周カウンタのカウント値を１減算する（Ｓ２７）。

第３出力波形発生回路３６は、高回転時に出力するためのパルス信号Ｗｃを生成する。第３出力波形発生回路３６の入力端子には、第１磁気センサ２０の出力端子及び分周タイミング発生回路３４の出力端子が接続されている。そして、図３及び図４に示すように、切り替えタイミング信号Ｔａの立上りエッジを基準として、第３出力波形発生回路３６は、パルス幅Ｔ３のパルス信号Ｗｃを出力するようになっている。切り替えタイミング信号Ｔａは、５°ＣＡ毎にハイレベルの信号が立ち上がるため、パルス信号Ｗｃのパルス間隔は、５°ＣＡとなっている。したがって、パルス信号Ｗｃが、特許請求の範囲に記載の第２角度単位の信号に相当し、本実施形態では、第２角度単位＝５°ＣＡとなっている。また、本実施形態では、パルス幅Ｔ３を、パルス信号Ｗａ，Ｗｂのパルス幅Ｔ１，Ｔ２よりも短い３０μｓとしている。

回転数判定回路３８は、単位時間当たりの回転数、すなわち回転速度を示す判定信号Ｔｃを生成して、第２信号選択回路４０に出力する。回転数判定回路３８には、第１磁気センサ２０から検出信号Ｓａが入力される。そして、検出信号Ｓａに基づいてクランク軸１００の回転数が算出され、この回転数が予め設定された基準回転数以上となると、図４に示すように、判定信号Ｔｃは、ローレベルからハイレベルに変化する。一方、回転数が基準回転数未満となると、判定信号Ｔｃは、ハイレベルからローレベルに変化する。

第２信号選択回路４０の２つの入力端子には、第１信号選択回路３２及び第３出力波形発生回路３６の出力端子がそれぞれ接続されており、制御入力端子には分周タイミング発生回路３４及び回転数判定回路３８の出力端子が接続されている。第２信号選択回路４０は、切り替えタイミング信号Ｔａ及び回転数を示す判定信号Ｔｃに基づいて、パルス信号Ｗｘ，Ｗｃのいずれかを選択し、パルス信号Ｗｄとして出力する。パルス信号Ｗｘは、パルス信号Ｗａ，Ｗｂのいずれかであるので、第２信号選択回路４０は、図３及び図４に示すように、パルス信号Ｗｄとして、言うなればパルス信号Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃのいずれかを出力する。

図７に示すように、第２信号選択回路４０は、先ず切り替えタイミング信号Ｔａがあるか否か、すなわち切り替えタイミング信号Ｔａの立上りエッジが検出されたか否かを判定する（Ｓ３０）。Ｓ３０において、切り替えタイミング信号Ｔａがあると判定した場合、次に、判定信号Ｔｃに基づいて、クランク軸１００の回転数が基準回転数以上か否か、すなわち高回転状態にあるか否かを判定する（Ｓ３１）。

Ｓ３１において、高回転状態にあると判定すると、第２信号選択回路４０は、切り替え状態としてパルス信号Ｗｃを設定する（Ｓ３２）。一方、高回転状態にない、すなわち低回転状態にあると判定すると、切り替え状態としてパルス信号Ｗｘを設定する（Ｓ３３）。また、Ｓ３０において、切り替えタイミング信号Ｔａがないと判定した場合、切り替え状態として、前回の状態、すなわち現在保持されている状態を設定する（Ｓ３４）。

そして、第２信号選択回路４０は、設定された切替状態がパルス信号Ｗｘであるか否かを判定する（Ｓ３５）。Ｓ３５において、パルス信号Ｗｘであると判定した場合、パルス信号Ｗｄとして、パルス信号Ｗｘを出力する（Ｓ３６）。一方、パルス信号Ｗｃであると判定した場合、パルス信号Ｗｄとして、パルス信号Ｗｃを出力する（Ｓ３７）。そして、Ｓ３２〜Ｓ３４で設定された切替状態を、図示しない記憶手段に保存する（Ｓ３８）。

第２信号選択回路４０から出力されたパルス信号Ｗｄは、波形出力回路４２を介して、クランク角信号としてクランク角センサ１２の外部に出力される。このクランク角信号が、特許請求の範囲に記載の回転信号に相当する。

次に、図８〜図１０に基づいて、エンジンＥＣＵ１４の構成及び処理について説明する。

エンジンＥＣＵ１４は、マイクロコンピュータを主体として構成され、クランク角センサ１２から出力されるクランク角信号をカウントするクランクカウンタとしての機能を備えている。そして、このクランクカウンタのカウント値に基づいてクランク角を検出する。さらには、クランク角に同期した燃料噴射や点火の制御を実施する。

このエンジンＥＣＵ１４は、所定の処理を実行する機能部として、図８に示すように、入力回路５０、エッジ検出部５２、立下り時刻検出部５４、立上り時刻検出部５６、パルス幅検出部５８、クランクカウンタ６０、及び回転同期処理部６２を有している。

エッジ検出部５２は、入力回路５０を介してクランク角信号が入力されると、クランク角信号（パルス信号Ｗｄ）におけるローレベルからハイレベルに反転する立上りエッジと、ハイレベルからローレベルに反転する立下りエッジを検出する。立下り時刻検出部５４は、立下りエッジの時刻を検出し、立上り時刻検出部５６は、立上りエッジの時刻を検出する。

パルス幅検出部５８は、立下りエッジの時刻と立上りエッジの時刻から、パルス幅（ＯＮ時間）を検出する。検出されるパルス幅は、上記したパルス幅Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のいずれかに該当する。したがって、パルス幅検出部５８により、クランク角信号が、第１角度単位である１°ＣＡの信号なのか、第２角度単位である５°ＣＡの信号なのか、さらには１°ＣＡでも正転なのか逆転なのかを判定することができる。

クランクカウンタ６０は、有効エッジカウント処理部６０ａと、無効エッジカウント処理部６０ｂと、補正部６０ｃと、を有している。本実施形態では、立下りエッジがアップカウントのための有効エッジとなっており、立上りエッジは無効エッジとなっている。有効エッジカウント処理部６０ａは、有効エッジである立下りエッジ毎に、アップカウントする。具体的には、低回転時、すなわちパルス幅Ｔ１，Ｔ２の場合、カウント値に１を加算し、高回転時、すなわちパルス幅Ｔ３の場合、カウント値に５を加算する。すなわち、１°ＣＡにつき、カウント値に１を加算する。

無効エッジカウント処理部６０ｂは、逆転時、すなわちパルス幅が逆転を示すパルス幅Ｔ２を示す場合に、立上りエッジのタイミングでダウンカウントする。具体的には、カウント値を２減算する。このように、２減算することで、逆転時に有効エッジカウント処理部６０ａが加算する１が相殺される。したがって、１°ＣＡ逆転するごとに実質的に１減算されることとなる。

補正部６０ｃは、クランク角信号（パルス信号Ｗｄ）をパルス信号Ｗｘ（パルス信号Ｗａ，Ｗｂ）からパルス信号Ｗｃに切り替えた際に、有効エッジカウント処理部６０ａにて５が加算された状態で、カウント値が５の倍数からずれている場合、５の倍数となるように補正する。

図９は、有効エッジにともなうカウント処理を示すフローチャートである。この処理は、エッジ検出部５２にて立下りエッジが検出される毎に実行される。図９に示すように、エッジ検出部５２にて立下りエッジが検出されると、立下り時刻検出部５４は、立下りエッジの時刻を検出して記憶する（Ｓ４０）。そして、後述する立上りタイミングのパルス算出（Ｓ５０）で算出したパルス幅が低回転時のパルス幅か否かを判定する（Ｓ４１）。上記したように、高回転を示すパルス幅Ｔ３は３０μｓ、正転且つ低回転を示すパルス幅は７０μｓ、逆転（且つ低回転）を示すパルス幅は１８０μｓとされている。したがって、このＳ４１では、３０μｓと７０μｓの間に判定の閾値が設けられ、算出したパルス幅が閾値以上の場合は低回転、閾値未満の場合には高回転と判定される。

Ｓ４１において低回転であると判定されると、有効エッジカウント処理部６０ａは、カウント値に１を加算する（Ｓ４２）。そして処理を終了する。一方、Ｓ４１において高回転であると判定されると、有効エッジカウント処理部６０ａは、カウント値に５を加算する（Ｓ４３）。

さらに、図９に示す例では、補正部６０ｃが、Ｓ４３でアップカウントされたカウント値が、５の倍数となっているか否かを判定する（Ｓ４４）。そして、５の倍数であると判定した場合、処理を終了する。一方、Ｓ４４において、５の倍数ではないと判定した場合、補正部６０ｃは、カウント値が５の倍数となるように補正する（Ｓ４５）。そして処理を終了する。

図１０は、無効エッジにともなうカウント処理を示すフローチャートである。この処理は、エッジ検出部５２にて立上りエッジが検出される毎に実行される。図１０に示すように、エッジ検出部５２にて立上りエッジが検出され、立上り時刻検出部５６にて立上り時刻が検出されると、パルス幅検出部５８は、すでに検出されて記憶された立下り時刻とにより、パルス幅を算出する（Ｓ５０）。そして、算出したパルス幅が逆回転時のパルス幅、すなわちパルス幅Ｔ２であるか否かを判定する（Ｓ５１）。

Ｓ５１にて、逆回転時であると判定すると、無効エッジカウント処理部６０ｂは、クランクカウンタ６０のカウント値を２減算する（Ｓ５２）。そして処理を終了する。一方、Ｓ５１にて、正転時であると判定すると、Ｓ５２を実行せずに処理を終了する。すなわち、無効エッジにともなうカウント処理においては、逆転時においてのみカウント値をダウンカウントする。

回転同期処理部６２は、クランクカウンタ６０のカウント値に基づいてクランク角を検出し、クランク角に同期した燃料噴射や点火の制御を実施する。

次に本実施形態に係るクランク角検出システム１０の効果について説明する。

本実施形態では、クランク角センサ１２が回転数に応じて角度単位の異なるクランク角信号を出力する。例えば正転且つ低回転時には、パルス間隔が第１角度単位である１°ＣＡのパルス信号Ｗａを出力し、高回転時には、パルス間隔が第２角度単位である５°ＣＡのパルス信号Ｗｃを出力する。また、逆転且つ低回転時には、パルス間隔が第１角度単位である１°ＣＡのパルス信号Ｗｂを出力する。このように、低回転時にはパルス間隔が１°ＣＡのパルス信号Ｗａ，Ｗｂをクランク角信号として出力するため、低回転域での制御性を向上することができる。一方、高回転時には５°ＣＡのパルス信号Ｗｃをクランク角信号として出力するため、高回転域でのパルスのつぶれを抑制することができる。

さらには、クランク角検出システム１０としてクランク角センサを１つのみ備えればよいので、クランク角センサを複数備える構成に較べて、クランク角センサ及びハーネスにかかるコストを低減することができる。

また、パルス信号Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃのパルス幅Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、互いに異なる値が設定されている。具体的には、パルス間隔が１°ＣＡの信号であるパルス信号Ｗａのパルス幅Ｔ１は７０μｓ、パルス信号Ｗｂのパルス幅Ｔ２は１８０μｓとされている。また、パルス間隔が５°ＣＡの信号であるパルス信号Ｗｃのパルス幅Ｔ３は３０μｓとされている。そして、エンジンＥＣＵ１４は、クランク角信号のパルス幅を検出し、クランク角信号が、低回転及び高回転のいずれなのか、すなわちパルス間隔が１°ＣＡの信号及び５°ＣＡのいずれかなのかを判定する。さらに、エンジンＥＣＵ１４は、パルス間隔が１°ＣＡの信号が出力されているときには、１°ＣＡの信号としてアップカウントし、５°ＣＡの信号が入力されているときには、５°ＣＡの信号としてアップカウントする。

例えば図１１に示すように、正転時において、パルス幅が７０μｓの場合、当該パルスを１°ＣＡの信号として判断し、次のパルスの立下りエッジのタイミングで、クランクカウンタのカウント値に１を加算する。一方、パルス幅が３０μｓの場合、当該パルスを５°ＣＡの信号として判断し、次のパルスの立下りエッジのタイミングで、カウント値に５を加算する。すなわち、正転時において、１°ＣＡにつきカウント値に１を加算する。

したがって、本実施形態によれば、クランク角を精度よく検出することができる。特に低回転時には、高回転時よりも角度単位の小さい信号としてカウントするため、低回転域での制御性を向上することができる。

特に本実施形態では、高回転時に出力される５°ＣＡの信号のパルス幅Ｔ３（＝３０μｓ）が、例えば正転状態で低回転時に出力される１°ＣＡの信号のパルス幅（＝７０μｓ）よりも狭くなっている。したがって、クランク軸１００が高回転となっても、クランク角信号のパルスがつぶれにくく、より高回転までクランク角を検出することができる。

図１２は、回転数とパルス幅との関係をまとめたものである。一例として１６００ｒｐｍを基準回転数としている。１６００ｒｐｍ以上では、パルス幅が３０μｓ、パルス間隔が５°ＣＡのパルス信号Ｗｃを用い、１６００ｒｐｍを下回ると、パルス幅が７０μｓ、パルス間隔が１°ＣＡのパルス信号Ｗａを用いる。１６００ｒｐｍ未満では、パルス間隔が１°ＣＡの信号にてクランク角を検出するため、低回転域での制御性を向上することができる。また、１６００ｒｐｍ以上では、パルス間隔を５°ＣＡとすることで一定のパルス幅３０μｓを確保できるため、パルスのつぶれを抑制することができる。なお、図１２では、参考として、１°ＣＡの信号についても１６００ｒｐｍでの条件を示している。１°ＣＡの信号における１６００ｒｐｍでのパルス間隔（図中、１°ＣＡ時間）は、５°ＣＡの信号における８０００ｒｐｍでのパルス間隔（図中、５°ＣＡ時間）と同じである。したがって、基準回転数を１６００ｒｐｍよりも高い値としてもよい。

また、本実施形態では、低回転でも、正転を示すパルス信号Ｗａと逆転を示すパルス信号Ｗｂとで、パルス幅を異ならせている。また、エンジンＥＣＵ１４は、パルス幅に基づいて、正転及び逆転のいずれなのかを判定し、逆転時には、ダウンカウントする。

例えば図１３に示すように、低回転時において、パルス幅が７０μｓの場合、当該パルスを１°ＣＡの正転を示す信号として判断し、次のパルスの立下りエッジのタイミングで、クランクカウンタのカウント値に１を加算する。一方、パルス幅が１８０μｓの場合、当該パルスを１°ＣＡの逆転を示す信号として判断し、当該パルスの立上りエッジのタイミングで、カウント値を２減算するとともに、次のパルスの立下りエッジのタイミングで、カウント値に１を加算する。すなわち、１°ＣＡ逆転するごとに実質的に１減算する。このように、クランク軸１００の逆転量に応じてクランクカウンタのカウント値がダウンカウントされる。

したがって、逆転が生じても、クランクカウンタのカウント値から、実際のクランク角を正確に検出することができる。

また、本実施形態では、図４及び図７に示したように、切り替えタイミング信号Ｔａの立上りエッジが５°ＣＡ毎に検出される。そして、第２信号選択回路４０は、回転数が１°ＣＡの信号と５°ＣＡの信号との切り替え条件を満たした状態で、切り替えタイミング信号Ｔａの立上りエッジを検出すると、信号を切り替える。このように、５°ＣＡ毎に生じる切替タイミングにてクランク角信号のパルス間隔が切り替わる。したがって、回転数が切替条件を満たしてすぐにクランク角信号のパルス間隔を切り替える構成に較べて、エンジンＥＣＵ１４側での制御性を向上することができる。

また、本実施形態では、クランク角信号を１°ＣＡの信号から５°ＣＡの信号に切り替えた際に、有効エッジカウント処理部６０ａにて５が加算された状態で、クランクカウンタ６０のカウント値が５の倍数からずれている場合、カウント値が５の倍数となるように補正される。例えば図１４に示すように、パルス幅が３０μｓであり、当該パルスを５°ＣＡの正転時を示す信号として判断して、次のパルスの立下りエッジのタイミングで、クランクカウンタのカウント値に５を加算する。このように５を加算した状態でカウント値が９の場合、カウント値が最も近い５の倍数、例えば１０となるように、カウント値を補正する。これによれば、５°ＣＡの信号に切り替えた後は、常にカウント値が５の倍数となるため、エンジンＥＣＵ１４側での制御性を向上することができる。なお、図１４において、四角枠内に示した数値は、カウント値を示している。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、クランク角を検出するクランク角検出システム１０の例を示した。しかしながら、回転軸の回転角を検出する回転角検出システムであれば適用することができる。例えばＡＢＳ等の制御に必要な車輪の回転角を検出するシステムにも適用することができる。

本実施形態では、第１角度単位を１°ＣＡ、第２角度単位を５°ＣＡとする例を示した。しかしながら、第１角度単位及び第２角度単位の組み合わせは、上記例に限定されるものではない。例えば第１角度単位を１°ＣＡ、第２角度単位を１０°ＣＡとしてもよい。また、第１角度単位を例えば２°ＣＡとしてもよい。

本実施形態では、第２シグナルロータ１０２ｂ、第３磁気センサ２４、及び分周タイミング発生回路３４を有することで、所定の回転角度毎に切り替えタイミング信号Ｔａを生成する例を示した。しかしながら、切り替えタイミング信号Ｔａとしては、第１シグナルロータ１０２ａの欠け歯を基準として生成することもできる。なお、切り替えタイミング信号Ｔａによらず、回転数が切り替え条件を満たしたら、直ちに信号を切り替える構成を採用することもできることは、言うまでもない。

切り替えタイミング信号Ｔａに応じて信号を切り替える場合にも、以下のように構成することが可能である。例えば５°ＣＡの信号から１°ＣＡの信号に切り替える際に、低回転の条件を満たし、且つ、切り替えタイミング信号Ｔａがハイレベルになる前に逆転を検出した場合には、切り替えタイミング信号Ｔａがハイレベルになるのを待たずに、逆転を示す信号、すなわち１°ＣＡの信号に切り替える構成としてもよい。また、５°ＣＡの信号から１°ＣＡの信号に切り替える際に、切り替えタイミング信号Ｔａがハイレベルになる前に第１基準回転数（上記した基準回転数に相当し、例えば１６００ｒｐｍ）よりも低い第２基準回転数（例えば８００ｒｐｍ）以下になった場合、切り替えタイミングＴａがハイレベルになるのを待たずに、１°ＣＡの信号に切り替える構成としてもよい。なお、上記したように、切り替えタイミング信号Ｔａを待たずに、１°ＣＡの信号に切り替える場合、次の５°ＣＡの信号のタイミングから、１°ＣＡに切り替える構成としてもよい。

さらには、１°ＣＡの信号から５°ＣＡの信号に切り替える際に、切り替えタイミング信号Ｔａがハイレベルになる前に第１基準回転数（上記した基準回転数に相当し、例えば１６００ｒｐｍ）よりも高い第３基準回転数（例えば４０００ｒｐｍ）以上になった場合、切り替えタイミング信号Ｔａがハイレベルになるのを待たずに、５°ＣＡの信号に切り替える構成としてもよい。なお、上記した第２基準回転数、第３基準回転数は、第１基準回転数同様、予め設定される。

本実施形態では、クランク角信号を１°ＣＡの信号から５°ＣＡの信号に切り替えた際に、カウント値に５が加算された状態で、クランクカウンタ６０のカウント値が５の倍数からずれている場合、カウント値が最も近い５の倍数となるように、カウント値を補正する例を示した。しかしながら、カウント値に５が加算された状態で、クランクカウンタ６０のカウント値が５の倍数からずれていても、補正しない構成を採用することもできる。

本実施形態では、高回転時に出力する５°ＣＡの信号のパルス幅Ｔ３を３０μｓ、正転且つ低回転時に出力する１°ＣＡの信号のパルス幅Ｔ１を７０μｓ、逆転時に出力する１°ＣＡの信号のパルス幅Ｔ２を１８０μｓとする例を示した。しかしながら、パルス幅Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の値は上記例に限定されるものではない。互いに異なる値が設定されればよい。例えば、パルス幅Ｔ３をパルス幅Ｔ１よりも広くしてもよい。しかしながら、上記したように、パルス幅Ｔ３をパルス幅Ｔ１よりも狭くしたほうが、より高回転までクランク角を検出することができる。

本実施形態では、１°ＣＡの信号と５°ＣＡの信号とを切り替える基準回転数として、１６００ｒｐｍが設定される例を示した。しかしながら、基準回転数は上記例に限定されるものではない。また、１°ＣＡ→５°ＣＡの切り替えと、５°ＣＡ→１°ＣＡの切り替えとに、ヒステリシスをもたせてもよい。例えば、１７００ｒｐｍ以上となると、１°ＣＡ→５°ＣＡに切り替え、１６００ｒｐｍ以下となると、５°ＣＡ→１°ＣＡに切り替えるようにしてもよい。これによれば、短時間で信号の切り替えが繰り返し起こるのを抑制することができる。

本実施形態では特に言及しなかったが、クランク角センサ１２にて設定されるパルス幅に対し、図１５に示すように、エンジンＥＣＵ１４側で判断するパルス幅を設定することができる。逆回転の場合、エンジンＥＣＵ１４側では１６０μｓ〜２００μｓの範囲内のパルス幅を、逆転を示すパルス幅Ｔ２（＝１８０μｓ）であると判断する。また、正転且つ低回転の場合、エンジンＥＣＵ１４側では５５μｓ〜９０μｓの範囲内のパルス幅を、正転且つ低回転を示すパルス幅Ｔ１（＝７０μｓ）であると判断する。また、高回転の場合、エンジンＥＣＵ１４側では１５μｓ〜４５μｓの範囲内のパルス幅を、高回転を示すパルス幅Ｔ３（＝３０μｓ）であると判断する。この場合、４５μｓより大きく、５５μｓ未満の範囲、９０μｓより大きく、１６０μｓ未満の範囲、及び１６０μｓより大きい範囲は、クランク角信号が判定されない未定範囲である。したがって、エンジンＥＣＵ１４は、パルス幅検出部５８が未定範囲のパルス幅を検出した場合に、クランク角センサ１２に異常が生じていると判定することもできる。

なお、クランク角センサ１２の異常検出方法としては、上記例以外にも採用することができる。例えば第１角度単位と第１角度単位の信号のパルス数との乗算値と、第２角度単位と第２角度単位の信号のパルス数との乗算値の和により算出されるクランク角を、図示しないカム角センサから検出されるカム角と比較することで、異常を検出するようにしてもよい。

１０・・・クランク角検出システム、１２・・・クランク角センサ、１４・・・エンジン制御装置（エンジンＥＣＵ）、２０・・・第１磁気センサ、２２・・・第２磁気センサ、２４・・・第３磁気センサ、２６・・・ラッチ回路、２８・・・第１出力波形発生回路、３０・・・第２出力波形発生回路、３２・・・第１信号選択回路、３４・・・分周タイミング発生回路、３６・・・第３出力波形発生回路、３８・・・回転数判定回路、４０・・・第２信号選択回路、４２・・・波形出力回路、５０・・・入力回路、５２・・・エッジ検出部、５４・・・立下り時刻検出部、５６・・・立上り時刻検出部、５８・・・パルス幅検出部、６０・・・クランクカウンタ、６０ａ・・・有効エッジカウント処理部、６０ｂ・・・無効エッジカウント処理部、６０ｃ・・・補正部、６２・・・回転同期処理部、１００・・・クランク軸、１０２・・・シグナルロータ、１０２ａ・・・第１シグナルロータ、１０２ｂ・・・第２シグナルロータ、１０４・・・突起

Claims (6)

1. 回転軸の回転に応じて、所定の角度単位毎のパルス列よりなる回転信号を出力するものであり、回転数が基準回転数未満の低回転時には、前記回転信号として第１角度単位の信号を出力し、回転数が前記基準回転数以上の高回転時には、前記回転信号として前記第１角度単位よりも大きい第２角度単位の信号を出力するとともに、前記回転信号に低回転と高回転とを判別可能なパルス幅情報を付加して出力する回転センサ（１２）と、
   前記回転センサから出力される前記回転信号に基づいて、前記回転軸の回転角を検出する電子制御装置（１４）と、を備え、
   前記電子制御装置は、前記回転信号の前記パルス幅情報に基づいて、低回転と高回転のいずれであるかを判定する判定手段（Ｓ４１）と、低回転と判定された場合、前記回転信号を前記第１角度単位の信号としてカウントし、高回転と判定された場合、前記回転信号を前記第２角度単位の信号としてカウントするカウント手段（Ｓ４２，Ｓ４３）と、を有し、
   前記回転センサ（１２）は、
   前記第２の回転角度毎に切り替えタイミングを生成するとともに、前記切り替えタイミングに基づいて前記第２角度単位の信号を生成し、
   回転数が前記基準回転数未満の低回転時に前記切り替えタイミングを生じると、前記回転信号として前記第１角度単位の信号を出力し、
   回転数が前記基準回転数以上の高回転時に前記切り替えタイミングを生じると、生成した前記第２角度単位の信号を前記回転信号として出力することを特徴とする回転角検出システム。
2. 回転軸の回転に応じて、所定の角度単位毎のパルス列よりなる回転信号を出力するものであり、回転数が基準回転数未満の低回転時には、前記回転信号として第１角度単位の信号を出力し、回転数が前記基準回転数以上の高回転時には、前記回転信号として前記第１角度単位よりも大きい第２角度単位の信号を出力するとともに、前記回転信号に低回転と高回転とを判別可能なパルス幅情報を付加して出力する回転センサ（１２）と、
   前記回転センサから出力される前記回転信号に基づいて、前記回転軸の回転角を検出する電子制御装置（１４）と、を備え、
   前記電子制御装置は、前記回転信号の前記パルス幅情報に基づいて、低回転と高回転のいずれであるかを判定する判定手段（Ｓ４１）と、低回転と判定された場合、前記回転信号を前記第１角度単位の信号としてカウントし、高回転と判定された場合、前記回転信号を前記第２角度単位の信号としてカウントするカウント手段（Ｓ４２，Ｓ４３）と、前記第１角度単位の信号から前記第２角度単位の信号に切り替えた際に、カウント値が前記第２角度単位の倍数とならない場合、前記カウント値を前記第２角度単位の倍数に補正する補正手段（Ｓ４５）と、を有することを特徴とする回転角検出システム。
3. 前記回転センサ（１２）は、
   前記第２の回転角度毎に切り替えタイミングを生成するとともに、前記切り替えタイミングに基づいて前記第２角度単位の信号を生成し、
   回転数が前記基準回転数未満の低回転時に前記切り替えタイミングを生じると、前記回転信号として前記第１角度単位の信号を出力し、
   回転数が前記基準回転数以上の高回転時に前記切り替えタイミングを生じると、生成した前記第２角度単位の信号を前記回転信号として出力することを特徴とする請求項２に記載の回転角検出システム。
4. 前記回転センサ（１２）は、高回転のパルス幅が低回転のパルス幅よりも狭くなるように、前記パルス幅情報を付加することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の回転角検出システム。
5. 前記回転センサ（１２）は、前記パルス幅情報として、正転と逆転とを判別可能な情報を付加することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の回転角検出システム。
6. 前記回転軸は、エンジンのクランク軸（１００）であることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の回転角検出システム。

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