JPH01277764A - 車輪速検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ト）技術分野 この発明ハ、ナビゲーション／ロケーションシステムと
、アンチロックシステムとに共用する事のできる車輪速
検出回路に関する。

（イ）従来技術 ナビゲーション／ロケーションシステムに於ては、自動
車の走行距離が正確に分らなければならない。このため
、正確な車輪速センサが必要である。ここで正確という
のは、２つの意味を持っている。

ひとつは、精度が高いという事である。このためには、
車輪１回転について多数のパルスを発生するようなもの
を用いればよい。

もうひとつは、速度が大きくても小さくても、車輪の回
転を検出できなければならない、という事である。特に
超低速時に十分な感度がなければならない。

このため、ナビゲーションシステム用の車輪速センサと
して、従来、次のようなものが用いられた。

永久磁石のＮ極とＳ極とが交互に並ぶベルトを作り、こ
れをタイヤホイールに貼りつける。磁気ベルトという。

極数Ｍは８０以上である。

車体側には、磁気検出器を取りつける。これは磁気抵抗
素子、ホール素子などである。磁気ベルトの周面に近接
した位置に磁気検出器を設置する。

車輪が回転すると、Ｎ極、Ｓ極が交互に磁気検出器の近
傍を通過する。

磁場変化が起こるので、磁気検出器の出力が変動する。

この出力を矩形波に変換する。

車輪１回転について、極数Ｍに等しいパルスが生ずる。

車輪の周長をＬとすると、距離Ｌ／Ｍごとにひとつパル
スが生ずる。

パルスの繰返し周波数ｆは、車輪速をＶとして、によっ
て与えられる。周期Ｔは Ｔ　＝　−（２） Ｍ である。

ナビゲーションシステムの精度を高めるため、Ｍ≧８０
である事が要求される。これは、Ｎ、Ｓ極の数を増せば
よい事である。

また、磁気抵抗素子、ホール素子など磁場の大きさに感
応する素子を使うので、極低速であっても運動を検出す
る事ができる。永久磁石の磁化は不変なのであるから、
低速であろうが高速であろうが感度はかわらない。

アンチロックシステムは、やはり車輪速検出装置を必要
とする。

ナビゲーション／ロケーションシステムと、アンチロッ
クシステムの両方を備えた自動車を作ろうとすると、ふ
たつの車輪速センサを設けなければならない、という事
になる。

アンチロックシステムの車輪速センサは次のようなもの
が用いられる。

Ｎ個の歯を外周に形成したエキサイタという円板を車軸
に取付けである。車体側には永久磁石とポールピース、
これに巻きつけたピックアップコイルよりなる磁束変化
検出系を設置する。エキサイタの外周面とポールピース
の間隙ｇが車輪の回転により変化する。変化の回数は、
１回転あたりＮ回である。

間隙ｇが変動すると、ピックアップコイルを貫く磁束が
変る。このためピックアップコイルに起電力が生ずる。

（つ）　発明が解決しようとする問題点ひとつの自動車
に、ふたつの車輪速センサを設置するのはコスト高にな
る。車体も重くなり望ましくない。

また、スペースの制約があって、ふたつの車輪速センサ
を取付ける事ができない場合がある。

車輪速センサをひとつに統合したいものである。

ところが、ナビゲーション用、アンチロックシステム用
のいずれの車輪速センサも、そのままでは、両システム
のために使うことができない。

アンチロックシステム用の車輪速センサは、磁束変化を
検出するので、低速では出力電圧が低下し、感度が減少
する。約５ｋｍ／ｈ以下の速度での車輪の回転を検出す
る事ができない。

この点をさらに詳しく説明する。Ｎ個の歯を持つエキサ
イタが回転するので、周波数がで与えられる磁束変化を
生ずる。ポールピースの断面積を８１ピツクアツプコイ
ルの巻数をｎとし、磁束変化Φを次の式で表わすとすれ
ば Φ＝Φ□　ｓｉｎ　Ｗ　ｔ　　　　　　　　　　（４）
ｗ　＝　２πｆ　１　　　　　　　　　　　（５）ピッ
クアップコイルの起電力Ｖは となる。これが出力電圧であるが、振幅の大きさを出力
電圧という事にする。これは車輪速Ｖに比例している。

第３図の（イ）に車輪速Ｖの函数としてのビックアツブ
コイル出力電圧の変化を示す。これはＶに比例して増大
してゆく。（７）式のとおりである。

ただし、Ｖが大きくなると、磁束変化が速くなり、渦電
流損失、ヒステリシス損失などが増えて、ピックアップ
コイルの出力電圧が飽和してくる。

これだけなら、検出感度を上げてゆけば、低速まで回転
検出が可能である。

ところが、検出感度を上げる事ができない理由がある。

ピックアップコイル、永久磁石、ポールピースよりなる
系は車体側に固定されている。

固定されているが、全てのものは弾性変形するのである
からこの検出系が振動する。外部から強制振動が加えら
れ六時に振動する。この振動は容易に減衰する。ところ
が、固有振動数ｆ０に於ける振動は自然に起こり、減衰
しに＜＜、振幅も大きい。

固有振動ｆｃに於ける振動を共振という。共振が起こり
にくくするため、ｆｃはかなり高い値に設定する。車輪
速に換算すると１１００ｋ／ｈ程度である。

ポールピースが振動すると、エキサイタがたとえ停止し
ていても、間隙ｇが変化し、ピックアップコイルに起電
力が生じる。

この起電力は雑音である。雑音も周波数依存性がある。

雑音の周波数特性を第３図（ホ）（図の右下）に示した
。

このような振動が励起されることもあり、励起されない
事もある。周波数特性のグラフは、各周波数に於て、最
大値を示している。

第３図に於て横軸は車輪速Ｖである。雑音については横
軸が周波数ｆで、（３）と同じ換算ｆ’＝ｖＮ／Ｌをし
たものである。

雑音の周波数は、車輪速Ｖとは関係がない。車輪速Ｖが
いかなる時でも、ピックアップコイルを含む系が、共振
点ｆ０で振動する。従って低速であっても共振点ｆｃで
振動する。雑音のピーク電圧をＷとする。

もしも、ピックアップ電圧の検出限界ＵをＷより低くす
ると、雑音を拾う事になる。

雑音の出力電圧振幅は小さいが、振動数はほぼｆｃであ
ってきわめて高い。車輪速検出では電圧波高を測るので
はなくパルス数を計数えるのである。

従って、そのような雑音が少しでも入ると、著しい誤差
をひき起こす。

そこで、検出限界ＵはＷより大きくしなければならない
。ｔｔ＞Ｗとするので極低速での感度がなくなるのであ
る。Ｖ＜Ｕの電圧は全て切り捨てる。

■＝Ｕとなるのが、５ｋｍ／ｈ程度の速度である。この
ため、５ｋｍ／ｈより低い速度シ一対して、全く回転検
出できない。

そうすると、ナビゲーション用の車輪速検出センサが優
れているか、というとそうでもない。

検出部に磁気抵抗素子、ホール素子などを用いる。これ
らは半導体であって温度特性が良くない。

高温で使用する事ができない。信頼性は、前述のエキサ
イタを使うものに劣る。

また、磁気ベルトをタイヤホイールに貼りつけるので、
タイヤ交換ができない。さらに、チェーン取付が難しい
。

こういう難点がある。

に）・目　　　的 ナビゲーション／ロケーション用＋７）　車輪速”：ン
サと、アンチロックシステム用の車輪速センサを統合し
て、ひとつのセンサで両方のシステムに利用できるよう
にする事が本発明の目的である。

極低速まで回転を検出でき、高温でも使用でき、信頼性
の高い車輪速検出装置を提供する事が本発明の第２の目
的である。

（２）構　成 本発明の車輪速検出装置は、アンチロックシステムに用
いられるエキサイタ、ピックアップコイルよりなるもの
を基本として、より低速域にまで検出感度を伸ばしたも
のである。

第１図は本発明の車輪速検出装置の一例を示す溝成図で
ある。

エキサイタ１は外周部に歯を形成した円板である。歯の
数Ｍは、一回転あたりに必要なパルス数に合わせて設定
する。エキサイタ１は強磁性体である。車軸に一体に固
着するので、車軸と同一角速度で回転する。

車体の方には、磁束変化を検出するセンサ部２が取付け
られる。

これは、永久磁石７と、磁石の磁化方向に固着された強
磁性体のポールピース８、ピックアップコイル９よりな
る。ピックアップコイル９はポールピース８の外周に巻
回してあり、ポールピース内の磁束変化に応じた起電力
を生ずる。これは（４）〜（７）式に説明したとおりで
ある。

永久磁石７、ポールピース８、エキサイタ１によって磁
気回路が形成される。この回路の磁気抵抗は、エキサイ
タとポールピースの間隙ｇによって変化する。

間隙ｇは、エキサイタ１の回転とともに変動する。

エキサイタの歯先がポールピースに対向する時、間隙ｇ
は狭い。歯底がポールピースに対向する時、間隙ｇは広
い。

車軸が１回転する間に、間隙ｇは、Ｍ回変動する。この
ため、ピックアップコイルの起電力は、１回転あたり、
Ｍ回上下変化する。単位時間にζｖ／Ｌ回転するので、
周波数ｆに直すとである。ピックアップコイルの起電力
の周波数依存性は（７）式のとおりである。

（力式のＮをＭで置換えればよい。Ｖのかわりにｆで書
くと同じものは、 ■＝−２πｎＳΦ□ｆ　ｃｏｓ　ｗｔ　　　　　（９）
と書くことができる。

ｃｏｓ　ｗ　ｔの部分を矩形波にして、パルス数を測定
する。パルス数はｗ／２πである。（９）の振幅の部分
が感度を与えているが、これが第３図（イ）で示す周波
数特性を持っている。つまり、低い周波数で電圧信号が
弱い。

ピックアップコイルの出力電圧Ｖを、フィルタ５に通す
。このフィルタ５は、周波数が高くなるほど減衰が大き
くなるフィルタである。広義のローパスフィルタという
事ができる。

周波数特性は第４図の曲線口に示すようである。

低周波はよく通し、高い周波数はど通りにくくなるが、
高い周波数をカットするのではない。

第２図にそのようなフィルタの最も単純な一例を示す。

入力と出力が抵抗Ｈによって接続される。

コンデンサＣと抵抗ｒの直列体の一端が接地される。他
端が抵抗Ｒの出力側に接続される。

ＲとＣだけからなる最も単純なローパスフィルタであれ
ば入出力電圧比は になる。これはＷ−＋■の極限で０となる。

第２図に示すフィルタの入出力電圧比はとなる。Ｗとと
もに減少してゆくが、Ｗ−＋■で有限確定値ｒ／（ｒ＋
Ｒ）に近づく。

そこで、ローパスフィルタといわず、周波数が高くなる
ほど減衰が大きくなるフィルタという。

フィルタ５を通った信号は増幅回路３によって増幅され
る。これは周波数特性が平坦な増幅を行うものとする。

結局、（フィルタ＋増幅回路）の周波数特性も第４図（
ロ）の曲線によって示すことができる。

増幅回路の出力の周波数特性は、第３図の曲線（イ）と
、第４図の曲線（ロ）の積となるので、第４図（ハ）の
ようになる。

これは、殆んど周波数依存性がなく、平坦な特性となっ
ている。エキサイタ・ピックアップコイルよりなる検出
は、曲線（イ）のように左下りの特性を持つが、曲線（
ロ）のような特性のフィルタを通すことによって、平坦
な周波数特性を得ている。

ただしｆ’＝ｏの時出力電圧Ｖ＝Ｏである極低速でＶは
急激に下る。

雑音は高い周波数ｆ０で強くなるが、フィルタを通すの
で、雑音のピークＷ′が抑制され小さくなる。

共振点での電圧Ｗ′よりも検出下限Ｕ′が大きくなくて
はならない。Ｗｌ　＜　Ｕ７とする。しかしＷ／は、先
述のＷよりずっと小さくなっている。したがってＵ／を
下げる事ができる。

またｒ＝０近傍で曲線ハは急勾配である。検出下限Ｕ′
に於ける周波数をｆｏとする。０〜ｆｏＱ間は回転検出
できない。

しかし、１０以上であれば同一感度で回転検出できる。

これは、先述の磁気ベルト、磁気抵抗素子、ホール素子
による検出と、よく似ている。

ｆｏは速度に換算すると、０．５ｋｍ／ｈ程度である。

結局、０．５　ｋｍ／　ｈ以上であれば、車輪速を正確
に測定できるという事である。

０〜０．５ｋｍ／ｈの間は不感領域となる。しかし、自
動車が０．　ｓ　ｋｍ／　ｈ以下の速度で動くのは時間
的に短い。停止、始動の瞬間だけである。従って、これ
による距離積算の誤差は少ない。

波形整形回路４は、正弦波を矩形波に変換するものであ
る。これはコンパレークを用いたり、シュミット回路を
用いたりして簡単に構成する事ができる。

ここに得られた矩形波の繰返し周波数ｆは（８）式に示
したとおりである。パルス数を計数するとｆが分り、こ
れから車輪速Ｖが分る。

Ｍは車輪一回転あたりの発生パルス数である。

ナビゲーションシステム用には、一回転あたり８０以上
なければならない。

アンチロックシステム用には、一回転あたり４０〜４５
でよい。

そこで、両システムに共用できるようにするため、Ｍ≧
８０とすればよい。アンチロックシステム用としてはパ
ルス数が多すぎるが、％分周すればよいことである。

（イ）作　用 自動車が走行すると、車軸とともにエキサイタが回転す
る。間隙ｇの変動にともなってピックアップコイルに起
電力が生ずる。この起電力の振幅は車輪速に比例する。

起電力の時間的変化の周波数も車輪速に比例する。

フィルタ５を通すと、起電力の振幅の周波数特性が平坦
になる。増幅回路３で一様に増幅し、波形整形回路４で
矩形波とする。

この出力信号は周波数がｖＭ　／　Ｌで表わされ、車輪
速Ｖを、パルス数から求めることができる。

こうして得られた車輪速信号はナビゲーションシステム
とアンチロックシステムの両方に利用スる事ができる。

（１）効　果 ナビゲーションシステム用、アンチロックシステム用の
ふたつの異なった車輪速センサを製造し設置する必要が
なくなる。自動車の製造コストを引下げる事ができる。

また、車体重量を軽くできる。

スペースに余裕がなく、ふたつの車輪速センサを取付け
る事ができない場合、本発明は特に有用である。

エキサイタ・ピックアップコイル系のセンサを用いる。

半導体素子ではないので、温度特性に優れる。高温であ
っても正しく機能する。

エキサイタ・ピックアップコイル系のセンサで、磁束変
化を検出するから、低い周波数で感度が悪いのであるが
、本発明では０，５　ｋｍ／　ｈ以上のものを検出でき
るようになっている。従って、ナビゲーション／ロケー
ション用の車輪速センサとして使う事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の車輪速検出回路の構成図。 第２図は第１図のフィルタの例を示す回路側図。 第３図はピックアップコイルの出力電圧の周波数特性図
。 第４図は（フィルタ＋増幅回路）の周波数特性、増幅器
出力の周波数特性を示す図。 １・・・・・・エキサイタ ２・・・パ・・センサ部 ３・・・・・・増幅回路 ４・・・・・・波形整形回路 ５・・・・・・フィルタ ７・・・・・・永久磁石 ８・・・・・・ポールピース ９・・・・・・ビックアップコイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ナビゲーシヨン／ロケーシヨンシステムが車輪一回転
   あたりに要求するパルス数をＭとし、Ｍ個の歯を外周に
   形成してあり自動車の車軸に取付けられた強磁性体より
   なるエキサイタ１と、永久磁石７と永久磁石７の磁化方
   向に固着された強磁性体よりなるポールピース８と、ポ
   ールピース８に巻付けたピツクアツプコイル９とよりな
   りエキサイタ１に対向して車体に固定されるセンサ部２
   と、ピツクアツプコイル９に接続され周波数が高くなる
   に従つて減衰が大きくなるフイルタ５と、フイルタ５を
   通つた信号を増幅する増幅回路３と、増幅された正弦波
   信号を矩形波に変換する波形整形回路４とよりなり、波
   形整形回路４の出力をナビゲーシヨン／ロケーシヨンシ
   ステム用とアンチロツクシステム用の車輪速信号として
   利用する事を特徴とする車輪速検出回路。