JPH04213016A - 回転体の回転角度位置を求めるための回路装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、計数器を備え、さらに
回転体の例えば内燃機関の軸の角度位置を検出するセン
サを備え、該センサの出力信号が評価回路へ導びかれる
ようにし、この場合この評価回路の回転角度位置の分解
能が前記センサの回転角度位置分解能よりも大きくされ
ており、さらに同期化回路が前記センサの出力信号と、
前記評価回路から送出される所属の高分解能の回転角度
との間の同期を形成するようにした形式の、回転体の角
度位置を求めるための回路装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転体の回転角度位置の検出は、技術的
に生ずることの多い問題を設定する。自動車技術におい
ては例えば内燃機関の制御のために必要とされる。この
場合この内燃機関のカム軸位置またはクランク軸位置が
検出され、その結果、制御装置が正しい時点においてそ
の制御機能を実行できるようになる。

【０００３】２つの発信器から構成されるセンサを有す
る回転角度測定装置が知られている。両方の発信器は互
いに角度をずらして設けられており、回転体のその都度
の角度位置をマーキング等の検出により検出している。 これらのマーキングは回転体の周に一様に配分されてい
る。この公知の装置の欠点は、測定信号の分解能がマー
キングの個数により制限されることである。

【０００４】米国特許第３８３０２０７号に、内燃機関
のクランク軸のまたはカム軸のマーキングがセンサによ
り検出される形式の、内燃機関の点火および燃料噴射用
の制御装置が示されている。センサの出力信号は評価回
路へ導びかれる。クランク軸に所属するセンサは、角度
３０°を見込む２つの発信器を有する。２つの発信器を
用いること、およびカム軸がクランク軸の回転数の２分
の１により回転することにより、クランク軸の角度測定
の際のエラーをまたは許容誤差を制限することができる
。何故ならば発生する最大のエラーは常にクランク軸の
最大エラーとカム軸の最大エラーとの間に存在するから
である。カム軸のわずかな回転数により、クランク軸が
例えば１０°の場合に５°の値となるようにエラーが低
減される。その限りではこの公知の装置が内燃機関の点
火時点および燃料噴射時点の著しく精確な測定を行なわ
せる。しかし精度はさらに改善を要する。

【０００５】冒頭に述べた形式の回路装置はいわゆる回
転計発電機としてハイブリッド構成で出力を送出する。 この出力により著しく正確な回転角度位置検出が行なえ
る。

【０００６】

【発明の効果】これに対して請求項１の特徴部分に示さ
れた構成を有する本発明による回路装置は、回転角度位
置の検出の場合に著しく簡単に高い分解能が得られる利
点を有する。そのため角度測定が、相応に高い精度で簡
単なかつコスト的な有利な手段で、可能となる。この場
合、測定結果の分解能が前もって与えられ、その結果、
回転体の回転角度位置が理論的に任意に高いかつ選定可
能な分解能を与える。本発明による回路装置は、例えば
内燃機関のカム軸の回転角度位置検出のために用いられ
る場合は、著しく精確な測定結果にもとづいて、正確で
かつその都度に存在する条件に適合される経済的な出力
を供給する作動案内が実現される。センサを用いての回
転体の回転角度位置検出により、まず、著しくわずかな
回転角度位置分解能を有する出力信号が発生される。こ
のことは次のように用いられる。即ちこの出力信号と、
評価回路から供給される高い分解能の回転角度との間の
同期化を形成する同期回路を作動するために、用いられ
る。それと共に評価回路がその都度の回転角度を任意に
精細な段階での分解能の選択により、供給する。しかし
この場合に常に保証されることは、センサにより検出さ
れた粗に分解された回転角度だけが高い分解能で分解さ
れた回転角度へ同期される。このタスクを前述の同期回
路が引き受ける。高い分解能で分解された回転角度は例
えばディジタル形式で供給できる。このディジタル値の
ワード長さの選択に応じて分解能への影響が定められる
。本発明によれば計数器の計数速度の設定調整は、セン
サの出力信号と共働する比較器により次のように行なわ
れる。即ち比較器がその一方の状態を取る時は計数状態
が周波数ｆ１で変化するようにし、他方、比較器がその
他方の状態を取るときはこの変化が周波数ｆ２で変化さ
れる。そのため比較器はこの同期回路に所属する。この
同期回路は計数器の計数速度の制御または調整により、
センサの出力信号への同期化を形成する。

【０００７】本発明によれば、センサが２つの発信器を
有しており、これらが互いに９０°ずらされて設けられ
ている。

【０００８】この９０°のずれにより両方の発信器の出
力信号が次の関数、 ｘ＝ｓｉｎ（ｚ・ａ） および ｙ＝ｃｏｓ（ｚ・ａ） により表わされるようにし、この場合“ｚ”は回転体の
周にわたり一様に配置された、センサにより検出される
マーキングの個数であり、“ａ”はセンサにより測定さ
れる回転角度であるようにしたのである。

【０００９】さらに同期化回路により作動される同期作
用が、調整回路により達せられる。そのため著しく正確
な結果が得られる。

【００１０】さらに本発明によれば、ディジタル・アナ
ログ変換器のディジタル入力側へ、関数ｕ＝ｃｏｓ　　
ｂ および ｖ＝ｓｉｎ　　ｂ が導びかれるようにし、この場合、 ｂ＝３６０°・ｉ／ｋ および ｉ＝０，１，２，．．．ｋ−１ であるようにし、ならび“ｋ”の選択により分解能Ａ＝
３６０°（ｋ・ｚ） が定められる。

【００１１】関数ｕおよびｖは即ち余弦関数および正弦
関数は評価回路から供給される。これらの関数ｕおよび
ｖは例えばテーブル形式のメモリの中にファイルされる
。

【００１２】さらに本発明によれば、メモリは計数器に
より制御される。このメモリの計数状態が高い分解能を
有するようにされた回転角度を表わす。エレメントの回
転毎に計数器は、最小計数状態から最大計数状態まで、
または最大計数状態から最小計数状態まで、走行される
。この場合、各々の中間値が所定の回転角度に相応する
。中間値（計数状態）の個数は選択可能であり、これに
より回転角度位置の分解能も影響を与えられる。

【００１３】前述のＤ／Ａ変換器の出力信号は次の関数
で表わされる。

【００１４】関数 ｓ＝ｓｉｎ（ｚ・ａ）・ｃｏｓ　　ｂ および ｔ＝ｃｏｓ（ｚ・ａ）・ｓｉｎ　　ｂ これらの両方の関数ｓおよびｔは比較器へ導びかれ、こ
の比較器の出力が計数器の計数速度を制御する。そのた
め比較器は同期化回路に所属する。この同期化回路は、
計数器の計数速度の制御または調整により、両方の発信
器の出力値への同期化を行なわせる。

【００１５】比較器による計数器の制御は次のように定
められている、即ち関数ｓの値が関数ｔの値よりも大き
い時は計数器の計数状態ｉが周波数ｆ１で変化されるよ
うにし、他方、関数ｓの値が関数ｔの値よりも小さい時
は周波数ｆ２で変化される。周波数ｆ１とｆ２は例えば
一定であり次のように選定されている。即ちエレメント
の回転数範囲 ｎｍｉｎ＜ｎ＜ｎｍａｘ においては、 ｆ１＞ｋ・ｚ・ｎ ｆ２＜ｋ・ｚ・ｎ である。

【００１６】ただし　　ｋ＞４　　である。

【００１７】

【実施例】次に本発明を図面を用いて説明する。

【００１８】図１は、回転数ｎで回転する軸１を示す。 そのためこの軸は回軸エレメント２を構成する。軸１と
しては例えば内燃機関のカム軸が用いられる。目的は回
転角度位置の測定である、即ちその都度に観察される時
点における軸１の回転角度ａを測定することである。

【００１９】この目的で軸１に、発信器ホイール３がこ
れと共に回転可能に結合されている。このホイール３は
、その周縁に一様に配分されているマーキング４（図１
には簡単のために数個のマーキング４しか示されていな
い）を有する。これらのマーキング４は、溝５により区
切られた歯６から、構成される。

【００２０】さらにセンサ７が設けられている。このセ
ンサは、マーキング４と共働する２つの発信器８および
９から構成されている。発信器８と９は互いに９０°ず
らして配置されている。これらの発信器は、例えば磁気
制御半導体発信器または誘導発信器として構成すること
ができる。発信器８と９から線１０が回路装置１１へ導
びかれている。この回路装置１１の出力側１２に−高い
分解能で形成された−軸１の回転角度ａに相応する信号
が供給される。発信器８および９の線路１０における出
力信号は次の関数で表わされる。

【００２１】ｘ＝ｓｉｎ（ｚ・ａ） および ｙ＝ｃｏｓ（ｚ・ａ） 即ち両方の発信器８および９は互いに位相の異なる２つ
の周期的な信号を供給する。これらの信号は−その中に
含まれている高調波を無視すれば−正弦関数と余弦関数
により形成される。式中の“ｚ”は、発信器ホイール３
の周縁に一様に配分されかつセンサ７により検出される
マーキング４の個数を表わす。“ａ”は、測定される回
転角度を識別する。

【００２２】回路装置１１のタスクは、マーキング４に
より回転角度ａの著しく高い分解能を形成するように改
善することである、即ち微少に分割された回転角度ａを
供給することである。回転角度ａは例えばディジタル形
式で送出される。

【００２３】図２にこの回路装置１１が一層詳細に示さ
れている。この回路装置は調整回路１３，評価回路１４
ならびに同期回路１５を有する。

【００２４】乗算用の第１のディジタルアナログ変換器
１６のアナログ部１７に関数ｘが導びかれる。さらに乗
算用の第２のディジタルアナログ変換器１８が設けられ
ており、そのアナログ部１９に関数ｙが加えられる。デ
ィジタルアナログ変換器１６および１８の出力側２０お
よび２１が比較器２４の入力側２２および２３へ導びか
れている。比較器の出力側２５は計数器２６へ接続され
ており、この計数器に一定の周波数ｆ１とｆ２が導びか
れる。周波数ｆ１とｆ２は、軸１の回転範囲ｎｍｉｎ＜
ｎ＜ｎｍａｘ　　において、ｆ１＞ｋ・ｚ・ｎ　　およ
び　　ｆ２＜ｋ・ｚ・ｎが当てはまるように、選定され
ている。ただし　　ｋ＞４　　である。

【００２５】比較器２４は、計数器２６が周波数ｆ１で
計数するかまたはｆ２で計数するかを決定する。“順方
向計数”（ｆ１および／またはｆ２＞０）または“逆方
向計数”（ｆ１および／またはｆ２＜０）が可能である
。計数器２６の出力側２７におけるその都度に設定され
た計数状態ｉが、高い分解能で分解された回転角度ａを
表わす。この回転角度はディジタル形式で設けられ、か
つ理論的に任意に選定可能な分解能　　Ａ＝３６０°／
（ｋ・ｚ）　　を有する“ｋ”の選択により供給される
。 実施例に応じて計数器２６は正方向へおよび／または負
方向へ計数するため、計数器は順方向計数器としておよ
び／または逆方向計数器として作動される。　　計数器
２６の出力側２７はメモリ２８へ導びかれている。この
メモリの中には−例えばテーブルの形式で−関数　　ｕ
＝ｃｏｓ　　ｂ　　　　および　　ｖ＝ｓｉｎｂがファ
イルされている。この場合、　　ｂ＝３６０°・ｉ／ｋ
　　　　であり、ｉ＝０，１，２，．．．ｋ−１　　で
ある。前述の様にｋの選択により分解能Ａが決定可能で
ある。

【００２６】関数ｕは第１ディジタルアナログ変換器１
６のディジタル部２９へ入力量として導びかれ、関数ｖ
は第２ディジタルアナログ変換器１８のディジタル部３
０へ入力量として導びかれる。

【００２７】そのため第１ディジタルアナログ変換器１
６の出力側２０に次の式で表わされる関数ｓが送出され
る。

【００２８】ｓ＝ｓｉｎ（ｚ・ａ）・ｃｏｓ　　ｂさら
に出力側２１に次の式で表わされる関数ｔが送出される
。

【００２９】ｔ＝ｃｏｓ（ｚ・ａ）・ｓｉｎ　　ｂ比較
器２４による計数器２６の制御は次のように行なわれる
。即ち関数ｓの値が関数ｔの値よりも大きい時は計数状
態ｉが周波数ｆ１により変化されるようにし、他方、関
数ｓの値が関数ｔの値よりも小さい時は周波数ｆ２によ
る変化が行なわれる。

【００３０】回路装置１１の作動中に値ｂが積ｚ・ａよ
りも小さい時は、関数ｓの値が関数ｔの値よりも大きく
なり、これにより比較器２４が計数器２６を次のように
制御する。即ちその計数状態ｉが周波数ｆ１で作動され
て、その結果、値ｂが角度ｚ・ａよりも迅速に増加する
ように、制御する。ｂがｚ・ａよりも大きい時は、関数
ｓは関数ｔよりも小さくなり、これにより比較器２４を
用いて計数器２６が周波数ｆ２により作動される。その
結果、値ｂが角度ｚ・ａよりも緩慢に増加する。始動状
態において値ｂ＝３６０°・ｉ／ｋが振動する、そのた
め周期的に変化幅Δｂ＝３６０°・ｉ／ｋで値ｚ・ａを
中心として振動する。さらに常に考慮すべきことは、同
期回路１５がセンサー７の出力信号と、回路装置１１か
ら送出される所属の高い分解能の回転角度ａとの間の同
期を、形成することである。“ｋ”の選定により回転角
度測定の場合の分解能が理論的に任意に高められる。

【００３１】そのため本発明による回路装置は、回転エ
レメントの高い分解能の回転角度位置測定を可能にする
。

【図面の簡単な説明】

【図１】軸における回転角度検出の構成の斜視図である
。

【図２】図１の軸の回転角度位置を測定するための回路
装置のブロック図である。

【符号の説明】

１　　　　軸 ２　　　　回転エレメント ３　　　　発信器ホイール ４　　　　マーキング ５　　　　溝 ６　　　　歯 ７　　　　センサー ８，９　　　　発信器 １０　　　　線 １１　　　　回路装置 １３　　　　調整回路 １４　　　　評価回路 １５　　　　同期回路 １６，１８　　　　ディジタルアナログ変換器１７，１
９　　　　アナログ部 ２０，２１　　　　出力側 ２２，２３　　　　入力側 ２４　　　　比較器 ２５　　　　出力側 ２６　　　　計数器

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　計数器を備え、さらに回転体の角度位
   置を検出するセンサを備え、該センサの出力信号が評価
   回路へ導びかれるようにし、この場合この評価回路の回
   転角度位置の分解能が前記センサの回転角度位置分解能
   よりも大きくされており、さらに同期化回路が前記セン
   サの出力信号と、前記評価回路により処理される所属の
   高分解能の回転角度との間の同期を形成するようにした
   形式の、回転体の角度位置を求めるための回路装置にお
   いて、計数器（２６）の計数速度の設定調整がセンサ（
   ７）の出力信号と共働する比較器（２４）により行なわ
   れるようにし、この場合この比較器（２４）がその一方
   の状態を有する時は計数器の計数状態（ｉ）が周波数ｆ
   １により変化されるようにし、さらに比較器がその他方
   の状態を取る時は周波数ｆ２により変化が行なわれるよ
   うにしたことを特徴とする回転体の回転角度位置を求め
   るための回路装置。
2. 【請求項２】　　センサ（７）が２つの発信器（８，９
   ）を有しており、これらが互いに９０°ずらされて設け
   られている請求項１記載の回路装置。
3. 【請求項３】　　両方の発信器（８，９）の出力信号が
   次の関数、 ｘ＝ｓｉｎ（ｚ・ａ） および ｙ＝ｃｏｓ（ｚ・ａ） により表わされるようにし、この場合“ｚ”は回転体（
   ２）の周にわたり一様に分布された、センサ（７）によ
   り検出されるマーキング（４）の個数であり、“ａ”は
   センサ（７）により測定される回転角度であるようにし
   た請求項１から２までのいずれか１項記載の回路装置。
4. 【請求項４】　　同期化回路（１５）により作動される
   同期作用が、調整回路（１３）により達せられるように
   した請求項１から３までのいずれか１項記載の回路装置
   。
5. 【請求項５】　　発信器（８，９）の出力信号が、乗算
   用のディジタル・アナログ変換器（１６，１８）の各々
   のアナログ部（１８，１９）へ導びかれるようにした請
   求項１から４までのいずれか１項記載の回路装置。
6. 【請求項６】　　ディジタル・アナログ変換器（１６，
   １８）のディジタル入力側へ、関数 ｕ＝ｃｏｓ　　ｂ および ｖ＝ｓｉｎ　　ｂ が導びかれるようにし、この場合、 ｂ＝３６０°・ｉ／ｋ および ｉ＝０，１，２，．．．ｋ−１ であるようにし、ならび“ｋ”の選択により分解能Ａ＝
   ３６０°（ｋ・ｚ） が定められるようにした請求項１から５までのいずれか
   １項記載の回路装置。
7. 【請求項７】　　関数ｕおよびｖがメモリ（２８）の中
   に例えばテーブルの形式でファイルされている請求項１
   から６までのいずれか１項記載の回路装置。
8. 【請求項８】　　メモリ（２８）が計数器（２６）によ
   り制御されるようにし、該計数器の計数状態（ｉ）が高
   分解能の回転角度位置（ａ）を表わすようにした請求項
   １から７までのいずれか１項記載の回路装置。
9. 【請求項９】　　関数 ｓ＝ｓｉｎ（ｚ・ａ）・ｃｏｓ　　ｂ および ｔ＝ｃｏｓ（ｚ・ａ）・ｓｉｎ　　ｂ を表わす、ディジタル・アナログ変換器（１６，１８）
   の出力値が比較器（２４）へ導びかれるようにした請求
   項１から８までのいずれか１項記載の回路装置。
10. 【請求項１０】　　比較器（２４）は、関数ｓの値が関
    数ｔの値よりも大きい時に、その一方の状態を取り、さ
    らに比較器（２４）は、関数ｓの値が関数ｔの値よりも
    小さい時に、その他方の状態を取るようにした請求項１
    から１０までのいずれか１項記載の回路装置。
11. 【請求項１１】　　周波数ｆ１とｆ２が一定でありかつ
    回転体（２）の回転数範囲 ｎｍｉｎ＜ｎ＜ｎｍａｘ において、ｆ１は ｆ１＞ｋ・ｚ・ｎ　　であり、 ｆ２は ｆ２＜ｋ・ｚ・ｎ　　であり、 ｋは例えば　　ｋ＞４　　であるようにした請求項１か
    ら９までのいずれか１項記載の回路装置。