JPH05505074A - 信号調整回路 - 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】 信号調整回路 発明の分野 この発明は、車両の点火タイミングの決定に用いられる、誘導或いは可変磁気抵 抗センサを用いる信号調整回路に関する。

発明の背景 電子点火システムにおいて、トランスジューサはエンジンクランクシャフトの現 在位置を指示することがめられる。この目的のため、軟鉄のホイールから成るセ ンサを用いることが知られている。そのセンサは、それ自身に沿って規則的に間 隔か置かれた幾つかの歯を有し、磁気回路の一部を構成している。このホイール はクランクシャフトと共に回転するように取り付けられ、その回転に伴い、セン サの磁気回路の磁気抵抗変化により引き起こされる磁界変動によりセンサのコイ ルの電圧か下げられる。これか、センサの出力におけるほぼ正弦曲線の電圧を作 りだす。歯の一つは、クランクシャフトの上死点を決定する事を可能にするため 欠落されている。

タイミング情報は、デジタル制御回路により通常要求され、センサの出力信号は 、上死点と一定のクランクシャフト角度とにおいて生ずるパルスを作りだすため に発生されなければならない。このプロセスはゼロクロスを検出する回路により 行われるか、センサ出力信号の大きなダイナミックレンジのために該回路による 問題が生ずる。誘導センサの特性により、誘起された信号の大きさはスピードに 依存し、エンジンか最大スピードで動作され、３０ボルト以上でエンジンか回さ れるとき、■ボルト以下で変化する。

低い回転スピードの時に、加えて、信号が弱く、信号対雑音比が悪いときに特に 問題か生ずる。処理回路が、タイムフィルタリング或いはサイクルトウサイクル の相互関係の何らかの形で実行することを不可能にするエンジンスピードの急激 な変動傾向に対応しなければならない。これら全ての困難な影響の結合か、スパ ークを同時に飛ばすことを防ぎ、またエンジンの始動を妨げることかある。

ゼロクロス検出器は、出力信号上でのスイッチングの無用の動揺を防ぐために、 それに内蔵されたヒステリシスを通常有する。このヒステリシスは、負方向への 移行よりも正方向への移行のために高いしきい値を設定することにより作りださ れている。ゼロクロスの検出の信頼性は、ヒステリシス幅を広げることにより高 められるか、これは信号の振幅全体により許容される制限の中でのみ行える。従 って、エンジンの最高スピードにおいて、センサの出力信号のクランキングスピ ードにおけるピークトウピーク振幅よりも大きなヒステリシス幅を設定する事を 望むこともあるであろう。

従来技術の記述 この問題点を緩和するため、センサ出力信号の最大振幅にリンクされたゼロクロ ス検出器の基準信号を設定することか、米国特許４，８６６．２９８及び英国特 許２゜１１６．３２５に提案されている。しかしながら、これは、全てのコンデ ィションにおいて信頼性ある同時遂行を達成するためにはそれ自身十分でない。

英国特許１，５４９，２０４及び米国特許４，１８４゜２０３に記述されている システム、これは誘導センサを用い、センサ出力を規定して実質的に一定振幅の 信号を発生させる。しかしながら、これらのシステムは、歯か備えられたホイー ル内の存在しない歯を識別することは、意図されておらず、また不可能である。

英国特許２，１１６．３２５においては、それ自身かエンジンスピードの関数と して変化する基準電圧を発生させることが提案されているが、システムがかなり 複雑本発明は、誘導センサの出力信号のスピードによる従属性に起因するダイナ ミックレンジを許容する、簡単且つ信頼性のある構成の、誘導センサの出力のゼ ロクロスを検出する信号調整回路の提供を試みることにある。

発明の概要 本発明によれば、誘導あるいは可変磁気抵抗センサの出力のゼロクロスを検出す る信号調整回路が提供され、これは、該センサの出力信号を周波数から実質的に 独立した振幅を育しセンサ出力信号と同じ周波数の信号に変換する手段と、変換 された出力信号のゼロクロスを検出する手段とから成り、センサの出力信号を変 換する該手段か、センサ出力を時間に対して積分する積分回路を存することを特 徴とする。

本発明は、Ｗが周波数を表すとき、関数ｓｉｎ（ｗｔ）を時間に対して積分する と、時間積分は、（１／ｗ）、ｃｏｓ　（ｗｔ）で与えられるという事実を基づ く。オリジナルのサイン波の振幅か周波数に比例するなら、積分結果の（１／Ｗ ）は、信号の周波数従属性を取り除く働きをし、オリジナルの信号のゼロクロス を決定するために用いる一定値の基準信号を許容する。

本発明の第２の局面において、誘導あるいは可変磁気抵抗センサの出力のゼロク ロスを検出する信号調整回路か提供され、これは、該センサの出力信号を、周波 数から実質的に独立した振幅を有しセンサ出力信号と同じ周波数の信号に変換す る手段と、変換された出力信号のゼロクロスを検出する手段とから成り、該セン サの出力を変換する手段か、センサの出力信号の瞬時値と基準信号と比較する比 較器と、センサの出力を時間に対して積分するリセット可能な積分回路と、比較 器の出力信号に応答して保持コンデンサを放電することにより積分回路をを検出 する該手段は、リセット可能な積分回路の出力とサンプルホールド回路から提供 された基準信号とを比較する高いゲインの差動アンプがら成り、これはリセット 可能な積分回路の出力信号のピーク値を検出する。

本発明の更に別の局面において、誘導センサに関連してエンジンスピードにより 回転可能な歯車と、センサの出力信号のゼロクロスをモニターしシャフトの角度 位置を決定する以前のいずれかのクレームの信号調整回路とを存する内燃エンジ ンのシャフトの角度を検出するシステムか提供され、これにおいて、該歯車が、 その周囲に規則的に配置された歯を存し、その歯の１つは残りの歯と異なる大き さで基準シャフトタイミング角度を提供する。

図面の簡単な説明 本発明を、添付の図面を参照して、例示により更に記述する。ここで、 第１図は、本発明による調整回路の回路図を示し、第２図は、回路の動作状態に おける第１図の回路の種種の点における波形図を示す。

好適な実施例の記述 第１［Ｊ（７）回路は、＋０．２０．３０．４０．５０で指示されたそれぞれ５ つのブロックから成る。ブロックｌＯは入力回路であって、その主目的は調整回 路の入力インピーダンスとセンサの出力インピーダンスとをマツチさせ、入力信 号を減衰させて調整回路の入力レンジ内に落とすことにある。この回路１０は、 抵抗器とコンデン≧　サとから成り、一般的に従来品であって、詳細な説明は必 要としない。入力回路１０の対称性から、センサが相互に反位相のバランスされ た２つの出力コイルを引受ることに注意されたい。

＋　２０で指示されているブロックはリセット可能な積分回路であり、積分コン デンサ２４を通る容量性負帰還を備える高入力インピーダンスオペアンプ２２（ ＦＥＴ入力あるいはＣ−ＭＯＳ）から成る。この構成は、オペアンプ２２の入力 端子間の信号レベル差の時間積分に比例する、コンデンサ２４に生ずる充電を引 き起こす。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２６はコンデンサ２６に接続され、 スイッチオンの時にコンデンサ２６を放電して積分器をリセットする。ＦＥＴか スイッチオンである間、積分器２２は変換減衰器として動作する。

バランスされたセンサコイル及び対称入力回路１０により、積分器２０の差動特 性から、実質的に共通のモートレジエクションか存在するであろう。

ブロック３０は、抵抗器３２を介しての正帰還を備えるオペアンプ３１から構成 される比較器である。センサからの入力信号は、電源に接続された分圧器３４． ３６により供給される基準信号（実質的に０ポルト）と比較される。センサ信号 が基準電圧以下のときは、比較器の出力はハイてあり、反対に、基準信号を越え るときは、比較器出力はロウである。出力がロウになる度に、積分回路２０のＦ ＥＴ２６は、オフに切り換えられ積分を再開する。積分を再開するこの時、積分 器出力信号は０ポルトの値を有する、何故ならば、電圧減衰器として、その出力 信号かその入力信号と同時にゼロを通過するからである。

ブロック４０はセロクロス検出器であって、これは本質的には比較器ブロック３ ０の構成と近似した比較器である。このように、ブロック４０は、正帰還抵抗器 ４４を備えるオペアンプ４２を有する。積分回路の出力は、ブロック４０て、基 準信号と比較され、オペアンプ４２の出力は２つの入力信号のいずれが大きいか により、２つの状態（ハイとロウ）のうちの一方を採用する。

ブロック４０の基準信号は、サンプルホールド回路に続く減衰インバータである ラストブロック５０により得られる。ブロック５０は、積分回路２０の出力から のその入力信号を受け、先ず信号を減衰させ、負帰還抵抗器５２を備えるオペア ンプ５１によりそれを変換する。次に、信号は、２つのオペアンプ５４．５６と 充電保持コンデンサとを有するサンプルホールド回路を通過する。

この回路は、通常のものであって、詳細な説明は不要であろう。この回路の効果 は、インバータ５１から受けられた入力信号のピーク値と等しいレベルで、回路 の出力電圧を維持することにある。

第１図の回路の動作を、第２図の波形図を参照して説明する。

第２図において、波形Ａ、Ｂ、Ｃは、入力端子Ａ１積分器２０の出力端子Ｂ、ゼ ロクロス検出器４０の出力端子Ｃての信号を表す。

波形Ａは、範囲１１０を除いて一般に正弦曲線上にある。この波形において、そ れぞれの負方向へのゼロクロスは軟鉄ホイールの歯の中心に、そして、範囲１１ ０は欠落した歯に相当する。信号はエンジンスピードに基づく振幅を有し、これ は、製造及びエンジンへのセンサの取り付は公差により、小さな範囲で一つ一つ のエンジンで異なる。信号はそれ自身に重畳する残音を時として有するが、発明 の理解を助けるために明瞭な波形を示す。

負方向へのゼロクロス（歯の中心に相当）から始まる正規正弦波のいずれかの１ サイクルを取ると、波形Ｂは常に、その変移と一致する急峻な正方向へのエツジ を存することか分かる。これは、比較器３０が波形へのゼロクロスを検出し、Ｆ ＥＴ２６をスイッチすることにより積分器２０をリセットするという事実による 。しかして、コン１−ンサ２４は、積分ハーフサイクルの間に、負レベルにそれ か達すると急速に放電する。

波形Ａの負のハーフサイクルの間、ＦＥＴ２６はスイッチオンを維持し、積分器 は変換減衰器として動作する。

従って、波形Ｂはこれらのハーフタイムの間、小さい振幅の正のハーフサイクル 続き、０ポルトに終端する。

波形Ａの次の正方向ゼロクロスに伴い、ＦＥＴ２６はオフに切り替わり、積分を 再開する。波形Ｂは、波形Ａの負方向へのゼロクロスに伴いＦＥＴが再びオンに 切り替わるまで、時間での関係のコサインに一般的に従うサイン波を積分して、 負方向への進行を開始する。

波形Ｂの振幅は実質的に周波数から独立である。何故ならば、周波数か増加する と波形への振幅か増大するが、これは、積分時間の減少により反作用を受けるか らである。別々に、Ｓｉｌ（ｗｔ）の時間に対する積分は、−ｃｏｓ（ｗｔ）／ ｗであり、後者の分母は、センサ出力信号振幅に従属するリニア周波数を相殺す る。

欠落した歯において、波形Ａの長く不規則な負のハーフサイクルか存在し、これ は波形Ｂの長い正のハーフサイクルを引き起こす。波形Ｂのこの部分の形状は、 波形への負のハーフサイクルの終わりにおいて、波形Ｂの信号レベルが再び０ボ ルトになること以外、注意するほど重要ではない。正のハーフサイクルにおいて 、長い不規則な時間があり、これが長い負のパルスを引き起こす。

このパルスが他の全てのパルスよりもかなり長いので、欠落した歯の位置決定の ためのしきい値比較を望むならば、行い得る。

しかしなから、記述された回路において、それぞれの歯の位置は、波形Ｂをゼロ クロス検出器４０に加え、波形Ｃを発生させることにより決定される。ゼロクロ ス検出器は、波形Ｂがかなり大きな負電圧よりも低いときにハイになり、波形Ｂ の電圧が再び０に上かったときにそのロウ状態に戻る。回路５０の効果は、達成 されたピークの負の値に依存する第１のしきい値を設定することにある。該しき い値を、欠落した歯による大きなピークよりも、存在する歯に対応するピークに マツチさせたいなら、サンプルホールド回路の減衰器５１か、所望のしきい値を 設定するため、最大ピークを分割する。

基準値かサンプルホールド回路５０の負のピークから与えられるため、なんらか の製造上の公差に起因する差異が自動的に取り除かれる。

本発明の回路の雑音耐性は、積分器が、波形Ａの負方向の移行か検出される前に 、予定された振幅の一定量に達するまでの十分な長さの動作が行わなければなら ない事実から生ずる。また、積分がサイクル毎に起きるので、エンジンスピード によるなんらかの変動に検出の信頼性は影響されない。

本発明は、検出される歯車に異なるサイズを用いることも可能であるので、欠落 した歯を有する歯車の代わりに、半分の高さの歯を有することもできる。短い歯 もまた検出てき、所望のタイミング情報を提供するため他の歯から識別できる。

しかしなから、歯の欠落を全くなくすことにより、隣接する歯から提供されるタ イミング情報から欠落した歯の位置を見積もる必要がなくなり、代わりに短い歯 の位置から直接測定することも可能である。

添付のクレームにより設定された発明の範囲から離れることなく、説明された回 路から種々の改変か可能であることは、当業者にとって明瞭であろう。

ＦＩＧ、２゜ 要　約　書 信号調整回路 誘導或いは可変磁気抵抗センサの出力のゼロクロスを検出する信号調整回路か記 述されており、これは、センサの出力信号を、周波数から実質的に独立した振幅 を有しセンサ出力信号と同じ周波数の信号に変換する回路（２０，３０）と、変 換された出力信号のゼロクロスを検出する回路（４０）とから成る。

センサの出力信号を変換する回路は、センサの出力信号の瞬時の値と基準信号と を比較する比較器（３０）と、センサの出力を時間に対して積分する保持コンデ ンサ（２６）を存するリセット可能な積分回路（２０）と、比較器（３０）の出 力信号に応答し該保持コンデンサを放電することにより積分回路をリセットする 電子スイッチ（２６）手段とを有する。

第１区

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．誘導あるいは可変磁気抵抗センサの出力のゼロクロスを検出する信号調整回 路であって、該センサの出力信号を周波数から実質的に独立した振幅を有しセン サ出力信号と同じ周波数の信号に変換する手段と、変換された出力信号のゼロク ロスを検出する手段とから成り、センサの出力信号を変換する該手段が、センサ 出力を時間に対して積分する積分回路を有することを特徴とする信号調整回路。
2. ２．誘導あるいは可変磁気抵抗センサの出力のゼロクロスを検出する信号調整回 路であって、該センサの出力信号を周波数から実質的に独立した振幅を有しセン サ出力信号と同じ周波数の信号に変換する手段と、変換された出力信号のゼロク ロスを検出する手段とから成り、センサの出力を変換する該手段が、センサの出 力信号の瞬時の値と基準信号と比較する比較器と、センサの出力を時間に対して 積分するリセット可能な積分回路と、該比較器の出力信号に応答して保持コンデ ンサを放電することにより該積分回路をリセットするスイッチ手段とを有するこ とを特徴とする信号調整回路。
3. ３．請求項２の信号調整回路において、センサの変換された出力信号のゼロクロ スを検出する該手段は、リセット可能な積分回路の出力とサンプルホールド回路 から提供された基準信号とを比較する高いゲインの差動アンプから成り、これは りセット可能な積分回路の出力信号のピーク値を検出する。
4. ４．誘導センサに関連しエンジンシャフトにより回転可能な歯車と、センサの出 力信号のゼロクロスをモニターしシャフトの角度位置を決定する請求項１乃至３ の信号調整回路とを有する内燃エンジンのシャフトの角度を検出するシステムで あって、該歯車が、その周囲に規則的に配置された歯を有し、その歯の１つは残 りの歯と異なる大きさで基準シャフトタイミング角度を提供する。