JPH07209311A

JPH07209311A - 速度検出装置

Info

Publication number: JPH07209311A
Application number: JP355594A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ando; 真司安藤; Ikuo Hayashi; 育生林; Toshihisa Ishihara; 稔久石原; Masatoshi Yoneyama; 雅利米山; Shinji Ikeda; 慎治池田
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1994-01-18
Filing date: 1994-01-18
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、車両の車輪速度を低速度まで検出
することを目的とする。【構成】車両の回転軸の回転を検出して車両の速度を
検出する速度検出装置における波形信号発生手段１０は
回転軸の回転に基づき連続的に変化し一回転当たり複数
の波形信号を発生し、波形信号発生手段１０の近傍に配
置される複数の波形信号検出手段１４は波形信号を一定
の位相差毎に検出し、この波形信号を入力する波形整形
手段１５は各検出された波形信号を矩形波形に整形する
とともに、各整形された矩形波形を合成し、波形整形手
段１５により得られた合成波形に基づき車両の速度が求
められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、速度検出装置に関し、
特に本発明では車両の車輪速度を低速度まで検出する装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来このような分野の技術として、実開
昭６２−１２８７３号公報に記載される車速検出装置が
ある。これに記載の車速センサとしての車両の車輪速度
検出に電磁ピックアップ式を用いることが一般的に知ら
れている。この電磁ピックアップの概略は、磁性体のロ
ータ外周を歯形に切り、適当な空隙を設けて永久磁石を
対向して配置し、磁石の周囲にコイルが巻かれる。ロー
タが回転するとコイルを通る磁束の大きさが変化しコイ
ルの両端には交流電圧が発生する。この交流電圧の周波
数は回転体のスピードに比例するので、周波数を計測す
ることによって回転速度が検出できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電磁ピック
アップ式の車速センサでは低速度の場合にコイルに生じ
る電圧が小さくなり検出できなくなる。また、ロータに
刻まれた歯の数、例えば、現状では４８歯／ｒｅｖしか
検出できず周期演算にて速度を求める場合に、低速では
１パルスの間隔が長く、時間がかかり過ぎていた。これ
を解決する方法として二組みの磁気抵抗素子が９０°又
は２７０°ずれるように配置されて、その出力波形の合
成にて見かけ上２倍のパルス数を発生させることが考え
られる。以下にこの方法を詳細に説明する。

【０００４】図９は２倍のパルス数を発生させるために
磁気抵抗素子を位相９０°ずらして取り付けたものを示
す図である。本図に示す速度検出装置は、前述のような
４８歯からなるロータ１と、該ロータ１の歯を検出する
センサユニット２とを具備する。このセンサユニット２
は、二組の磁石２１及び２２の磁極をロータ１の歯に対
向させてその対向面にそれぞれ抵抗率が磁界により変化
する磁気抵抗素子２３及び２４を設ける。これらの磁気
抵抗素子２３及び２４は、磁界の変化を検出したその出
力が、センサユニット２の基準位置で、位相が９０°又
は２７０°ずれるように、配置されている。以下では位
相を９０°ずらして配置した場合の磁気抵抗素子２３及
び２４の出力信号を詳細に説明する。

【０００５】図１０は磁気抵抗素子２３及び２４を位相
９０°ずらして取り付けた場合の問題点を説明するため
の図である。本図（ａ）は磁気抵抗素子の出力信号波形
を示し、図中の曲線２３Ａ及び２４Ａはセンサユニット
２が基準位置の場合の磁気抵抗素子２３及び２４の出力
信号波形を示し、曲線２４Ｂはセンサユニット２がロー
タ１に近い場合の磁気抵抗素子２４の出力信号波形であ
り、曲線２４Ｃはセンサユニット２がロータ１から遠い
場合の磁気抵抗素子２４の出力信号波形である。本図
（ｂ）及び（ｃ）はセンサユニット２が基準位置の場合
の磁気抵抗素子２３及び２４のの整形後の出力信号波形
をそれぞれ示す。本図（ｄ）はセンサユニット２の基準
位置よりロータ１から遠い場合の磁気抵抗素子２４の整
形後の出力信号波形であり、本図（ｅ）はセンサユニッ
ト２の基準位置よりロータ１から近い場合の磁気抵抗素
子２４の整形後の出力信号波形である。

【０００６】本図（ｆ）は本図（ａ）と（ｂ）の信号の
排他的論理和（ＸＯＲ）を取った結果の出力信号波形で
ある。この場合のデューティ比（Ｄｕｔｙ）はＤｕｔｙ
＝５０％である。本図（ｇ）は本図（ａ）と（ｃ）の信
号の排他的論理和（ＸＯＲ）を取った結果の出力信号波
形である。この場合のデューティ比（Ｄｕｔｙ）はＤｕ
ｔｙ＞５０％である。

【０００７】本図（ｈ）は本図（ａ）と（ｄ）の信号の
排他的論理和（ＸＯＲ）を取った結果の出力信号波形で
ある。この場合のデューティ比（Ｄｕｔｙ）はＤｕｔｙ
＜５０％である。二組の磁気抵抗素子が９０°ずれるよ
うに配置されてその出力信号波形の合成にて２倍のパル
ス数を発生させることができるが、前述のように実際に
は、センサユニット２とロータ１との間の距離が取り付
けの関係にて変化すると二組の磁気抵抗素子２３及び２
４の出力信号波形の位相関係が９０°からずれてしま
い、図１０に示したように、デューティ比５０％の正確
なパルスが検出不可能となる。

【０００８】したがって、本発明は、上記問題的に鑑
み、上記のような取り付けにより影響を受けないで低速
度を検出できる速度検出装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、車両の回転軸の回転を検出して車両の
速度を検出する速度検出装置において、強磁性体部材と
磁石部材、又は多極着磁した着磁ロータ（マグネットリ
ング）からなる複数の波形信号発生手段は前記回転軸の
回転に基づき連続的に変化し一回転当たり複数の波形信
号を発生する。前記波形信号を検出する複数の波形信号
検出手段は波形信号を一定の位相差毎に検出するように
配設される。このようにして検出された波形信号を矩形
波形に整形する波形整形手段は各整形された矩形波形を
合成する。該波形整形手段により得られた合成波形に基
づき車両の速度が求められる。

【００１０】

【作用】本発明の速度検出装置によれば、前記複数の波
形信号発生手段によって前記回転軸の回転に基づき連続
的に変化し一回転当たり複数の信号波形が発生し、前記
複数の波形信号検出手段によって前記波形信号がある位
相差毎に検出されることにより、検出された波形は出力
の大きさが前記回転軸の回転数によらず、前記波形整形
手段により波形整形され、さらに合成される。合成され
た波形は、前記複数の波形信号発生手段と前記複数の波
形信号検出手段との距離によらず、前記複数の波形信号
発生手段、例えば、強磁性体部材であるロータの歯数の
倍のパルス数でデューティ比５０％のパルス波形とな
る。このため正確な低速度が求められる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図１は本発明の実施例に係る速度検出装置の
全体構成を示す図である。本発明の速度検出装置は、本
図（ａ）に示す複数の波形信号発生手段１０と、複数の
波形信号検出手段１４と、波形整形手段１５とを具備す
る。

【００１２】前記複数の波形信号発生手段１０は、例え
ば、複数の歯を有する歯車、すなわちロータ１２と磁石
１１からなり、例えば多極着磁したマグネットリング
（１２）からなる。該ロータ１２は強磁性体が用いら
れ、４８個の歯又は４８個の両磁極（Ｎ，Ｓ）を有し、
車速に対応した回転数が得られる手段として図示しない
車輪に連結された回転軸１３と一体的に形成されてい
る。前記磁石１１は希土類磁石が用いられ、磁化方向に
前記ロータ１２の歯がくるように配置される。

【００１３】前記複数の波形信号検出手段１４は複数の
波形信号発生手段１０で発生する波形信号を検出するも
のであり、ロータ１２の回転に起因する前記磁石１１に
よる磁界変化を検出する三組の磁界検出素子、例えば磁
気抵抗素子（ＭＲＥ）３１、３２、３３で構成され、ロ
ータ１２の近傍に、本図（ｂ）に示すように、配置され
る。一組の磁気抵抗素子は２つの磁気抵抗素子からな
り、その間隔は大きな出力が得られるようにロータ１２
のピッチの半分になっている。以下にこの配置を詳細に
説明する。

【００１４】図２は図１の磁石１１、ロータ１２、磁気
抵抗素子３１、３２、３３の配置を詳細に説明する図で
ある。本図に示すロータ１２は４８個の歯を有する。二
組の磁気抵抗素子３２及び３３は一組の磁気抵抗素子３
１を挟んで対称位置に設置される。一組の磁気抵抗素子
３１はロータ１２の法線上に垂直になるように、他の二
組の磁気抵抗素子３２及び３３はその法線に対してロー
タ２１の回転方向にある距離をおいて配置されている。
三組の磁気抵抗素子３１、３２及び３３の背後には磁石
１１が配置される。

【００１５】次に、波形整形手段１５は、車速パルスを
発生する回路であり、コンパレータ３４及び３５と、排
他的論理和回路３６とからなる。磁気抵抗素子３１の出
力と中点電位とがコンパレータ３５で比較され、また磁
気抵抗素子３２及び３３の出力がコンパレータ３４で比
較され、コンパレータ３４及び３５の出力が排他的論理
和回路３６に入力する。なお、磁気抵抗素子３１、３
２、３３及び磁石１１及び波形整形手段１５はセンサユ
ニット１６として構成される。

【００１６】図３は図１の速度検出装置の動作を説明す
るフローチャートである。本図に示すように、ステップ
Ｓ１において、車輪が回転する。ステップＳ２におい
て、車輪が回転することにより、回転軸１３が回転す
る。ステップＳ３において、回転軸１３の回転に伴い、
ロータ（歯車）１２が回転する。

【００１７】ステップＳ４において、センサユニット１
６内の磁石１１の磁界が連続的に変化する。ステップＳ
５において、磁気抵抗素子（ＭＲＥ）により磁界の変化
が電圧の変化となり、この変化は正弦波形として表され
る。ステップＳ６において、波形整形手段１５のコンパ
レータ３４及び３５により、磁気抵抗素子の出力波形が
矩形に波形整形される。

【００１８】ステップＳ７において、波形整形手段１５
の排他的論理和回路３６によりコンパレータ３４及び３
５の出力波形が合成される。ステップＳ８において、デ
ューティ比５０％の９６ｐｕｌｓｅｓ／ｒｅｖの矩形が
形成される。以下に速度検出装置の主要各部の信号波形
を詳細に説明する。図４は図１の三組の磁気抵抗素子３
１、３２、３３の出力波形、その波形整形波及び合成波
形を示す図である。本図（ａ）はセンサユニット１６が
基準位置の場合の磁気抵抗素子３１、３２、３３の各出
力波形３１Ａ、３２Ａ、３３Ａを示す。この出力波形３
１Ａ、３２Ａ、３３Ａは、前述のように磁気抵抗素子３
１、３２、３３を配置すると、磁気抵抗素子３１、３
２、３３はロータ１２の回転に伴う磁石１１の磁界部分
の変化を電圧の変化として表したものであり、これらは
等間隔の位相差で現れる。さらに、出力波形３１Ａ、３
２Ａ、３３Ａは疑似正弦波となり、出力波形３１Ａはロ
ータ１２の歯のエッジ部分付近で出力が最大又は最小と
なり、山の中央又は谷の中央で出力が中点電位となる。
出力波形３２Ａ及び３３Ａは出力波形３１Ａが最大又は
最小の位置で交差することになる。

【００１９】次に、ロータ１２とセンサユニット１６と
の間の距離が変化した場合において、先ず、センサユニ
ット１６がロータ１２に近いときには磁気抵抗素子３２
及び３３の出力波形３２Ｂ、３３Ｂ、さらに、ロータ１
２に遠い場合の磁気抵抗素子３２及び３３の出力波形３
２Ｃ、３３Ｃより、ロータ１２とセンサユニット１６間
の距離が基準から近くなると位相差が大きくなり、遠く
なると位相差が小さくなる。しかし、磁気抵抗素子３１
に対して磁気抵抗素子３２及び３３は対称であるという
位置関係は不変であるため、磁気抵抗素子３１、３２、
３３の出力波形３１Ａ、３２Ｂ、３３Ｂ又は３１Ａ、３
２Ｃ、３３Ｃは常に等間隔の位相差で現れる。また、ロ
ータ１２とセンサユニット１６間の距離により磁気抵抗
素子３１、３２、３３のゲインが変化するが、磁気抵抗
素子３２、３３のゲインは磁気抵抗素子３２、３３がロ
ータ１２から距離が等しいため同じになる。したがっ
て、ロータ１２とセンサユニット１６間の距離によら
ず、磁気抵抗素子３２、３３の出力波形は磁気抵抗素子
３１の出力波形がピーク値をとるときに交差する。

【００２０】図５は出力電圧が中心値となるときの一組
の磁気抵抗素子とロータ１２の歯の位置関係を示す図で
ある。本図に示すように、一組の磁気抵抗素子の中心に
ロータ１２の歯の山の中心又は谷の中心を通る法線が位
置したとき、一組の磁気抵抗素子の２の素子に均等の磁
場がかかり、一組の磁気抵抗素子の出力は出力電圧の中
心電圧となる。ロータ１２とセンサユニット１６間の距
離が変化したときも同様な関係があることは明白であ
る。したがって、ロータ１２とセンサユニット１６間の
距離によらず、一組の磁気抵抗素子の出力のピーク値及
び出力電圧の中心電圧値は同じ時刻に現れる。つまり、
図２における磁気抵抗素子３２、３３の出力波形の交点
はロータ１２とセンサユニット１６間の距離によらず同
じ時刻に現れることになる。

【００２１】図４（ｂ）及び（ｃ）に戻り、磁気抵抗素
子３１の出力波形３１Ａは出力電圧の中心電圧値にてコ
ンパレータ３５により比較され、４８ｐｕｌｓｅｓ／ｒ
ｅｖの矩形波に波形整形される。磁気抵抗素子３２の出
力波形３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは磁気抵抗素子３３の出
力波形３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃにてコンパレータ３４に
よりそれぞれ比較されて同様に４８ｐｕｌｓｅｓ／ｒｅ
ｖの矩形波に波形整形される。図４（ｄ）に示すよう
に、コンパレータ３４及び３５の二つの４８ｐｕｌｓｅ
ｓ／ｒｅｖの矩形波は、それぞれデューティ比が５０％
であり、位相が９０°ずれており、これらが排他的論理
和回路３６により合成されると、デューティ比が５０％
で、９６ｐｕｌｓｅｓ／ｒｅｖの矩形波になる。

【００２２】このように、見かけ上４８ｐｕｌｓｅｓ／
ｒｅｖの倍の数の出力が得られる。さらに、ロータ１２
とセンサユニット１６間の距離が変化しても磁気抵抗素
子３１から得られるパルス波形と、磁気抵抗素子３２、
３３から得られるパルス波形の位相関係は変化せず、正
確なパルス検出が可能となる。図６は本発明の他の実施
例に係る速度検出装置の全体構成を示す図である。本図
に示すように、二組の磁気抵抗素子３２及び３３を使用
し一組の磁気抵抗素子３１を使用せず、さらに波形整形
手段１５において反転器３７を設ける構成の点で図１の
構成と異なる。その他の構成は図１の構成と同一で、か
つ同様の効果を得ることができる。

【００２３】図７は図６の二組の磁気抵抗素子３２、３
３の出力波形、その波形整形波及び合成波形を示す図で
ある。本図（ａ）に示すように、磁気抵抗素子３２及び
３３の出力波形を３２Ａ及び３３Ａとし、出力波形３３
Ａを出力電圧の中心電圧値にて反転器３７により反転さ
せてこの出力波形を「反転３３Ａ」とする。出力波形３
２Ａと反転３３Ａとの交点は、図４における磁気抵抗素
子３１による出力波形３１Ａが出力電圧の中心電圧の時
点に現れ、さらにロータ１２とセンサユニット１６間の
距離によらず同じ時刻に現れることは明白である。本図
（ｂ）に示すように、出力波形３２Ａを出力波形「反転
３３Ａ」にてコンパレータ３５により比較されて４８ｐ
ｕｌｓｅｓ／ｒｅｖの矩形波が得られる。さらに、本図
（ｃ）に示すように、出力波形３３Ａを出力波形３２Ａ
にてコンパレータ３４により比較されて４８ｐｕｌｓｅ
ｓ／ｒｅｖの矩形波が得られる。これらの矩形はロータ
１２とセンサユニット１６間の距離によらず全く同一で
ある。したがって、コンパレータ３４と３５との合成が
排他的論理和回路３６により行われ、デューティ比５０
％の９６ｐｕｌｓｅｓ／ｒｅｖの矩形波が得られる。

【００２４】図８は図１と別の磁石５１、ロータ５２、
三組の磁気抵抗素子４１、４２、４３の配置例を示す図
である。本図に示すように、前記波形信号検出手段１０
は、軸に取り付けられかつ山と谷の幅が等しい４８個の
歯を有する歯車ロータ５２と、前記歯車ロータ５２の歯
に近接して配設された第１の磁気検出素子４１と前記第
１の磁気検出素子４１の両側にそれぞれ配設された第
２、第３の磁気検出素子４２、４３とを具備する。これ
らの磁気検出素子は第１の磁気検出素子４１と第２、第
３の磁気検出素子４２、４３までの距離が等距離になる
ように配置される。前記波形整形手段１５は第２、第３
の磁気検出素子４２、４３からの出力波形の交点を検出
する。前記交点にて定まる周期と第１の磁気検出素子４
１とから求められる周期とから前記歯車数の２倍の信号
出力を可能とする。

【００２５】本配置例によれば、磁気検出素子と軸との
距離が増減すると、第２、第３の磁気検出素子から出力
される波形の位相差は増減される。しかし、第２、第３
の磁気検出素子は、第１の磁気検出素子に対して等距離
に配置されているので、それぞれからの出力波形の交点
周期は、前記増減に依存されなくなる。したがって、歯
の数の２倍の出力を得ようとした場合に、検出素子と回
転軸の距離が変更されても出力周期は安定する。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数の波形信号発生手段によって回転軸の回転に基づき連
続的に変化し一回転当たり複数の信号波形が発生し、複
数の波形信号検出手段によって前記波形信号がある位相
差毎に検出されるので、検出された波形は出力の大きさ
が前記回転軸の回転数によらず、波形整形手段により波
形整形されさらに合成され、合成された波形は複数の波
形信号発生手段と複数の波形信号検出手段との距離によ
らず、複数の波形信号発生手段、例えば、強磁性体部材
であるロータの歯数の倍のパルス数でデューティ比５０
％のパルス波形となり、このため正確な低速度が求めら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る速度検出装置の全体構成
を示す図である。

【図２】図１の磁石１１、ロータ１２、三組の磁気抵抗
素子３１、３２、３３の配置の詳細を説明する図であ
る。

【図３】図１の速度検出装置の動作を説明するフローチ
ャートである。

【図４】図１の三組の磁気抵抗素子３１、３２、３３の
出力波形、その波形整形波及び合成波形を示す図であ
る。

【図５】出力電圧が中心値となるときの一組の磁気抵抗
素子とロータ１２の歯の位置関係を示す図である。

【図６】本発明の他の実施例に係る速度検出装置の全体
構成を示す図である。

【図７】図６の二組の磁気抵抗素子３２、３３の出力波
形、その波形整形波及び合成波形を示す図である。

【図８】図２と異なる磁石５１、ロータ５２、三組の磁
気抵抗素子４１、４２、４３の配置例を示す図である。

【図９】２倍のパルス数を発生させるために磁気抵抗素
子を９０°ずらして取り付けたもを示す図である。

【図１０】磁気抵抗素子２３及び２４を位相９０°ずら
して取り付けた場合の問題点を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１０…波形信号発生手段１１、５１…磁石１２、５２…ロータ１３…回転軸１４…波形信号検出手段１５…波形整形手段１６…センサユニット３１、３２、３３、４１、４２、４３…磁気抵抗素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石原稔久愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者米山雅利愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者池田慎治愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の回転軸の回転を検出して車両の速
度を検出する速度検出装置において、前記回転軸の回転に基づき連続的に変化し一回転当たり
複数の波形信号を発生する波形信号発生手段と、前記波形信号を一定の位相差毎に検出するように配設し
た複数の波形信号検出手段と、各検出された波形信号を矩形波形に整形するとともに、
各整形された矩形波形を合成する波形整形手段とを具備
し、該波形整形手段により得られた合成波形に基づき車両の
速度を求めることを特徴とする速度検出装置。
【請求項２】前記波形信号発生手段は、強磁性体部材
と磁石部材とからなり、前記複数の波形信号検出手段
は、前記強磁性体部材と磁石部材とによって生じる磁界
分布の変化を検出する複数の磁界検出手段であることを
特徴とする、請求項１に記載の速度検出装置。
【請求項３】前記磁界検出手段に磁気抵抗素子を用い
ることを特徴とする、請求項２に記載の速度検出装置。
【請求項４】前記合成波形は各整形された矩形波形の
２倍の数でかつ５０％のデューティ比の矩形波形である
ことを特徴とする、請求項１に記載の速度検出装置。
【請求項５】前記波形信号検出手段は、軸に取り付け
られた歯車ロータと、前記歯車ロータの歯に近接して配
設された第１の磁気検出素子と前記第１の磁気検出素子
の両側にそれぞれ配設された第２、第３の磁気検出素子
とからなり、これらの磁気検出素子は第１の磁気検出素
子と第２、第３の磁気検出素子までの距離が等距離にな
るように配置され、第２、第３の磁気検出素子からの出
力波形の交点が検出され、前記交点にて定まる周期と第
１の磁気検出素子とから求められる周期とから前記歯車
数の２倍の信号出力が可能となることを特徴とする、請
求項１に記載の速度検出装置。
【請求項６】請求項５において、軸に取り付けられた
歯車ロータの代わりに、軸に取り付けられた多極着磁し
たマグネットリングを用いることを特徴とする、請求項
１に記載の速度検出装置。