JPH07505753A - 信号成形用および基準マーク識別用の装置 - 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】 信号成形用および基準マーク識別用の装置従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載の信号成形用および基準マーク識別用の装 置に関する。この装置の場合、１つの特異性を有する正弦波信号から矩形信号が 形成され、上記の特異性が一義的に識別される。

正弦波信号を評価するために、まずはじめにこの信号を矩形波信号に変換する必 要のあることは知られており、このことによって簡単な評価が可能になる。この 種の正弦波信号はたとえば誘導センサの出力信号として発生するものであり、こ の誘導センサは、種々異なるマークを備えセンサの前を移動する部材を走査する 。

たとえば、内燃機関のクランクシャフトまたはカムシャフトの位置を識別するこ とに関連して、これらのシャフトの１つと結合されており複数のマークを有する 発信器ディスクが誘導センサにより走査され、それにより得られた出力信号が車 両の制御装置において評価される。この場合、評価の前に誘導センサの出力信号 が矩形信号に変換され、その際にこの目的で正弦波信号が閾値と比較され、この 閾値を超えるとそのっど矩形信号の側縁変化が生じる。この形式の装置は、たと えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３１２７２２０号公報により公知である。

この公知の装置の場合、所期の信号レベルに依存して閾値を変化させる必要があ る。その理由は、誘導センサの出力信号レベルは前を通過するマークの速度に著 しく依存しているからであり、したがって固定的な閾値であると過度に不正確な ってしまうからである。

発明の利点 これに対して、請求項１の特徴部分に記載の構成を有する本発明による装置の有 する利点とは、正弦波信号から矩形信号への著しく精確な変換が行われ、障害が 十分に抑圧されることであり、さらには１つの基準マークに起因する正弦波信号 の特異性がきわめて確実に検出され、矩形信号形成が特異性の領域でも適正な位 置で行われることである。

このような利点は次のようにして達成される。すなわち、矩形信号の切換側縁を 形成するためにないしはレベル変化のために正弦波信号の零点通過が利用され、 信号の零点通過の方向が検出され、ないしは零点通過に際してセンサが角度マー クに対向しているかまたは欠落部分に対向しているかが検査される。コントロー ルのために付加的に、負の半波が閾値の下回りについて監視される。

正弦波形の信号の特異性の一義的な識別のために切換側縁間の間隔がめられ、特 異性部分に続く矩形信号の立下がり縁が同期のた−めに用いられる。

本発明による装置に属する回路装置の有する利点とは、この回路装置が簡単に組 み立てられることであり、有利にはＣ−ＭＯ３技術で集積可能であってこれによ り適用事例固有に使用可能なことである。入力信号を広い範囲内で直線的に処理 することならびに広い周波数特性も同様に有利である。

殊に有利であるのは、センサと上述の回路装置との間における外部の設計仕様が 最小限に抑えられることであり、その結果、センサと本発明による回路装置との 間にはただ１つの前置抵抗しか必要ない。

従属請求項に記載の構成により本発明のさらに別の利点が得られる。

図面には本発明の実施例が示されており、これについて以下で詳細に説明する。

第１図には本発明による装置が示されており、第２図には、矩形信号のレベル変 化が閾値超過時に生じるようにした構成の場合に得られるような信号経過特性が 示されている。第３図には、第４図による本発明の回路装置により得られる信号 経過特性が示されており、第５図は、第４図ですでにブロックとして示されてい る信号トリガおよび欠落部分準備処理用の論理回路のブロック図である。

実施例の説明 第１図には、本発明による装置が所望の信号経過特性とともに略示されている。

この場合、参照番号１゜で発信器ディスクが示されており、このディスクはその 表面に、同形式の多数の角度マーク１１と、基準マーク１２と称され２つの角度 マークの欠落で特徴づけられた領域とを有している。

発信器ディスク１０は、回転する軸１３たとえば内燃機関のクランクシャフトま たはカムシャフトあるいは旋回可能な任意のその他のシャフトと結合されている 。そしてこの発信器ディスク１ｏは、センサ１４たとえば誘導センサにより走査 される。

マークがセンサ１４の前を通過すると、公知のようにしてセンサ１４は参照番号 ｓ１の付された正弦波信号を発生する。この正弦波信号Ｓ１は零位線（基準線） を中心に規則的に振動し、基準マーク１２がセンサ１４の前を通過したことに相 応する個所において１つの特異性を有する。この特異性はとりわｔ１次のことで 特徴づけられている。すなわち、第１の比較的高レベルのパルスが生じ、そのあ とでは２つの正の正規パルスと２つの負の正規パルスが欠落し、この次には大き くなった負のパルスが生じることで特徴づけられている信号Ｓ１は準備処理回路 １５において、信号Ｓ１の各パルスに対して一義的な対応づけを有する正のパル スを含む矩形信号Ｓ２が生じるように処理される。第３図には正確な対応づけが 示されている。

信号Ｓ１のディジタル表現とみなすことのできる矩形信号Ｓ２は、たとえば車両 の制御装置１７の構成部分である角度クロック（角度パルスカウンタ）１６のた めの入力信号として用いられる。

準備処理回路１５は少なくとも１つの増幅器を有しており、この増幅器において 正弦波信号が適切に増幅される。この増幅が必要とされる理由は、センサ１４か ら供給される信号のレベルは前を通過するマーク１１の速度つまりはシャフト１ ３の回転数に著しく依存するからである。

これに加えて準備処理回路１５は、同期化欠落部分ないしは基準マーク１２を識 別できるようにする手段を有する。準備処理回路１５の出力パルスは入力ノイズ によっても線路の事後振動によっても、あるいはエアギャップ中の障害によって も乱されてはならない。

第２図には、公知の装置で得られるような信号経過特性が示されている。同時に この図から、このような評価に際して生じる問題点もわかる。

第２ａ図には、信号Ｓ１に相応し零位線Ｎを中心に振動する信号経過特性５１１ が拡大されて示されており、これと同時に、信号レベルの５０％または１００％ に相応する正と負の閾イ直も書き込まれている。この精密な信号解析により明ら かにされていることは、正規のパルスはすべて１００％の最大値（ＳＷＩ）ない し最小値（ＳＷ４）を有することであり、さらに、基準マーク前には４０％まで 高められた振幅の振れ過ぎが生じているのに対し、基準マーク後には（絶対値に 関して）４０％まで大きくされた振幅の振れ過ぎが生じていることである。

基準マークにより及ぼされるさらに別の影響によって、先行するパルスないしは 後続のパルスの振幅が３０％まで変調される可能性もあり、基準マークが現れて いる間に障害の生じるおそれがあり、これは第２ａ図による実施例では２０％に までなる可能性がある。

第２ｂ図に示されている矩形信号３２１の場合、正弦波信号の信号レベルの５０ ％（ＳＷ２，５Ｗ３）のところでそれぞれ側縁変化が行われるが、この矩形信号 の形成に際して、第２ａ図の信号Ｓｌｌのパルスレベルが等しくないことに起因 して不正確性が生じることになり、これによって第２ｂ図による矩形パルスの幅 がそれぞれ異なるようになってしまう。このようにパルス幅がそれぞれ異なるこ とは、本発明による装置によって回避しようとするものである。

オン／オフ比が対称ではなく、かつ変調により正弦波信号に著しく影響が及ぼさ れるという欠点を有する第２ｂ図の矩形パルスは、この矩形パルスを評価するこ とになる後続の角度クロックにおける精確な同期を妨げるものである。第４図− ないし第５図による装置により上述の問題点を回避することができる。この場合 、この装置の動作を第３図に示された信号経過特性を用いて説明する。

第３ａ図には、目下すでに使用されているクランクシャフトディスクの角度マー クが示されている。この発信器ディスクは今日、６ｏ−２個の角度マークないし 歯（Ｚｌ〜Ｚ６０）を有しており、角度マーク５９と６０が欠落していることで 基準マークが形成されている。しかし本発明はこのような実施例に限定されるも のではなく、規則的に成形された表面および少な（とも１つの特異性を有する任 意の物体に対して使用可能である。

第３ａ図による角度マーク配置構成を備えた発信器ディスクが誘導センサの前を 通過すると、この誘導センサにおいて第３ｂ図に示されているような正弦波信号 が生成される。この場合、信号の零点通過（Ｎ）はそれぞれ１つのマーク中央ま たは欠落部分中央に相応する。

センサの前を通過することで１つの特異性を生じさせる基準マークの前後におい てやはり過剰振動が発生し、基準マークがセンサの前を通過している間に障害パ ルスが発生する可能性がある。評価回路が信号３ｂの零点通過において、センサ が１つの歯または歯の欠落部分上にあるか否かを検出すれば、ないしはこの回路 装置が、正のレベルから負のレベルへの移行または負のレベルから正のレベルへ の移行が生じたか否かを検出すれば、第３ｃ図の信号のための一義的な信号変化 を定義することができる。

そのつどの負の半波において付加的に、実際にマークであるのかあるいは単に障 害であるのかを検査すれば、信頼性のある信号成形が可能であり、これにより信 頼性のある基準マーク識別も可能になる。マークであって障害ではないことの判 定基準として、次の負の半波が所定の閾値たとえば先行の信号振幅のピーク値の ５０％を下回っているか否かが検音される。もし下回っていれば、先行の零点通 過においてセンナが角度マーク１１に対向する位置にあったことが確かめられる 。

正の側から負の側への零点通過でも負の側から正の側への零点通過でも、入力信 号の零点通過において常に矩形波の出力パルスの極性が切り替わるので、オン。

／オフ比は変調とは無関係にほぼ等しい。

センサの前を基準マークが通過している間、っまリセンサ出力信号の規則的な信 号パルスが生じていない間、矩形波の出力信号において精確に低レベルから高レ ベルへの移行ないしは０から１への移行が行われる。

この信号はセンナ信号の零点通過で切り替わるので、基準マークである欠落部分 における位置は直前のマーク発生後の最初の零点通過の位置に依存する。そして このゼロ通過点はさらに、基準マークである欠落部分中に障害が生じたか否か、 ならびにいずれの障害が生じたかに依存する。さらに第１の零点通過の位置は、 センサー線路系がいかなる事後振動特性を有しているかに依存する。

第３ａ図に示されているシステムの場合、零点通過は最も早ければ５８番目のマ ーク（Ｚ　５８）の事後振動として生じ、遅くともこれに続く最初のマークに対 する応答として生じる。この領域内に、次の正の側縁に対する不安定領域ＵＢが 生じる。この場合、長い休止期間とそれに続く短いパルスが生じる可能性があり 、または短い休止期間と長いパルスが生じる可能性がある。マークの長さがその 間隔と等しければ、パルスとパルス休止期間は等しい長さである。

パルスないしパルス休止期間の長さないしは選択可能なパルス側縁間の間隔はた とえば、後置接続されている角度クロックにおいて、または基準マークである欠 落部分識別用の任意の時間または角度測定装置において評価できる。その理由は 、基準マークである欠落部分は通常の角度マーク間の間隔よりも著しく大きい値 を有しているからである。識別された基準マークである欠落部分の後、第３ｃ図 による矩形信号の最初の立下がり縁において同期がとられる。

第４図には、本発明による評価回路のブロック図が示されている。この場合、セ ンサにはやはり参照番号１４が付されており、これは前置抵抗１８を介していわ ゆる内部回路１９と接続されている。この内部回路１９は、半波整流器を有する 設定調整可能な電流／電圧変換器２０．２つの比較器２１，２２、信号トリガお よび欠落部分準備処理用の論理回路２３、ピーク値変位整流器２４、電圧監視回 路２５、および増幅整合回路２６により構成されている。出力０１２７には、第 １図の信号Ｓ２に相応するディジタル出力信号が発生する。この実施例では欠落 部分準備処理に際して、欠落部分として構成された基準マークが識別される。

センサ１４から供給される信号Ｓ１は、著しく高いセンサ出力電圧を部分的に電 流に変換する前置抵抗１８を介して内部回路１９へ導かれる。この電流は、設定 調整可能な電流／を圧変換器として接続されている反転演算増幅器と半波整流器 の仮想測定点へ流れる。

半波整流器を有する設定調整可能な上記の電流／電圧変換器２０の出力側に、負 のセンサ信号の直線的な写像が生じる。この信号はピーク値変位整流器２４にお いて整流されて記憶される。この信号が過度に大きいかまたは過度に小さければ 、電圧監視回路２５によりトリガされて増幅整合回路２６において、電流／電圧 変換器の相応の整合ならびにピーク値変位整流器２４に記憶されでいるピーク値 の適合調整が行われる。

信号トリガおよび欠落部分準備処理用の論理回路２３は両方の比較器２１および ２２とともに、本発明による回路機能の実際の中心を成すものである。第５図に はこの論理回路２３が詳細に示されている。この場合、ブロック２８によりアッ プ／ダウンカウンタ２８が表されており、さらにＲ３フリップフロップ２９なら びにＲＳフリップフロップ３０が示されている。

比較器２１は、センサ信号が正であるか負でおるかを表す。比較器２２は、セン サ信号が直前のパルス振幅の５０％の振幅に達したことを検出する。これら両方 の情報は、信号トリガおよび欠落部分準備処理用の論理回路２３へ転送される。

この場合、比較器２２の出力信号はアップ／ダウンカウンタ２８へもＲＳフリッ プフロップ３０へも到達する。零点通過を識別できる比較器２１の出力信号はＲ Ｓフリップフロップ２９へのみ到達し、このフリップフロップ２９の出力信号は ＲＳフリップフロップ３０の第２の入力側へ到達する。

比較器２１および２２から供給される両方の信号を用いることにより、トリガ用 の論理回路は信号および欠落部分の後続処理ならびに準備処理を実行する。その 際、アップ／ダウンカウンタ２８により高レベルパルスないし論理値１のトリガ が可能になる。ＲＳフリップフロップ３０により、低レベルパルスないし論理値 ０，０トリガが行われる。トリガ信号はＲＳフリップフロップ２９において後続 処理され、論理信号０または１により条件づけられたトリガによって、障害パル スピークないしノイズの抑圧が可能になる。

アップ／ダウンカウンタ２８ならびにフリップフロップ２９．３０は、制御装置 におけるコンピュータ内部の適切な手段により実現できる。

≧ ＝ピ　Ｏつ ＦＩ１３．４ ＦＩＧ、５

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．正と負の半波を有する正弦波信号（Ｓ１）から矩形信号（Ｓ２）を形成する 装置において、正弦波信号（Ｓ１）の零点通過（Ｎ）ごとに、正のレベルから負 のレベルへの移行または負のレベルから正のレベルへの遷移が生じたか否かが検 査され、矩形信号（Ｓ２）のレベル変化が前記正弦波信号（Ｓ１）の零点通過（ Ｎ）ごとに行われ、零点通過に続く前記信号（Ｓ１）の負の半波が所定の間値（ ＳＷ５）を下回ったか否かが検査されることを特徴とする、 正と負の半波を有する正弦波信号から矩形信号を形成する装置。
2. ２．前記間値（ＳＷ５）は正弦波信号（Ｓ１）の先行の最大値の約５０％である 、請求項１記載の装置。
3. ３．少なくとも１つの特異性を有する正弦波信号（Ｓ１）の場合において、該特 異性は、信号（Ｓ２）の所定の信号側縁間の持続時間を求めることにより識別さ れる、請求項１または２記載の装置。
4. ４．前記正弦波信号（Ｓ１）は磁気センサの出力信号であり、該磁気センサは、 複数の同形式のマーク（１１）と少なくとも１つのマーク欠落部分（１２）の設 けられた回転部材を走査し、前記マーク欠落部分（１２）の領域により特異性が 生じこれにより基準マークが表される、請求項１〜４のいずれか１項記載の装置 。
5. ５．前記回転部材は、シャフトたとえば内燃機関のクランクシャフトまたはカム シャフトと結合された発信器ディスクである、請求項１〜４のいずれか１項記載 の装置。
6. ６．信号準備処理回路が設けられており、該信号準備処理回路へ前置抵抗を介し てセンサの信号が供給され、該信号準備処理回路の出力側にディジタル形式の出 力信号が発生する、請求項１〜５のいずれか１項記載の装置。
7. ７．前記準備処理回路は、信号トリガおよび欠落部分準備処理用の論理回路を有 し、該論理回路は少なくとも１つのアップ／ダウンカウンタと２つのＲＳフリッ プフロップを有し、該論理回路へ２つの比較器からの出力信号が供給され、一方 の比較器は正弦波信号の零点通過において応動し、他方の比較器は閾値を下回っ たときに応動ずる、請求項５記載の装置。