JPH09510018A

JPH09510018A - 回転するシャフトの角位置を検出するための方法および装置

Info

Publication number: JPH09510018A
Application number: JP8519504A
Authority: JP
Inventors: パーペ，ペーター
Original assignee: アーベー・エレクトロニーク・ゲー・エム・ベー・ハー
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1997-10-07
Also published as: EP0745212A1; DE59505913D1; DE4445378A1; WO1996019712A1; US5796247A; EP0745212B1

Abstract

(57)【要約】静止状態から始まって、最高許容公称回転数まで、回転するシャフトの角位置を検出するために、及び、歯のフランクに正確に対応して生成された方形パルス列の曲線の場合の妨害パルスを抑制するために、ホール・セル（１）によって検知された磁束密度の信号を、休止出力ユニット（２）の中で敷居値信号（ＤＣ−ＴＨ）と比較して、休止出力信号（ＡＳ’’）を生成する。更に、第１のホール・セル（１）によって検知された磁束密度の推移を、別のホール・セル（１）によって検知された磁束密度の推移と比較し、そこから、窓信号ユニット（５）の中で、ほぼ方形パルス長と同一である周期持続時間を持つ一連のパルスで構成される窓信号（ＦＳ）を生成する。第１のパルスの立ち下がりフランクと、次に続くパルスの立ち下がりフランクから、静止出力信号（ＡＳ’）を生成する。動的選択回路（３）の中で生成され、ホール・セル（１）と結合された休止出力信号（ＡＳ’’）、静止出力信号（ＡＳ’）、窓信号（ＦＳ）、及び方形パルス列（ＡＳＲ）は、出力回路（６）に入力される。

Description

【発明の詳細な説明】回転するシャフトの角位置を検出するための方法および装置本発明は、回転するシャフトの角位置を検出するための方法および装置に関する。その際、適切なホール・セルのホール・センサをシャフトに接続されたパルス・ホイールの前に配置する；パルス・ホイールは、立ち上がり及び立ち下がり歯フランクを有する少なくとも１つの歯と、少なくとも１つの歯間隙間を備えている。ホール・セルは、パルス・ホイールによって生成された磁束密度の時間的推移を検知して、ホール電圧信号を送出する。ホール電圧信号は、出力回路の中で微分された信号に変換される；そこから、方形パルス列が生成される。回転するシャフトの位置を検出するための方法および装置は、古い時期の本出願人の特許出願（ＤＥ４３４３１９８）で提案されている。割り当てられた磁石を有するホール・センサの前で、歯を備えたパルス・ホイールが角速度ｗで動かされる。ホール・センサによって、パルス・ホイールを通る磁束密度Ｂの時間的推移が、ホール電圧の推移として検知される。動的評価回路では、検知された信号が微分され、転回点認識回路の中で、微分された信号から動的出力信号が生成され、この信号は、パルス・ホイールの歯をある程度形取っている。パルス・ホイールが時間単位当たりの特定の回転数に達したとき、上述の出力回路によってのみ測定信号が出力される、という点が不利である。その最小回転数の下、あるいは、ホイールの静止状態に相当するゼロ回転数の場合には、角位置を確認することができない。それに加えて、測定結果のエラーにつながる妨害が出力信号に重畳されることがあるという危険性を生じる。更に、ドイツ特許公開公報ＤＥ４２０９２１２Ａ１から、永久磁石を備えた回転するパルス・ホイールの領域に、２つのホール・センサを有する差動ホール・センサ回路を配置する、ということが知られている。特別に分割することによって、回転する歯車は、両方のホール・センサに位相移動した信号を発生する。そうすることによって、歯車の位置を求めるために、２つの歯をスキャニングしなければならない。これにより、同様に比較的高いパルス・ホイールの速度が必要である。従って、静止状態から始まり、最高許容公称回転数までシャフトの位置を検出することを可能にするとともに、体系的に、妨害パルスを抑制できるようにして、回転するシャフトの角位置を検出するための方法および装置を示すという課題が生じる。本発明に基づき、次のような方法で、この課題が解決される。つまり、 −シャフトが接続されたパルス・ホイールの前に、ホール・センサを配置すること、 −パルス・ホイールが、立ち上がり及び立ち下がり歯フランクを持つ少なくとも１つの歯と、少なくとも１つの歯間隙間を備えること、 −ホール・セルの中のホール・センサが、パルス・ホイールによって生成された磁束密度Ｂの時間的推移を検知し、ホール電圧信号として出力すること、 −出力回路の中のホール電圧信号が、微分信号に変換され、そこから方形パルス列が生成されること、及び、次のような別のステップを用いる。つまり、 −ホール電圧信号を敷居値信号と比較し、休止出力信号を形成すること、 −ホール電圧信号を微分して、微分信号ｄＵＨ／ｄｔ＝ＤＦとすること、 −次のような規定に従って、比較信号ＤＦを用いて、窓信号を生成すること：ＤＦがゼロに等しくない場合、ＦＳ＝１、ＤＦがゼロに等しい場合、ＦＳ＝０、 −回転数ｎ＝０Ｕ／ｍｉｎ（シャフトの休止）の場合に、休止出力信号から位置出力信号を生成するということ、 −窓信号ＦＳと休止出力信号から、回転数がモード変化回転数以下である場合に、 −及び、回転数が方形パルス列からのモード変化回転数以上である場合に、位置出力信号を形成するということ、 −その際、モード変化回転数が、１Ｕ／ｍｉｎ以上であり、特に２０Ｕ／ｍｉｎである。本発明で目的とする利点は、特に、例えば、１５００Ｕ／ｍｉｎ、３０００Ｕ／ｍｉｎ、１００００Ｕ／ｍｉｎといった低回転数から最高回転数までの場合に、停止したシャフトの位置を確認できることである。０から始まるシャフトの正確な角位置を確認することによって、例えば、始動と、引き続いて、高回転で、個別のシリンダーに対するガソリンの噴射を正確に制御することができる。そうすることによって、燃料を節約することができる。動的出力信号は、部分パルス長さ及び部分パルス隙間を有する重畳した方形パルスから構成されるので、測定信号に重なることがある妨害を抑制できる。最新技術から知られている方法によって、また、１つあるいは複数の、例えば、２つのホール・センサを用いて、方形パルス列を生成することができる。この方法は、基本的に１つのホール・センサを用いて動作することができる。しかしながら、ホール・センサは、今日の技術水準に従って、限定されたダイナミックレンジを使用できるので、それぞれ、支配的な回転数に応じて作動される複数のホール・センサを用いることを提案する。代替的に、少なくとも２つのホール・センサによって、２つのホール電圧信号を生成し、微分信号の代わりに、その信号差を使用することができる。特に、窓信号のレベルは、パルス半幅を持つことができ、そのパルス半幅は上、あるいは、下に向かって０．１〜１０％、特に、３％だけ、それぞれの方形パルスの過渡レベル（ＵｅｂｅｒｇａｎｇｄｅｒＰｅｇｅｌ）からずれる。そうすることによって、一方では、方形パルスの正確なコピーを、他方では、妨害のない動的出力信号を生成する。選択したパルス半幅によって、切り替え点の静的および動的出力信号との間のずれが発生することがある。こうした僅かな不正確さは、妨害がなく出力されたパルス信号の利点を相殺する。歯と歯間隙間の磁束密度のホール電圧の推移をグループ化するために、切り替え窓として、有利に敷居値信号を形成する。その場合、有利に、次のような実施バリエーションが可能である。即ち、固定窓によって、上部および下部電圧レベルを用いて敷居値信号を形成する。歯の最低電圧値が最高電圧レベルを、歯間隙間の最低電圧値が切り替え窓の最低電圧レベルを形成するように、測定の際に磁束密度のホール電圧曲線が位置を変える。別の可能性は、ホール電圧の推移が固定している場合に、歯と歯間隙間の磁束密度が歯の最低電圧値に、切り替え窓の最低電圧レベルが歯間隙間の最低電圧値に達するように、トリムした抵抗によって切り替え窓を調整することである。請求項７の前提部分および特徴部分から、回転するシャフトの角位置を検出するための装置が得られる。ここで結合された利点は、特に、窓信号ユニットと静止出力ユニットという形の２つの補助回路で動的出力回路を補完することによって、本装置の測定精度と用途の可能性を大幅に拡張することができる、ということにある。その際、個別の出力信号が対応して重畳、連続して、統一的な位置出力信号が出力されるように、窓信号ユニットは、出力回路を制御する。窓信号ユニットの第２の入力を、第２のホール・セルと接続することができる。更に、窓信号ユニットは、同様に有利に静的出力ユニットのタスクを引き受ける。これにより、極めて安定で一様な信号が出される。常に窓信号を生成することによって、同様に、窓パルス・ユニットのこの窓信号から、有利に静的出力信号を生成することができる。窓信号ユニットが窓回路と窓コンパレータの直列回路で構成され、その場合、第１と第２のホール・センサが、第１と第２の窓回路の入力と、そして、窓コンパレータの出力が、出力論理回路と結合されることが有利である。窓回路が、３重コンパレータ、及び合計論理回路で有利に構成され、その際、３重コンパレータの最初の回路に第１のホール・セル・ユニットを、第２の回路に第２のホール・セル・ユニットを、第３の回路に電源ユニットを接続し、その際、３重コンパレータの出力が、合計論理回路の３つの入力と結合されており、その出力が窓コンパレータと出力回路に配置されている。そうすることによって、窓信号、部分パルス長さ、あるいは、部分パルス隙間が形式通りに形成される。休止出力ユニットは、コンパレータとして形成することができる。コンパレータは、２つの入力量を比較する役割を果す装置である。そうすることによって、均一で正確に形成された出力信号を出力し、パルス・ホイールが停止している場合に、その信号が歯、あるいは、歯間隙間を正確に制限する、ということが保証される。もちろん、別に、匹敵する動作法で動作する装置を使用することもできる。下記では、図面を用いて実施例により本発明を詳細に説明する。図面は、次のことを示す：図１は、回転するシャフトの角位置を検出するための装置のブロック図；図２は、図１記載の装置の部分の基本回路図；図３は、図１記載の装置の転回点認識回路のブロック図；図４ａは、概略側面図で示した図１の装置のパルス・ホイール；図４ｂは、線ＶＩＩＢ−ＶＩＩＢに沿った図７ａのパルス・ホイールの断面図、及び；図５は、概略側面図で示した図１の装置のその他のパルス・ホイール；図６ａ及びｂは、図１に従った装置の切り替え状態の図；図７は、パルス・ホイールの場合に発生するホール電圧の推移に関する敷居値信号の切り替え窓の図；図８ａは、概略図の図１及び２の装置の休止出力ユニットに発生する信号推移形態の概観図；図８ｂは、概略図の図１〜３の装置の動的選択ユニットに発生する信号推移形態の概観図；図８ｃは、概略図の図１及び２の装置の窓ユニットと出力回路に発生する信号の推移形態の概観図；図８ｄは、図８ａに類似した信号の推移図。図１及び図２に基づく回転するシャフトの角位置を検出するための装置には、第１のホール・セル１と第２のホール・セル１１を備えたホール・センサが含まれる。ホール・セル１及び１１の前には、パルス・ホイール４が配置されている。その際、ホール・セル１及び１１には、磁束を検知するために必要とされるすべてのエレメント、とりわけ、ホール・エレメント、磁石、及びホール・エレメントのための対応する増幅器が含まれる。また、ホール・エレメントと磁石を離して配置するということも可能である。磁石は、永久磁石、特に、ホール・エレメントの１５０ｍＴの必要な最小磁束を保証するＳｍＣｏ−合金磁石である。磁気特性は、−１５〜＋２２０℃Cの温度範囲以上に指定されている。保磁磁界強度が大きいことによって、磁石は、自動車に発生する妨害磁界によっても消磁されない。磁石は、バリウム−チタン酸塩−フェライトといった他の磁石材料からも作成することができる。また、目的を定めて製作した電磁石を使用するという可能性を除外することはない。ホール・セル１には、動的出力回路３が接続されている。出力回路は、直列に接続された微分回路３．１及び転回点認識回路３．２で構成される。図３に示すように、転回点認識回路３．２の入力Ｅは、増幅器３．２．１の第１の入力、コンパレータ３．２．３の第１の入力、及びコンパレータ３．２．４の第１の入力に通じている。コンパレータ３．２．４の第２の入力は、アースにつながっている。増幅器３．２．１の出力、コンデンサＣ３を介してアースＧＮＤにつながったコンパレータ３．２．３の第２の入力、及びコンパレータ３．２．４の出力は、双方向ドライバー３．２．２と接続されている。双方向ドライバー３．２．２は、対応する２つのドライバー段３．２．２．１及び３．２．２．２で構成される。転回点認識回路３．２の中で、入力Ｅには、増幅器３．２．１の入力、コンパレータ３．２．３の入力、及びコンパレータ３．２．４の入力の結合点に接した測定点ＭＰ１、増幅器３．２．１の出力、ドライバー段３．２．２．１の出力、及びドライバー段３．２．２．２の入力の結合点に接した測定点ＭＰ２があり、その際、両方のドライバー段がコンパレータ３．２．４の出力に接続され、測定点ＭＰ３は、コンパレータ３．２．３の入力から、増幅器３．２．１、あるいは、コンデンサＣ３の入力に結合する結合点に接続されている。更に、図１又は図２に示すように、動的出力回路３に対して、休止出力ユニット２及び窓信号ユニット５が平行に配置されている。動的出力回路３と直列に、出力回路６が配置されている。後者の場合、決定論理回路６．１があり、それに出力ユニット６．２が追加接続されている。休止出力ユニット２は、コンパレータ２’として形成されており、その第１の入力で敷居値信号ＤＣ−ＴＨに、その第２の入力でホール・センサ１につながっている。コンパレータ２の出力は、決定論理回路６．１と結合されている。ホール・セル１、あるいは、１１の前で回転するパルス・ホイール４には、様々な実施形態がある。図４ａ及び４ｂに示すパルス・ホイール４．１は、単一の歯Ｚ１及び単一の歯間隙間ＺＬ１を有している。歯Ｚ１及び歯間隙間ＺＬ１は、それぞれ、ほぼ１８０°の幅を有している。歯Ｚ１は、立ち上がり歯フランクＺＦＡと立ち下がり歯フランクＺＦＦを備えている。図５には、特別に装備したパルス・ホイール４．２を示してあり、シャフト、特に、カムシャフトと接続されている。”ＯＴ”は、上死点を示している。パルス・ホイール４．２は、歯Ｚ１１、Ｚ１２、Ｚ１３、及びＺ１４を備えている。歯Ｚ１１、及びＺ１２は、同一に形成されており、３６０°の円周角の場合、ほぼ８°の幅を有している。それとは対照的に、同様に、同一に形成された歯Ｚ１３及ひＺ１４は、それぞれ６５°の幅を有している。歯Ｚ１１〜Ｚ１４の歯フランクは、次のように隔たっている。即ち、ａ）歯Ｚ１１の立ち上がり歯フランクＺＦＡは、立ち下がり歯フランクＺＦＦから８°の間隔を有している；ｂ）歯車Ｚ１１の立ち下がり歯フランクＺＦＦは、歯車Ｚ１４の立ち上がり歯フランクＺＦＡから、６０°の間隔を有している；ｃ）歯車Ｚ１４の立ち上がり歯フランクＺＦＡは、歯車Ｚ１４の立ち下がり歯フランクＺＦＦから、６５°の間隔を有している；ｄ）歯車Ｚ１４の立ち下がり歯フランクＺＦＦは、歯車Ｚ１３の立ち下がり歯フランクＺＦＡから、２０°の間隔を有している；ｅ）歯車Ｚ１３の立ち上がり歯フランクＺＦＡは、歯車Ｚ１３の立ち下がり歯フランクＺＦＡから、２０°の間隔を有している；ｆ）歯車Ｚ１３の立ち下がり歯フランクＺＦＦは、歯車Ｚ１２の立ち上がり歯フランクＺＦＡから、２０°の間隔を有している；ｇ）歯車Ｚ１２の立ち下がり歯フランクＺＦＡは、歯車Ｚ１２の立ち下がり歯フランクから、８°の間隔を有している；ｈ）歯車Ｚ１２の立ち下がり歯フランクは、歯車Ｚ１１の立ち上がり歯フランクから、１１４°の間隔を有している。コンパレータ２では、ホール・センサ１の測定値を敷居値信号ＤＣ−ＴＨと比較する。直流値で表現された敷居値信号ＤＣ−ＴＨは、上部および下部電圧レベルＵＨＦＨ及びＵＨＦＬによって制約される。図５に示すように、電圧レベルＵＨＦＨ及びＵＨＦＬは、電圧レベルによって制約される切り替え窓（Ｓｃｈａｌｔ−ｆｅｎｓｔｅｒ）ＳＦを形成する。図１〜４に示す部品およびその他のエレメントの機能を、下記に説明する。図４ａ及び４ｂに示すように、ホール・セル１及び１１の前で、パルス・ホイール４．１が回転する。時間単位で回転数が上昇した場合のパルス・ホイール４．１の展開を、図６ａに曲線４．１（ＩＲ）として示してある。パルス・ホイールが高速に回転すればするほど、歯と歯間隙間がホール・セルを通過する時間が短くなる。その際、既に述べたように、歯は、立ち上がり及び立ち下がり歯フランクＺＦＡ及びＺＦＦを備えている。コンパレータ２は、”休止エレメント”となっている。その中では、ホール・セル１の測定値が、敷居値信号ＤＣ−ＴＨと比較される。直流信号である敷居値信号ＤＣ−ＴＨは、上部および下部電圧レベルＵＨＺ及びＵＺＬによって制約される。図７に示すように、それは、最高歯間隙間−ホール電圧値ＵＨＺＬｍａｘ及び最低歯間隙間−ホール電圧値ＵＨＺＬｍｉｎによって制約される切り替え窓ＳＦを生成する。更に、図７には、歯−ホール電圧ＵＨＺ及び歯間隙間−ホール電圧ＵＨＺＬの推移を示してある。最低歯−ホール電圧レベルＵＨＺｍｉｎは、最高切り替え窓レベルＵＨＦＨを、最高歯間隙間−ホール電圧レベルＵＨＺｍａｘは、最中間の切り替え窓レベルＵＨＦＬを制約する。２つの方法で、両方のホール電圧の推移間の切り替え窓ＳＦの調整が可能である。即ち、ａ）トリム可能な抵抗を用いて、最低歯−ホール電圧値ＵＨＺｍｉｎと最高歯間隙間−ホール電圧値ＵＨＺｍａｘとの間にくるように、切り替え窓ＳＦを変位させる。その際、この両方のホール電圧曲線は変わらないままである。ｂ）敷居値信号ＤＣ−ＴＨの切り替え窓は、固定している。最低歯−ホール電圧値ＵＨＺｍｉｎが、最高切り替え窓電圧レベルＵＵＨＦＨ以上になり、最高歯間隙間−ホール電圧値ＵＵＨＺＬが、下位切り替え窓電圧レベルＵＨＦＬ以下になるように、ホール電圧曲線を変位させる。その際、コンパレータ２の出力に現れる信号ＡＳ’’は、図８ａに示すような形状を有する。送出された信号ＡＳ’’は、ほぼ１つの歯に対応する形状を有するということが明確である。ドイツ特許公報ＤＥ４３４３１９８に既に示されているように、動的出力回路３は、磁束密度Ｂが、歯フランクで最も速く変化する、という知識を使用する。従って、Ｂに関する次のような時間導関数は、Ｂ’（ｔ）＝ｄＢ／ｄｔ立ち上がり歯フランクＺＦＡに顕著な最大値を有しており、立ち下がり歯フランクＺＦＦに顕著な最小値を有している。ホール・セル１の前で回転するパルス・ホイール４．１は、立ち上がり及び立ち下がり歯フランクＺＦＡ及びＺＦＦを持つ歯Ｚを備えている。その際、特に図８ｂに示すように、ホール・セル１によって、磁束密度Ｂ（ｔ）の推移が導出される。Ｂ（ｔ）は、立ち上がり（左）及び立ち下がり（右）フランクを特徴としている。磁束密度Ｂ（ｔ）に対応する信号は、対応する増幅回路で増幅され、微分回路３．１に入力される。その際、信号Ｂ（ｔ）は、次のような微分された測定信号に変換される。ｄＢ／ｄｔ＝ＳＭＰ１測定信号ＳＭＰ１は、傾斜に特徴がある。つまり、最大傾斜の最高点はＳＭＰ１ｍａｘであり、最小点はＳＭＰ１ｍｉｎである。そのように変換され微分された測定信号ＳＭＰ１は、測定点ＭＰ１（図３を参照すること）の転回点認識回路３．２の入力Ｅに現れる。測定点ＭＰ２に方形測定信号ＳＭＰ２が現れるように、微分された測定信号ＳＭＰ１は、その傾斜ＳＭＰ１ｍａｘを用いて、双方向ドライバー３．２．２のドライバー段３．２．２．１及び３．２．２．２を制御する。ここで、方形測定信号ＭＰ２の立ち上がりフランクＳＭＰ２ｓｔは、微分された測定信号ＳＭＰ１の立ち上がりと重なる。同時に、コンデンサＣ３は、測定点ＭＰ３においてその最大値で充電される。微分された測定信号ＳＭＰ１の最小傾斜が開始されると、測定信号ＳＭＰ１が、方形測定信号ＳＭＰ２の立ち下がりフランクＳＭＰ２ｆ１を生成する。これにより、コンデンサＣ３が放電される。そうすることによって生成されたコンデンサＣ３の方形測定信号ＳＭＰ３は、波高値ＳＭＰ３ｓｃｈと基底値ＳＭＰ３ｓｏが特徴である。コンパレータ３．２．３の出力には、波高値に達した時に高レベルＡＳＨを持つ方形パルスＡＳＲが、基底値ＳＭＰ３ｓｏに達した時に低レベルＡＳＬを出力する。図８ｂから明らかなように、方形パルスＡＳＲは、歯Ｚの形状を複写する。その際、過渡（Ｕｅｂｅｒｇａｎｇ）ＵＢＧ１は、低レベルＡＳＬから高レベルＡＳＨまで歯フランクＺＦＡに対応しており、過渡ＵＢＧ２は、高レベルＡＳＨから低レベルＡＳＬまで歯Ｚの立ち下がり歯フランクに対応している。高レベル及び低レベルの連続によって、対応するパルス列ＡＳＲを生成することができる。図１及び２の窓信号ユニット５の機能は、次のようである。即ち、歯車４、４．１、あるいは、４．２が、ホール・セル１及び１１の前で回転する場合、特に図８ｃに示すように、立ち上がり及び立ち下がり歯フランクＺＦＡ及びＺＦＦを持つ歯Ｚのコピーから、磁束Ｂ１（ｔ）及びＢ１１（ｔ）を検知する。磁束密度の数位Ｂ１（ｔ）及びＢ１１（ｔ）に対応する信号が増幅され、互いに比較される、つまり、差が生成され、比較信号ｄｆが生成される。そこから、パルスＦＳ１及びＦＳ２を有する窓信号ＦＳが生成される。その際、そのレベル幅ＴＢ１、あるいは、ＴＢ２が、２つの同じ半分ＴＨＢ１及びＴＨＢ２に分割されるように、パルスＦＳ１及びＦＳ２が、動的評価回路３の方形パルス信号ＡＳＲの過渡ＵＢＧ１及びＵＢＧ２の上に位置する。レベル半幅ＴＨＢ１、あるいは、ＴＨＢ２は、ほぼ３°の幅に相当している。窓信号ＦＳは、方形パルスＡＳＲの方形パルス長ＡＳＴ（歯のコピー）に対応する期間持続時間Ｔを有している。３倍コンパレータ５．１．１及び合計論理回路５．１．２を用いて、パルスＦＳ１の立ち下がりフランクＦＳ１Ｆから、パルスＦＳ２の立ち下がりフランクＦＳ２Ｆまで達し、静止出力信号ＡＳ’を生成するパルス長が形成される。その際、こうした静止出力信号は、同時に歯Ｚをコピーし、とりわけ、既に述べた位相移動ＴＨＢ＝３°を有している。決定論理回路６．１では、窓信号ＦＳと方形パルス信号ＡＳＲが互いに比較される。パルス・ホイール４．１の特定の回転数まで方形パルス信号ＡＳＲが存在しない場合、静止出力信号ＡＳ’に進む。特定の回転数から方形信号ＡＳＲが現れたら、決定論理回路６．１の窓信号ＦＳと結合され、決定論理回路６．１によって、部分パルス長ＡＳＦが生成され、このパルス長は、パルスＦＳ１の立ち下がりフランクＦＳ１Ｆから、パルスＦＳ２の立ち上がりフランクＦＳ２Ａまで達する。同様に、部分パルス隙間長ＡＳＧが生成される（図８ｃを参照すること）。方形パルスＡＳＲで構成されるパルス列は、部分パルス長ＡＳＦ及び部分パルス隙間長ＡＳＧと結合され、妨害に敏感なダイナミック信号として、位置出力信号ＡＳＩがが出力される。発生した妨害パルスＳＴＯを検知、あるいは、発生した際、位置出力信号の品質が落ちることはない。前述から明らかなような本発明にかかる装置の動作法を説明する。つまり、図４ａ及び４ｂに従ったホール・セル１及び１１の前で回転するパルス・ホイール４．１は、静止から始まって、その公称回転数まで、図４ａの曲線ＩＲに対応する進展を示す。この進展は、ほぼ出力信号ユニット６．２から送出される位置出力信号ＡＳＩの信号列に対応している。その際、本発明にかかる装置は、次のような分岐（Ｚｗｅｉｇｅ）を示す。即ち、Ａ）休止分岐ホール・セル１、及びコンパレータ２によって表現される。図６ａに従って、始動モードＡＭで動作し、休止信号ＡＳ’’を出力する。Ｂ）静止分岐両方のホール・セル１及び１１及び窓回路５によって表現される。つまり、図４ａに従った休止モードＳＭで、静止出力信号ＡＳ’を出力する。Ｃ）動的分岐ホール・セル１及び動的出力回路３の共同回路で構成され、図４ａに従って、ダイナミック・モードＤＭで、出力信号ＡＳＲを出力する。Ｄ）妨害パルス抑制分岐ホール・セル１及び１１、窓回路５、及び出力回路６で構成され、位置出力信号ＡＳＩ出力する。始動モードＡＭ増幅されて、温度補償されたホール信号が、コンパレータ２に導かれ、既に述べたように、この接続点は、敷居値信号ＤＣ−ＴＨで示される、外部から調整した接続点と比較される。流れ（歯）が大きい場合、出力が接続される（低レベル）。そのように生成された休止出力信号ＡＳ’’は、決定論理回路６．１に供給され、そこから、窓信号が存在しないこと、及び頂点パルスＡＳＲが存在しないことによって、出力ユニット６．２を介して、位置出力信号ＡＳＩの初期信号として出力される。高められているが、比較的回転数が低いモードＳＭ歯車４．１の公称回転数ｎが高まった場合、既に述べた方法で、窓信号ＦＳが、一連のパルスＦＳ０１、ＦＳ０２、ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、及びＦＳ４として生成される（図６ｂを参照すること）。その場合、図８ｃを用いて説明した静止出力信号ＡＳ’が生成される。この信号は、決定論理回路６．１に現れる。窓信号ＦＳが存在する場合には、更に、方形出力信号ＡＳＲが存在しない場合に、休止出力信号ＡＳ’’の代わりに、出力ユニット６．２を介して、位置出力信号ＡＳＩとして静止出力信号ＡＳ’を出力しなければならない、ということが決定される。パルス・ホイールの公称回転数ｎまで高めた後で、説明したパルス列、ＦＳ０１、．．．で窓信号ＦＳが生成されるように、窓回路５が切り替えられる。この場合、コンパレータ２は、休止出力信号ＡＳ’’に後に、出力ユニット６．２を介して位置出力信号ＡＳＩとして静止出力信号ＡＳ’を出力する。ダイナミック・モードＤＭ（高速動作）両方のホール・セル１及び１１を用いて、それぞれ、歯フランクＺＦＡ及びＺＦＦで、部分パルス長ＡＳＦと部分パルス隙間ＡＳＧで形成される切り替え窓が開かれる。動的出力回路の方形信号は、そうした窓の中で更に出力に導かれる。窓の中に方形パルス信号ＡＳＲが存在する場合は、決定論理回路６．１が、出力回路６に切り替わる。この機能には、パルス・ホイール、あるいは、電磁放射によって発生した望ましくない妨害信号ＳＴＯが防止され、他方では、動作＞０Ｕ／ｍｉｎが可能になる、という利点がある。連続したばらつきを避け、対称的な切り替えを保証するために、機能モジュール基板を取り付けて、窓信号ユニット５（図８ｃ、信号ＤＦを参照すること）の頂点をバランスさせる。集積回路（ＩＣ）を取り付け、製造する場合、並びに、磁石が不均一であることによって、窓信号ユニット５が早まって、あるいは、遅延して切り替わることがある。対称的な窓信号ＦＳを得るために、窓回路５．１の中のトリム可能な抵抗によって、取り付けた装置の偏りを補償する。窓信号ユニット５によって条件付けられて、取り付けの際にパルス・ホイールの通過方向に注意しなければならない。ほぼ２０Ｕ／ｍｉｎのモード変化回転数ｎｍの上で、妨害が発生し易い方形パルスＡＳＲで構成されるパルス列が、部分パルス長ＡＳＦ、あるいは、部分パルス隙間長ＡＳＧと結合され、位置出力信号ＡＳＩとして妨害に敏感な動的信号が出力される。図５のものにほぼ対応するパルス・ホイール４．２を使用する場合、図８ｄに示したようなパルス列が発生する。見て明らかなように、位置出力信号ＡＳＩは、パルス・ホイール４．２を正確に複写している。特に、ガソリン駆動エンジンのピストンの位置を求めるために、本発明にかかる装置を使用する。図４ａ及び４ｂには、ピストンＫ１、Ｋ２、Ｋ３、及びＫ４の可能な位置を示してある。既に休止状態で、装置は、ピストンＫ１、．．．がいずれの位置にあるかを確認することができる。歯Ｚ１及び歯フランクＺＬ１は、制御電子回路で、ピストンＫ１及びＫ２、あるいは、Ｋ３及びＫ４の位置を順送りして、それを用いて、例えば、ピストンＫ１及びＫ２の燃料噴射だけを行う。その際、ピストンＫ１及びＫ２は、始動モーメントのために大きい力を加えるピストンである。こうした処置によって、目標を定めて燃料が節約される。エンジンを更に駆動しても、個別のピストンＫ１、．．．の位置をそれぞれ検知し、回転数が高くても、妨害がなく、最も正確に検知され、それぞれ対応するピストンＫ１、．．．にガソリンが噴射されるので、最大の動力が保証される。回転数がモード変更回転数ｎ’以上である場合、０．３〜２．１ｍｍの動作間隔および −４００°〜１５００°の温度範囲において、±０．５°の精度で、歯フランクの位置を検知することができる。分解能は、歯の分割に依存しているが、歯Ｚの数が増えるに連れて改善される。この装置は、その歯モジュールが２以上のパルス・ホイール（ＩＲ）に使用することができる。

Claims

【特許請求の範囲】１．回転するシャフトの角位置を検出する方法において、 −ホール・セル（１；１１）を有するホール・センサが、シャフトと結合されたパルス・ホイール（４；４．１；４．２）の前に配置されており、 −パルス・ホイールが、立ち上がり及び立ち下がりフランク（ＺＦＡ、ＺＦＦ）を備えた少なくとも１つの歯（Ｚ１；Ｚ１１、．．．Ｚ１４）と、少なくとも歯間隙間（ＺＬ１；ＺＬ１１、．．．、ＺＬ１４）を装備しており、 −ホール・セル（１、１１）が、パルス・ホイール（４、４．１、４．２）によって生成された磁束密度（Ｂ）の時間的推移を検出して、ホール電圧信号（ＵＨ）として出力し、 −ホール電圧信号（ＵＨ）が、出力回路（３）の中で、微分信号（ＳＭＰ）に変換され、そこから、方形パルス列（ＡＳＲ）が生成されるものにおいて、次のような手順ステップを用いる方法： −ホール電圧信号を敷居値信号（ＤＣ−ＴＨ）と比較し、休止出力信号（ＡＳ’’）を形成し、 −時間ｔの後に、信号（ＵＨ）を微分して、微分信号（ＤＦ）とし、ＤＦ＝ｄＵＨ／ｄｔ −次の規定に従って、比較信号ＤＦを用いて、窓信号ＦＳを形成し：ＤＦがゼロに等しくない場合、ＦＳ＝１ＤＦがゼロに等しい場合、ＦＳ＝０ −回転数ｎ＝０Ｕ／ｍｉｎ（シャフトの休止）の場合に、休止出力信号（ＡＳ’’）から位置出力信号（ＡＳＩ）を生成し、 −回転数がモード変化−回転数（ｎ’）以下である場合には、窓信号（ＦＳ）及び休止出力信号（ＡＳ’’）から、 −及び、回転数（ｎ）がモード変化−回転数（ｎ’）以上である場合には、方形パルス列（ＡＳＲ）から、位置出力信号（ＡＳＩ）、を生成し； −その際、モード変化−回転数（ｎ’）が１Ｕ／ｍｉｎ以上であり、特に２０Ｕ／ｍｉｎである。２．ホール・センサが、それぞれ、支配的な回転数（ｎ）に応じて起動される複数のホール・セルを装着していることを特徴とする請求項１記載の方法。３．少なくとも２つのホール・セル（１、１１）から、２つのホール電圧信号（ＵＨ１、ＵＨ１１）が生成され、微分信号（ＤＦ）の代わりに、その信号差が使用されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。４．レベル１（ＦＳ１、ＦＳ２）が、それぞれの方形パルス（ＡＳＲ）のレベル（ＡＦＬ、ＡＳＨ）の過渡（ＵＢＧ１、ＵＢＧ２）からほぼ±０．１〜１０％、特に、３％ずれているパルス半幅（ＴＨＴＢ１、ＴＨＴＢ２）を有していることを特徴とする請求項１記載の方法。５．歯（Ｚ１；Ｚ１１、．．．、Ｚ１４）の最低ホール電圧値（ＵＨＺｍｉｎ）が、最高電圧レベル（ＵＨＦＨ）を、歯間隙間（ＺＬ１；ＺＬ１１、．．．、ＺＬ１４）の最高ホール電圧値（ＵＨＺｍａｘ）が切り替え窓（ＳＦ）の最低電圧レベル（ＵＨＦＬ）を形成するように、歯（Ｚ１、Ｚ１１、．．．、Ｚ１４）及び歯間隙間（ＺＬ１；ＺＬ１１、．．．、ＺＬ１４）の磁束密度（Ｂ１）のホール電圧推移が調整される、固定切り替え窓（ＳＦ）によって、敷居値信号（ＤＣ−ＴＨ）が、生成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１記載の方法。６．歯（Ｚ１；Ｚ１１、．．．、Ｚ１４）の磁束密度（Ｂ１）、のホール電圧の推移が固定している場合に、最高電圧レベル（ＵＨＦＨ）が歯（Ｚ１；Ｚ１１、．．．、Ｚ１４）の最低電圧値（ＵＨＺｍｉｎ）に、切り替え窓（ＳＦ）の最低電圧レベル（ＵＨＦＬ）が歯間隙間（ＺＬ１；ＺＬ１１、．．．、ＺＬ１４）の最低電圧値（ＵＨＺｍａｘ）に導かれるように、敷居値信号（ＤＣ−ＴＨ）の切り替え窓（ＳＦ）が、トリム抵抗によって調整されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１記載の方法。７． −シャフトに結合され、１つの立ち上がり及び１つの立ち下がり歯フランク（ＺＦＡ、ＺＦＦ）を有する少なくとも１つの歯（Ｚ１；Ｚ１１、．．．、Ｚ１４）と、歯間隙間（ＺＬ１；ＺＬ１１、．．．、ＺＬ１４）とを備えたパルス・ホイール（４、４．１、４．２）と、 −その前にパルス・ホイール（４、４．１、４．２）が回転可能に配置された少なくとも１つのホール・セル（１、１１）を備えたホール・センサ・ユニットと、 −少なくとも１つのホール・セル（１）と結合された動的選択回路（３）とを備える、回転するシャフトの角位置を検出するための装置において、動的選択回路（３）に対して、窓信号ユニット（５）及び休止出力ユニット（２）が並列に接続され、それに、出力回路（６）が追加配置されており、その際、第１のホール・セル（１）が、窓信号ユニット（５）の第１の入力と接続されていて、その出力が、出力回路（６）に配列されており、その際、休止出力ユニット（２）が、第１の入力で敷居値信号（ＤＣ−ＴＨ）を受け、第１のホール・セル（１）の第２の入力と接触し、その出力で、出力回路（６）と結合されているとともに、動的出力回路（３）の出力が、出力回路（６）に配列されている、ことを特徴とする装置。８．第２のホール・セル（１１）が、窓信号ユニット（５）の第２の入力に配置されていることを特徴とする請求項７記載の装置。９．窓信号ユニット（５）が、同様に静的出力ユニットでもあることを特徴とする請求項７又は８記載の装置。１０．窓信号ユニット（５）が、窓信号回路（５．１）と窓コンパレータ（５．２）との直列回路で構成されているとともに、第１のホール・センサ・ユニット（１）が第１の入力に、第２のホール・センサ・ユニット（１１）が窓回路（５．１）の第２の入力に接続され、窓コンパレータ（５．２）の出力が出力回路（６）と接続されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１記載の装置。１１．窓回路（５．１）が、３重コンパレータ（５．１．１）及び合計論理回路（１．２）で構成されているとともに、３重コンパレータの最初のコンパレータには第１のホール・センサ・ユニット（１）が、第２のコンパレータには第２のホール・センサ・ユニット（１１）が、そして、第３のコンパレータには電源（７）が接続されており、その際、３重コンパレータ（５．１．１）の出力が、合計論理回路（５．１．２）の入力と結合されており、その出力が、窓コンパレータ（５．２）と出力回路（６）に配置されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１記載の装置。１２．出力回路（６）が、決定論理回路（６．１）と後に配置された出力ユニット（６．２）で構成されているとともに、決定論理回路（６．１）の第１の入力が、窓回路（５．２）の出力回路と、第２の入力が、動的選択回路（３）の出力と、そして、第３の入力が、休止出力ユニット（２）の出力と接続されており、その際、位置出力信号（ＡＳＩ）が出力ユニット（６．２）の出力に現れることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１記載の装置。１３．休止出力ユニットがコンパレータ（２）であることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１記載の装置。