JPH11508698A - センサ出力信号における切換点を設定するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、センサ（１）とセンサ（１）の出力回路（３）のなかに位置している切換点を設定するための較正回路とを有する自己較正するセンサ装置に関する。較正回路はオフセット‐Ｄ‐Ａ変換器（５）により出力回路（３）のなかのオフセットを、切換点が参照値と合致するように設定する。オフセット‐Ｄ‐Ａ変換器（５）は較正論理回路（６）を介して駆動されている。

Description

【発明の詳細な説明】 センサ出力信号における切換点を設定するための方法 本発明は、センサの出力信号の信号ピークの間の任意の固定的な比において、 センサ装置により駆動されるシステムの切換点を設定するための方法に関する。 回転する部分の運動および位置状態を検出するためには、周知のようにセンサ が使用される。その例は自動車のクランク軸‐、カム軸‐、ギア‐およびＡＢＳ ‐センサである。 このようなセンサとして、好ましくは、磁界の変化を走査するホール‐センサ が使用される。そのために、磁界を発生するため、たとえば永久磁石が位置固定 の部分に取付けられる。この磁界は次いで、回転する部分に取付けられている歯 車または他の強磁性発信器により、位置に応じて変調される。ホール‐センサは 、その際に好ましくは永久磁石と歯車または発信器との間に位置しており、こう して磁界の変動を検出し得る。たとえば歯車の歯が磁界のなかに位置していると 、“高い”出力信号が供給され、他方において歯の間の隙間は“低い”出力信号 を生ずる。この仕方でホール‐センサから出力される信号から回転する部分の位 置が推定され得る。 センサから供給される信号は、センサが使用される動作条件により著しく影響 される。これらの動作条件は動作温度または空隙の大きさなどのような不可避の 計測不能性を含んでいる。動作条件により惹起される変動にもかかわらず、セン サは可能なかぎり良好に定義された出力信号を供給するべきであろう。すなわち 、出力信号は動作条件により惹起される変動に無関係に良好に定義された経過を 有するべきであろう。その理由は下記のとおりである： センサ装置がたとえば正弦波状の信号を供給すると、センサの出力信号に関係 するシステムのなかの切換過程がこの信号の零通過において行われるとき、セン サ装置により駆動されるシステムの良好に定義された特性が得られる。すなわち 、これらの零通過はそれぞれの信号振幅に無関係であり、さらに大きいエッジ急 峻度を有する。 もちろんセンサの出力信号の他の信号形態の際には、場合によっては、零通過 または信号中心としての他の切換点も有利であり得る。 センサを介して制御されるシステムを切換えるためこのセンサの出力信号を評 価する際には、切換点がセンサの出力信号の信号振幅に無関係に守られるべきで あろう。このことは非常にゆっくりした信号に対してさえも当てはまる。 ＶＤＩ報告１２８７、１９９６、第５８３〜６１１頁、“ホール効果式歯車セ ンサの新世代：ＢＩＭｏｓテクノロジーおよび新しいパッケージング法の結合に よる利点”には、最初にセンサの出力信号の振幅が場合によってはアナログ‐デ ィジタル（Ａ‐Ｄ）変換器を用いて正規化されるセンサ装置が説明されている。 次いで２つの別のＡ‐ＤおよびＤ‐Ａ変換器を用いて信号ピーク値が検出される 。ここから次いで切換しきい値が導き出され、確定される。この仕方で最終的に 、本質的に温度変動および空隙の幅に無関係なシステム特性が達成され得る。し かし、このセンサ装置に対して必要な費用は、利得整合および多数のＡ‐Ｄ変換 器が必要とされるので、比較的大きい。 ドイツ特許第32 01 811 A1号明細書には回転数、角度、位置などを検出するた めの装置が説明されている。その際にセンサの信号が、振幅および（または）振 幅変動を監視する切換手段に導かれる。そのために振幅がピーク値計により検出 され、しきい値段に供給される。これは信号振幅の変動に対する許容される範囲 をマークする。この範囲が守られないと、センサの信号はスイッチオフされるの で、誤った信号が出力されないことが保証される。この方法によれば、センサか ら出力された信号は補正されない。すなわち、出力信号へのしきい値段の帰還作 用は行われない。換言すれば、出力信号は受動的にのみ監視される。 従って、本発明の課題は、わずかな費用で、センサの出力信号を介して駆動さ れるシステムの切換過程が、センサの出力信号の選択された点で確実に行う方法 を提供することである。特に切換点は出力信号の振幅に無関係に守られなければ ならない。 この課題は、本発明によれば、請求項１に記載されている方法過程により解決 される。 本方法を実施するためには、出力回路内のオフセットがオフセット‐Ｄ‐Ａ変 換器により設定され、他方において電流分割器および電流ミラーから成る検出器 回路によりセンサの出力信号の信号ピークが検出され、また抵抗により前もって 決定された切換点が設定される。 それにより前もって決定された切換点は出力信号の振幅に無関係に、従ってま たたとえば空隙の幅に無関係に一定にとどまる。 オフセット-Ｄ-Ａ変換器と検出器回路との間に、一方では電流分割器および電 流ミラーの出力信号を、また他方ではセンサの出力信号を供給されるコンパレー タにより駆動される較正論理回路が位置している。 好ましくは、正弦波状の出力信号の際の切換点は、出力信号の零通過に設定さ れる。この方法バリエーションは、切換点におけるエッジ急峻度が大きいと言う 利点を有する。 本発明による方法は非常に簡単であり、その際にたとえばＰＧＡのような追加 的な中間接続される切換手段により生ずるような追加的な誤り源は排除されてい る。 以下、図面により本発明を一層詳細に説明する。 図１は自己較正するセンサ装置のブロック回路図、 図２は本発明による方法の機能の仕方を説明するための概要図である。 図１を参照すると、ホール‐センサ１は増幅器２を介して出力信号を出力回路 ３に供給する。この出力回路のなかには、出力信号としての電流出力を電圧に変 換する抵抗Ｒ１がおかれている。 もちろん、出力信号としての電圧出力が電圧加算増幅器に供給される他の形態 の回路も可能である。 ノイズ抑制のために好ましくはヒステリシスを有するものとして構成されてい る第１のコンパレータＫ１を介して、最後に出力信号が出力端子４に出力される 。 特に較正論理回路６により駆動されているオフセット‐Ｄ‐Ａ変換器６から成 る較正装置を用いて、増幅器２の出力信号のオフセットまたはずれが、予め決定 された切換点が正確に参照電圧、たとえば接地、に位置するように設定される。 この予め決定された切換点、すなわちたとえば冒頭に説明されたような信号中心 は、抵抗Ｒ２およびＲ３から成る電圧分割器を用いて設定される。それによって 、 切換点が信号振幅または空隙の幅に無関係に一定にとどまることが保証されてい る。出力回路３の回路構成は非常に簡単であり、従ってたとえばノイズまたは信 号ひずみを惹起する追加的な誤り源はほとんど排除されている。 ホール‐センサ１または増幅器２の出力信号は、出力回路３のなかの導線７を 経て取り出され、コンパレータＫ２およびＫ３の入力端に供給される。これらの コンパレータの他方の入力端には、電圧ｒｅｆ＋およびｒｅｆ−が、電流分割器 および電流ミラー８から成るトランジスタ補助回路から与えられている。従って 抵抗Ｒ２およびＲ３には等しい電流が供給される。次いで抵抗Ｒ２およびＲ３の 抵抗値の比により、基準電位が電圧ｒｅｆ＋とｒｅｆ−との間の任意の比におい て設定され得る。すなわちたとえば抵抗Ｒ２およびＲ３の抵抗値ならびにそこに それぞれ流れる電流１２および１３が等しい大きさであれば、電圧ｒｅｆ＋とｒ ｅｆ−は基準電位、いまの場合には接地電位、の上下に対称に位置している。す なわちこの場合、切換点は信号中心に位置している。 たとえば抵抗Ｒ２およびＲ３の抵抗値に対して関係式Ｒ２＝２×Ｒ３およびＩ ２＝Ｉ３が成り立つならば、電圧ｒｅｆ＋の基準電位からの間隔は、電圧ｒｅｆ −の基準電位からの間隔の２倍である。この場合、切換点は信号スパンの１／３ に位置している。 電流分割器または電流ミラーはさらにトランジスタ９、１０、１１、１２をも 有し、その際にトランジスタ９のベースはバイアス電圧を与えられており、また トランジスタ１１および１２のエミッタは電圧源と接続されている。 較正論理回路６は下記の仕方で動作する： 出力回路３のなかの増幅器２の出力信号によりコンパレータＫ２の切換しきい 値もコンパレータＫ３の切換しきい値も到達されないならば、明らかに小さい信 号が存在している。この場合、較正論理回路６の出力端に接続された、トランジ スタ９、１０のエミッタと接続されている電流出力端を有するピーク値‐Ｄ‐Ａ 変換器１３を通る電流は減ぜられる。それによって抵抗Ｒ２およびＲ３を通る電 流が低下する。電圧ｒｅｆ＋およびｒｅｆ−は、それにより逆方向から基準電位 に等しい速さで近づけられる。こうしてコンパレータＫ２およびＫ３の切換しき い値が出力信号の信号ピークに近づけられる。 それに対してコンパレータＫ２の切換しきい値もコンパレータＫ３の切換しき い値も、出力回路３のなかの出力信号により超過されるならば、その信号は大き く、このことは電流が増幅‐Ｄ‐Ａ変換器１３により高められなければならない ことを意味する。その結果として、抵抗Ｒ２およびＲ３を通る高められた電流に 基づいて、電圧ｒｅｆ＋およびｒｅｆ−が等しい速さでかつ逆向きに基準電位か ら離れる向きに変更される。コンパレータＫ２およびＫ３の切換しきい値は、そ れにより再び出力信号の信号ピークに、いまは基準電位から離れる向きに、近づ けられる。 最後に両コンパレータＫ２およびＫ３の１つのみが出力回路３のなかの出力信 号に応答すると、信号位置は非対称であり、オフセット‐Ｄ‐Ａ変換器５が再調 節されなければならない。 センサ装置の整定状態では電圧ｒｅｆ＋およびｒｅｆ−の位置は、それらが出 力回路３のなかの増幅器２の出力信号の信号ピークを鏡映するような位置にある 。追加的に出力信号のオフセットは、際立たせられた切換点が正確に基準電位、 たとえば接地、に位置するように調節されている。 図２により本発明による方法の機能の仕方がもう一度説明される。基準電位ｒ ｅｆ₀は両電圧ｒｅｆ＋およびｒｅｆ−の中央に設定されている。大きい出力信 号１の際には電圧ｒｅｆ＋およびｒｅｆ−は、大きい矢印により示されているよ うに、外方に信号ピークに近づけられる。小さい出力信号２の際には電圧ｒｅｆ ＋およびｒｅｆ−は、小さい矢印により示されているように、内方に信号ピーク に近づけられる。 利得整合、すなわち増幅‐Ｄ‐Ａ変換器１３に、場合によっては生ずる変化は 、切換点に影響しない。なぜならば、この信号経路はここから脱結合されている からである。すなわち出力信号の良好な再現可能性が保証されている。このこと は特にクランク軸センサに対して有意義である。 較正論理回路６に対するクロックは、出力回路３のなかの出力信号から導き出 され得る。このことは、センサ装置が全体として較正されていること、または少 なくともセンサ装置の開始値が、たとい正確な機能には通じないとしても、レギ ュラーな機能に通ずることが仮定されるときに、可能である。場合によっては、 開始段階で、オフセットをオフセット‐Ｄ‐Ａ変換器により、出力回路３に信号 が現れ、その際に続いて“正規”動作に切換えられるまで、ずらす補助クロック が供給され得る。それによって始動が比較的望ましくない開始値によっても可能 である。 場合によっては出力回路３に、較正されていない状態の特性を決定するもう１ つの並列経路が設けられ得る。追加的に、いったん求められた較正値をたとえば ＥＥＰＲＯＭまたはヒューズのような永久的なメモリのなかに記憶し、これらの 値をその後に較正されていない場合にセンサ装置の新たな始動の際に使用するこ とも考えられ得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．センサの出力信号の信号ピークの間の選択可能な固定的な比においてセンサ 装置により駆動されるシステムの切換点を設定するための方法において、オフセ ットの連続的な再調節が、 ａ）上側参照値と下側参照値との間の選択可能な比において切換点を定める過程 と、 ｂ）上側および下側参照値を出力信号の上側および下側信号ピークと比較する過 程と、 ｃ）非対称な信号位置が確認されるならば、出力信号のオフセットを再調節する 過程と、 ｄ）両参照値が信号ピークの間に、または両信号ピークが参照値の間に位置する ならば、参照値を上側および下側信号ピークに同時に、等しい速さで、逆向きに 近づける過程と、 ｅ）過程ｂ）ないしｄ）を連続的に繰り返す過程と を含んでいることを特徴とする切換点の設定方法。 ２．正弦波状の出力信号の際に切換点が出力信号の零通過に設定されることを特 徴とする請求項１記載の方法。