KR20120101346A - Ａ／ｄ 변환 장치, 제진 장치 및 이들을 탑재한 차량 - Google Patents

Ａ／ｄ 변환 장치, 제진 장치 및 이들을 탑재한 차량 Download PDF

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KR20120101346A
KR20120101346A KR1020127009574A KR20127009574A KR20120101346A KR 20120101346 A KR20120101346 A KR 20120101346A KR 1020127009574 A KR1020127009574 A KR 1020127009574A KR 20127009574 A KR20127009574 A KR 20127009574A KR 20120101346 A KR20120101346 A KR 20120101346A
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히데또시 가따다
다께시 도미자끼
히데아끼 모리야
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신포니아 테크놀로지 가부시끼가이샤
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Abstract

A/D 변환 장치는 진동을 검출하는 진동 검출 센서(1)로부터 아날로그 진동 신호(sg1)를 입력해 디지털값(digi1)으로 변환하는 제1 A/D 변환부(73)와, 아날로그 진동 신호(sg1)를 증폭한 신호에 상당하는 아날로그 진동 신호(sg2)를 입력해 디지털값(digi2)으로 변환하는 제2 A/D 변환부(74)와, 아날로그 진동 신호(sg2)의 진폭값이 제2 A/D 변환부(74)에서 변환가능한 진폭 범위를 초과하는 입력 포화 상태인지의 여부를 판정하는 판정부(81)와, 판정부(81)에 의해 입력 포화 상태라고 판정되는 경우에 제1 A/D 변환부(73)에 의해 변환된 디지털값(digi1)을 출력하는 한편, 입력 포화 상태가 아니라고 판정되는 경우에 제2 A/D 변환부(74)에 의해 변환된 디지털값(digi2)을 출력하는 선택부(82)를 갖는다.

Description

Ａ／Ｄ 변환 장치, 제진 장치 및 이들을 탑재한 차량{A/D CONVERSION DEVICE, DAMPING DEVICE, AND VEHICLE MOUNTED WITH THESE}
본 발명은, 진동 센서로부터의 신호를 적절하게 A/D 변환하는 A/D 변환 장치, 또는 이것을 적용한 제진 장치 및 이들을 탑재한 차량에 관한 것이다.
종래부터 차량의 엔진 등의 진동 발생원에서 발생한 진동과 가진 수단을 통해서 발생시킨 상쇄 진동을 제진해야 할 위치에서 상쇄하는 제진 장치가 알려져 있다. 이러한 종래의 제진 장치로서 특허문헌 1에는, 진동 발생원으로부터 제진해야 할 위치로 전달한 진동을 상쇄하기 위한 가진 지령 신호를 발생하는 제어부와, 이 제어부가 발생하는 가진 지령 신호가 입력됨으로써 작동해서 제진해야 할 위치에 상쇄 진동을 발생시키는 가진 수단과, 제진해야 할 위치에 있어서 진동 발생원에서 발생한 진동과 상쇄 진동의 상쇄 오차로서 남는 진동을 검출하는 가속도 센서 등의 진동 검출 센서를 구비하고, 제어부가, 진동 검출 센서에 의해 검출된 진동에 기초하여 상쇄 오차로서 남는 진동이 작아지도록 가진 지령 신호를 수정하는 것이 개시되어 있다.
이 제진 장치에서는, 진동 검출 센서로부터 출력되는 아날로그 진동 신호를 A/D 변환 장치에서 디지털값으로 변환하고, 이 디지털값을 사용해서 제진 제어를 실시하고 있다.
일본 특허 출원 공개 제2000-27931호 공보
상기 제진 장치에 설치되는 A/D 변환 장치에는, 제진된 상태에 있는지 여부를 판정하기 위해 0 레벨 근방의 미소 진동의 변화를 놓치지 않고 검출하는 고분해능이 요구되는 동시에, 다양한 크기의 진동에 대응하기 위해서 변환가능한 진폭 범위가 광범위한 것이 요구되는 것이다.
이들 양쪽의 요구에 대하여, 변환가능한 진폭 범위가 광범위하고 또한 고분해능을 양립한 A/D 변환부를 사용하는 것을 생각할 수 있지만, 이러한 A/D 변환부는 고가여서, 제조 비용의 증가를 초래하기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 이러한 고가인 A/D 변환부를 사용하지 않고 고분해능을 얻는 하나의 수단으로서, 저렴 또한 저분해능인 A/D 변환부에 대하여 진폭 증폭기를 통해서 증폭시킨 아날로그 진동 신호를 입력하는 구성을 생각할 수 있지만, 이 구성에서는 고분해능이 얻어지는 한편 A/D 변환가능한 진폭 범위가 좁아지므로, 진폭이 큰 진동이 입력될 경우에 입력 포화 상태로 되어서 정확한 디지털값으로 변환할 수 없게 되는 문제가 있다.
본 발명은, 이와 같은 과제에 착안해서 이루어진 것이며, 그 목적은, 제조 비용의 증가를 초래할 일이 없고, 고분해능이며 또한 변환가능한 진폭 범위가 광범위한 A/D 변환 장치를 실현하고, 나아가서는 제진 성능을 향상시킨 제진 장치 및 이들을 탑재한 차량을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은, 이러한 목적을 달성하기 위해서, 다음과 같은 수단을 강구한 것이다.
즉, 본 발명의 A/D 변환 장치는, 진동을 검출하는 진동 검출 센서로부터의 신호를 입력해서 디지털값으로 변환하고, 변환한 디지털값을 외부로 출력하는 A/D 변환 장치이며, 상기 진동 검출 센서로부터 입력한 신호에 대응하는 아날로그 진동 신호를 입력해 디지털값으로 변환하는 제1 A/D 변환부와, 상기 제1 A/D 변환부에 입력되는 아날로그 진동 신호를 증폭한 신호에 상당하는 증폭 신호를 입력해 디지털값으로 변환하는 제2 A/D 변환부와, 상기 제2 A/D 변환부에 입력되는 증폭 신호의 진폭값이 당해 제2 A/D 변환부에서 변환가능한 진폭 범위를 초과하는 입력 포화 상태인지의 여부를 판정하는 판정부와, 상기 판정부에 의해 입력 포화 상태라고 판정되는 경우에 상기 제1 A/D 변환부에 의해 변환된 디지털값을 출력하는 한편, 상기 판정부에 의해 입력 포화 상태가 아니라고 판정되는 경우에 상기 제2 A/D 변환부에 의해 변환된 디지털값을 출력하는 선택부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성하면, 제2 A/D 변환부에 입력되는 증폭 신호의 진폭값이 제2 A/D 변환부에서 변환가능한 진폭 범위를 초과하는 입력 포화 상태가 아닐 때, 즉 검출되는 진동이 미소 영역에 있을 때에는, 증폭 신호를 디지털화하고, 높은 분해능으로 미소 영역에 있는 진동의 진폭값을 디지털화하는 한편, 입력 포화 상태일 때, 즉 검출되는 진동이 미소 영역을 초과할 때에는, 아날로그 진동 신호를 디지털화해서, 통상의 분해능으로 미소 영역 이외의 광범위한 영역에 있는 진동의 진폭값을 특정하고, 광범위한 영역에 있는 진동의 진폭값을 적확하게 포착하면서, 높은 분해능이 필요한 미소 영역에 있는 진동의 진폭값을 적절하게 디지털화하는 것이 가능해진다.
특히, 입력 포화 상태인지의 여부를 효과적으로 판정하기 위해서는, 상기 판정부는, 상기 제1 A/D 변환부 또는 상기 제2 A/D 변환부 중 어느 한쪽에 의해 얻어지는 디지털값이 소정 임계값을 초과한 경우에 입력 포화 상태라고 판정하고, 당해 디지털값이 소정 임계값을 초과하지 않을 경우에 입력 포화 상태가 아니라고 판정하는 것이 바람직하다.
진동의 진폭값을 나타내는 디지털값의 연속성을 확보해서 데이터 누락이 발생하는 것을 방지하기 위해서는, 상기 제1 A/D 변환부에 의해 얻어져서 외부에 출력되는 디지털값과, 상기 제2 A/D 변환부에 의해 얻어져 외부로 출력되는 디지털값은, 상기 진동 검출 센서로부터 입력되는 신호의 진폭값 변동에 대한 변화율 및 제로점을 일치시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 A/D 변환 장치는, 0 레벨 근방 등의 미소 진동의 검출이 요구되는 제진 장치에 적용하는 것이 적합하다.
이 제진 장치는, 차량에 탑재해서 엔진으로부터 발생하는 진동을 제진하는 데 있어서 특히 적합한 적용이 가능하다.
본 발명은, 이상 설명한 바와 같이, 제2 A/D 변환부에 입력되는 증폭 신호의 진폭값이 제2 A/D 변환부에서 변환가능한 진폭 범위를 초과하는 입력 포화 상태인지의 여부를 판정하고, 입력 포화 상태라고 판정되었을 경우에는 아날로그 진동 신호를 변환한 디지털값을 출력하고, 입력 포화 상태가 아니라고 판정되었을 경우에는 아날로그 진동 신호를 증폭한 신호에 상당하는 증폭 신호를 변환한 디지털값을 출력하므로, 입력 포화 상태가 아닐 때는 고분해능이 되고, 입력 포화 상태일 때는 변환가능한 진폭 범위가 광범위가 되는 A/D 변환의 실현을 가능하게 하고, 나아가서는 제진 성능을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 제진 장치를 차량에 적용한 모식적인 구성도이다.
도 2는 동 제진 장치를 구성하는 리니어 액추에이터를 구비한 가진 수단의 모식적인 구성도이다.
도 3 동 제진 장치의 제어부 및 A/D 변환 장치에 관한 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 A/D 변환 장치의 구성 및 진동 진폭값이 미소 영역에 있을 경우의 동작에 관한 블록도이다.
도 5는 A/D 변환 장치의 구성 및 진동 진폭값이 미소 영역에 없을 경우의 동작에 관한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 관한 A/D 변환 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태를 도면을 참조해서 설명한다.
이 실시형태의 제진 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 자동차 등의 차량에 탑재되는 것이며, 좌석(st) 등의 제진해야 할 위치(pos)에 설치한 가속도 센서 등의 진동 검출 센서(1)와, 소정의 질량을 갖는 보조 질량(2a)을 진동시킴으로써 상쇄 진동(Vi4)을 제진해야 할 위치(pos)에 발생시키는 리니어 액추에이터(20)를 사용한 가진 수단(2)과, 진동 발생원(gn)인 엔진의 점화 펄스로부터 취출되는 기본 주파수(f)로부터 기준파(ejθ)를 생성하는 기준파 생성 수단(3)과, 진동 검출 센서(1)로부터의 아날로그 진동 신호(sg)를 디지털값(digi)으로 변환하는 A/D 변환 장치(7)와, A/D 변환 장치(7)로부터의 디지털값(digi)과 상기 기준파(ejθ)를 입력해 가진 수단(2)에 상쇄 진동(Vi4)을 제진해야 할 위치(pos)에 발생시키는 제어부(4)를 갖고, 차체 프레임(frm)에 마운터(gnm)를 통해서 탑재된 엔진 등의 진동 발생원(gn)에서 발생하는 진동(Vi3)과 가진 수단(2)을 통해서 발생시키는 상쇄 진동(Vi4)을 제진해야 할 위치(pos)에서 상쇄시켜서 제진해야 할 위치(pos)에 있어서의 진동을 저감하는 것이다.
진동 검출 센서(1)는 가속도 센서 등을 사용해서 엔진의 주 진동 방향과 동일 방향의 주 진동을 검출하고, 진동의 진폭값을 전압으로 나타내는 아날로그 진동 신호(sg)를 출력한다.
리니어 액추에이터(20)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 영구 자석을 구비하는 고정자(22)를 차체 프레임(frm)에 고정하고, 억제해야 할 진동 방향과 동일 방향의 왕복 운동(도 2의 지면에서는 상하 이동)을 가동자(23)에게 행하도록 한 레시프로 타입의 것이다. 여기에서는, 차체 프레임(frm)의 억제해야 할 진동의 방향과 가동자(23)의 왕복 운동 방향(추력 방향)이 일치하도록, 차체 프레임(frm)에 고정된다. 가동자(23)는 보조 질량(21)과 함께 축(25)에 설치되고, 이 축(25)은 가동자(23) 및 보조 질량(21)을 추력 방향으로 이동 가능하도록 판 스프링(24)을 통해서 고정자(22)에 지지되어 있다. 리니어 액추에이터(20)와 보조 질량(21)에 의해, 동흡진기가 구성되어 있는 것으로 된다.
리니어 액추에이터(20)를 구성하는 코일(도시하지 않음)에 교류 전류(정현파 전류, 구형파 전류)를 흐르게 했을 경우, 코일에 소정 방향의 전류가 흐르는 상태에서는, 자속이, 영구 자석에 있어서 S극으로부터 N극으로 유도됨으로써, 자속 루프가 형성된다. 그 결과, 가동자(23)는 중력에 거스르는 방향(상방향)으로 이동한다. 한편, 코일에 대하여 소정 방향과는 역방향의 전류를 흐르게하면, 가동자(23)는 중력 방향(하방향)으로 이동한다. 가동자(23)는 교류 전류에 의한 코일로의 전류의 흐름 방향이 교대로 변화됨으로써 이상의 동작을 반복하고, 고정자(22)에 대하여 축(25)의 축방향으로 왕복 이동하게 된다. 이에 의해, 축(25)에 접합되어 있는 보조 질량(21)이 상하 방향으로 진동하게 된다. 이 리니어 액추에이터(20) 그것 자체의 보다 구체적인 구조나 동작 설명은 공지이므로, 상세한 것은 생략한다. 가동자(23)는 도시하지 않은 스토퍼에 의해 동작 범위가 규제되어 있다. 리니어 액추에이터(20)와 보조 질량(21)에 의해 구성되는 동흡진기는, 앰프(6)로부터 출력되는 전류 제어 신호(ss)에 기초하여, 보조 질량(21)의 가속도를 제어해서 제진력을 조절함으로써, 차체 프레임(frm)에 발생하는 진동을 상쇄해서 진동을 저감할 수 있다.
기준파 생성 수단(3)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 기본 주파수(f)[Hz]로부터 기본 차수의 기준파(ejθ)인 기준 정현파(sinθ)와 기준 여현파(cosθ)를 생성한다. 생성되는 기준 정현파(sinθ)와 기준 여현파(cosθ)는 어떠한 동기 신호에 대하여 동기시켜도, 동기시키지 않아도 어느 쪽이라도 좋다. θ=ωt=2πft이다.
A/D 변환 장치(7)는 진동 검출 센서(1)로부터 입력한 아날로그 진동 신호(sg)를 디지털 신호된 디지털값(digi)으로 변환하는 것이다. 상세한 것은 후술한다.
제어부(4)는 적응 제어에 의해 진동을 제어하는 것이며, A/D 변환 장치(7)에 의해 변환된 디지털값(digi)과 상기 기준파(ejθ)로부터 적응 필터 계수(Re, Im)를 산출해서 당해 적응 필터 계수(Re, Im)에 기초하여 가진 지령 신호(I41)를 생성하고, 이것에 기초하여 후술하는 앰프(6)를 통해서 리니어 액추에이터(20)에 전류 제어 신호(ss)를 입력함으로써, 제진해야 할 위치(pos)에 상기 진동 발생원(gn)으로부터의 진동에 대하여 역상이 되는 상쇄 진동(Vi4)을 가진 수단(2)을 통해서 발생시킨다. 적응 필터 계수(Re, Im)의 산출을 반복하면, 상쇄 진동(Vi4)의 진폭값이나 위상이 제진해야 할 진동(Vi3)의 진폭값이나 위상으로 수렴하고, 수렴에 따라서 진동의 상쇄가 진행되지만, 기본 주파수(f)나 진동(Vi3)의 진폭값이나 위상은 끊임없이 변화되고 있기 때문에, 항상 변화에 추종하는 형태로 제어가 행해진다.
이와 같은 제진 제어를 행함에 있어서, A/D 변환 장치(7)는, 제진된 상태인지의 여부를 판정하기 위해서 0 레벨 근방의 미소 진동의 변화를 적절하게 디지털값으로 변환하는 고분해능이 요구되는 동시에, 다양한 크기의 진동에 대응하기 위해서 디지털 변환가능한 진폭 범위가 광범위한 것이 요구되고 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, A/D 변환 장치(7)는 CPU 등의 디지털 처리부와 복수의 A/D 변환부를 갖는 저렴한 범용 A/D 변환 유닛을 사용해서 구성되어 있고, 아날로그 진폭 증폭기(71, 72)와, 제1 A/D 변환부(73) 및 제2 A/D 변환부(74)와, 판정부(81)와, 선택부(82)를 갖고 있다.
아날로그 진폭 증폭기(71)는, 진동의 진폭값을 전압값으로 나타내는 진동 검출 센서(1)로부터의 아날로그 진동 신호(sg)를 입력하고, 그 아날로그 진동 신호(sg)의 진폭(전압)을 1배로 증폭한 아날로그 진동 신호(sg1)를 출력한다. 아날로그 진폭 증폭기(72)는 아날로그 진폭 증폭기(71)로부터 출력되는 아날로그 진동 신호(sg1)를 입력하고, 그 아날로그 진동 신호(sg1)의 진폭(전압)을 4배로 증폭한 증폭 신호인 아날로그 진동 신호(sg2)를 출력한다. 아날로그 진동 신호(sg)의 전압 변동 폭은 2.5V±2.0V로 한다.
제1 A/D 변환부(73) 및 제2 A/D 변환부(74)는 입력가능한 전압 범위가 2.5V±2.5V, 분해능이 12bit=4096[Isb](Isb는 양자화 단위)이며, 모두 동일 성능이다. 제1 A/D 변환부(73)는 진동 검출 센서(1)로부터 입력한 아날로그 진동 신호(sg)에 대응하는 아날로그 진동 신호(sg1)를 입력하고, 이것을 디지털값(digi1)으로 변환해서 출력한다. 이 경우, 제1 A/D 변환부(73)에 입력되는 아날로그 진동 신호(sg1)는 아날로그 진동 신호(sg)에 대하여 증폭율 1배의 신호이며, 제1 A/D 변환부(73)에 입력가능한 전압 범위가 2.5V±2.5V인 것이기 때문에, 아날로그 진동 신호(sg)를 기준으로 해서 변환가능한 진폭 범위(전압 범위)는 2.5V±2.5V, 실효 분해능은 약 820[Isb]/V, 양자화 가능한 최소 아날로그량은 약 0.0012195V/[Isb]로 된다.
또한, 제2 A/D 변환부(74)는 제1 A/D 변환부(73)에 입력되는 아날로그 진동 신호(sg1)를 증폭한 신호에 상당하는 증폭 신호인 아날로그 진동 신호(sg2)를 입력하고, 이것을 디지털값(digi2)으로 변환해서 출력한다. 이 경우, 제2 A/D 변환부(74)에 입력되는 아날로그 진동 신호(sg2)는 아날로그 진동 신호(sg)에 대하여 증폭율 4배로 증폭된 신호이며, 입력가능한 전압 범위가 2.5V±2.5V이기 때문에, 아날로그 진동 신호(sg)를 기준으로 해서 변환가능한 진폭 범위(전압 범위)는 2.5V±0.625V, 실효 분해능은 약 3280[Isb]/V, 양자화 가능한 최소 아날로그량은 약 0.0003048V/[Isb]이 된다. 제2 A/D 변환부(74)는 제1 A/D 변환부(73)에 대하여 실효 분해능이 4배로 향상되는 반면, 변환가능한 진폭 범위가 1/4배로 저하하고 있다.
제1 A/D 변환부(73) 및 제2 A/D 변환부(74)로부터 출력된 디지털값(digi1) 및 디지털값(digi2)은 각각 가산기(75, 76)에서 오프셋값 2048[Isb]이 감산되어 기준점(제로점)이 0으로 되고, 선택부(82)에 각각 별개로 입력되어 있다. 가산기(75)로부터 출력된 디지털값(digi1)은 아날로그 진동 신호(sg)의 진폭값 변동에 대한 변화율을 디지털값(digi2)과 일치시키기 위해서 소프트웨어 게인에 의해 승산기(79)에서 4배로 증폭되고, 선택부(82)에 입력된다.
판정부(81)는 제2 A/D 변환부(74)에 입력되는 증폭 신호인 아날로그 진동 신호(sg2)의 진폭값이 제2 A/D 변환부(74)에서 변환가능한 진폭 범위(2.5V±0.625V)를 초과하는 입력 포화 상태인지의 여부를 판정하는 것이며, 구체적으로는, 승산기(79)로부터 선택부(82)에 입력되는 디지털값(digi1)을 검지하고, 이 디지털값(digi1)의 절대값이 소정 임계값 2048[Isb]을 초과할 경우에 입력 포화 상태라고 판정하고, 디지털값(digi1)의 절대값이 소정 임계값 2048[Isb]을 초과하지 않을 경우에 입력 포화 상태가 아니라고 판정하고, 판정 결과를 나타내는 판정 신호(SEL)를 선택부(82)에 입력한다.
선택부(82)는 판정부(81)에 의해 입력 포화 상태라고 판정되는 경우에 제1 A/D 변환부(73)에 의해 변환된 디지털값(digi1)을 외부인 제어부(4)에 입력하는 한편, 판정부(81)에 의해 입력 포화 상태가 아니라고 판정되는 경우에 제2 A/D 변환부(74)에 의해 변환된 디지털값(digi2)을 외부인 제어부(4)에 입력한다.
상기의 구성에 있어서, 아날로그 진동 신호(sg)의 전압값이 2.5V±0.1V일 때, 즉 검출되는 진동 진폭값이 미소 영역에 있을 경우(2.5V±0.625V의 범위 내)의 동작에 대해서 도 4를 사용해서 설명한다.
우선, 진동 검출 센서(1)로부터 2.5V±0.1V의 범위에서 변동하는 아날로그 진동 신호(sg)가 출력되고, 아날로그 진폭 증폭기(71)를 통해서 동일 변동의 아날로그 진동 신호(sg1)가 제1 A/D 변환부(73)에 입력되고, 값 범위가 2048±82[Isb]의 디지털값(digi1)으로 변환된다. 다음에, 이 디지털값(digi1)은 가산기(75)에 있어서 기준점 2.5V를 0V로 하기 위해 오프셋 값 2048[Isb]이 감산되어, 디지털값(digi1)의 값 범위가 ±82[Isb]로 된다. 최후에, 디지털값(digi1)은 승산기(79)에 있어서 소프트웨어 게인에 의해 4배로 증폭되고, 그 범위가 ±328[Isb]로 되고, 선택부(82)에 입력된다.
한편, 아날로그 진동 신호(sg)가 아날로그 진폭 증폭기(71, 72)를 통해서 증폭되고, 2.5V±0.4V의 범위에서 변동하는 아날로그 진동 신호(sg2)로 되고, 이 아날로그 진동 신호(sg2)가 제2 A/D 변환부(74)에 입력되어, 값 범위 2048±328[Isb]인 디지털값(digi2)으로 변환된다. 다음에, 이 디지털값(digi2)은 가산기(76)에 있어서 기준점 2.5V를 0V로 하기 위해 오프셋 값 2048[Isb]이 감산되어, 디지털값(digi2)의 값 범위가 ±328[Isb]로 되고, 선택부(82)에 입력된다.
이 경우, 판정부(81)는 디지털값(digi1)의 값 범위가 ±328[Isb]인 것으로부터 입력 포화 상태가 아니라고 판정하고, 그 결과 선택부(82)가 제2 A/D 변환부(74)에 있어서 고분해능으로 디지털화된 디지털값(digi2)을 외부인 제어부(4)로 출력한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 미소 영역인 ±0.625V의 범위가 4096[Isb]로 표현되고, 고분해능으로 디지털화된 진동을 재현하는 것이 가능해진다.
마찬가지로, 아날로그 진동 신호(sg)의 전압값이 2.5V±2.0V일 때, 즉 검출되는 진동 진폭값이 미소 영역에 없을 경우(2.5V±0.625V의 범위외)의 동작에 대해서 도 5를 사용해서 설명한다.
우선, 진동 검출 센서(1)로부터 2.5V±2.0V의 범위에서 변동하는 아날로그 진동 신호(sg)가 출력되고, 아날로그 진폭 증폭기(71)를 통해서 동일 변동의 아날로그 진동 신호(sg1)가 제1 A/D 변환부(73)에 입력되고, 값 범위 2048±1638[Isb]인 디지털값(digi1)으로 변환된다. 다음에, 이 디지털값(digi1)은 가산기(75)에 있어서 기준점 2.5V를 0V로 하기 위해 오프셋 값 2048[Isb]이 감산되어, 디지털값(digi1)의 값 범위가 ±1638[Isb]로 된다. 최후에, 디지털값(digi1)은 승산기(79)에 있어서 소프트웨어 게인에 의해 4배로 증폭되어, 그 범위가 ±6552[Isb]로 되고, 선택부(82)에 입력된다.
한편, 아날로그 진동 신호(sg)가 아날로그 진폭 증폭기(71, 72)를 통해서 증폭되고, 2.5V±8.0V의 범위에서 변동하는 아날로그 진동 신호(sg2)로 되고, 이 아날로그 진동 신호(sg2)가 제2 A/D 변환부(74)에 입력되어, 입력 포화 상태로 되어서 값 범위 2048±2048[Isb]인 디지털값(digi2)으로 변환된다. 다음에, 이 디지털값(digi2)은 가산기(76)에 있어서 기준점 2.5V를 0V로 하기 위해 오프셋 값 2048[Isb]이 감산되어, 디지털값(digi2)의 값 범위가 ±2048[Isb]로 되고, 선택부(82)에 입력된다.
이 경우, 판정부(81)는 디지털값(digi1)의 값 범위가 ±6552[Isb]인 것으로부터 입력 포화 상태라고 판정하고, 그 결과 선택부(82)가 제1 A/D 변환부(73)에 있어서 디지털화된 디지털값(digi1)을 이용부인 제어부(4)에 입력한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 미소 영역인 ±0.625V의 범위가 4096[Isb]로 표현되고, 약 3280[Isb]/V의 고분해능으로 디지털화된 진동을 재현하는 것이 가능해지는 동시에, 미소 영역인 ±0.625V 이외의 광범위한 영역에서는, 미소 영역에 비해 분해능이 약 820[Isb]/V로 거칠어지지만, 디지털화가능한 진폭 범위를 초과한 입력 포화 상태로 되어 정확한 디지털값으로 변환할 수 없게 되는 것이 방지된다.
이상과 같이, 본 실시형태의 A/D 변환 장치는, 진동을 검출하는 진동 검출 센서(1)로부터의 아날로그 진동 신호(sg)를 입력해서 디지털값[digi(digi1, digi2)]으로 변환하고, 변환한 디지털값[digi(digi1, digi2)]을 외부인 제어부(4)에 출력함에 있어서, 진동 검출 센서(1)로부터 입력한 아날로그 진동 신호(sg)에 대응하는 아날로그 진동 신호(sg1)를 입력해 디지털값(digi1)으로 변환하는 제1 A/D 변환부(73)와, 제1 A/D 변환부(73)에 입력되는 아날로그 진동 신호(sg1)를 증폭한 신호에 상당하는 증폭 신호인 아날로그 진동 신호(sg2)를 입력해 디지털값(digi2)으로 변환하는 제2 A/D 변환부(74)와, 제2 A/D 변환부(74)에 입력되는 증폭 신호인 아날로그 진동 신호(sg2)의 진폭값이 제2 A/D 변환부(74)에서 변환가능한 진폭 범위를 초과하는 입력 포화 상태인지의 여부를 판정하는 판정부(81)와, 판정부(81)에 의해 입력 포화 상태라고 판정되는 경우에 제1 A/D 변환부(73)에 의해 변환된 디지털값(digi1)만을 출력하는 한편, 판정부(81)에 의해 입력 포화 상태가 아니라고 판정되는 경우에 제2 A/D 변환부(74)에 의해 변환된 디지털값(digi2)만을 출력하는 선택부(82)를 구비하고 있다.
이와 같이 구성하면, 제2 A/D 변환부(74)에 입력되는 증폭 신호인 아날로그 진동 신호(sg2)의 진폭값이 제2 A/D 변환부(74)에서 변환가능한 진폭 범위를 초과하는 입력 포화 상태가 아닐 때, 즉 검출되는 진동이 미소 영역에 있을 때에는, 증폭 신호인 아날로그 진동 신호(sg2)를 디지털화하고, 높은 분해능으로 미소 영역에 있는 진동의 진폭값을 디지털화하고 이 디지털값(digi2)만을 외부로 출력하는 한편, 입력 포화 상태일 때, 즉 검출되는 진동이 미소 영역을 초과할 때에는, 아날로그 진동 신호(sg1)를 디지털화하여, 통상의 분해능으로 미소 영역 이외의 광범위한 영역에 있는 진동의 진폭값을 디지털화하고 이 디지털값(digi1)만을 외부로 출력하고, 광범위한 영역에 있는 진동의 진폭값을 정확하게 포착하면서, 높은 분해능이 필요한 미소 영역에 있는 진동의 진폭값을 적절하게 디지털화하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 판정부(81)가, 제1 A/D 변환부(73)에 의해 얻어지는 디지털값(digi1)이 소정 임계값을 초과한 경우에 입력 포화 상태라고 판정하고, 디지털값(digi1)이 소정 임계값을 초과하지 않을 경우에 입력 포화 상태가 아니라고 판정하므로, 소정 임계 위치의 설정 차제에, 입력 포화 상태인지의 여부를 효과적으로 판정하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 제1 A/D 변환부(73)에 의해 얻어져서 외부인 제어부(4)에 출력되는 디지털값(digi1)과, 제2 A/D 변환부에 의해 얻어져서 외부인 제어부(4)에 출력되는 디지털값(digi2)은, 진동 검출 센서(1)로부터 입력되는 아날로그 진동 신호(sg)의 진폭값 변동에 대한 변화율 및 제로점을 일치시키고 있으므로, 외부인 제어부(4)에 출력하는 디지털값(digi)을 전환해도, 진동의 진폭값을 나타내는 디지털값(digi)의 연속성이 확보되어, 데이터 누락이 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
따라서, 이와 같은 A/D 변환 장치를 제진 장치에 적용하면, 제진 성능을 향상시킬 수 있고, 또한 A/D 변환 장치를 적용한 제진 장치를 차량에 탑재함으로써, 당해 차량의 제진 기능에 관한 신뢰성이나 내구성을 유효하게 향상시켜서, 우수한 주행 기능을 실현하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 일 실시형태에 대해서 설명했지만, 각 부의 구체적인 구성은 상술한 실시형태만으로 한정되는 것이 아니다.
예를 들어, 본 실시형태에 있어서는, 제1 A/D 변환부(73)에 입력되는 아날로그 진동 신호(sg1)는 아날로그 진폭 증폭기(71)를 통하고, 제2 A/D 변환부(74)에 입력되는 아날로그 진동 신호(sg2)는 아날로그 진폭 증폭기(72)를 통하고 있지만, 본 발명에서는, 제2 A/D 변환부에 입력되는 신호가 제1 A/D 변환부에 입력되는 신호를 증폭시킨 신호에 상당하는 신호이면, 어떤 증폭 회로라도 좋다. 예를 들어, 아날로그 회로에 있어서 신호를 증폭시키는 일반적인 구성이 채용 가능하다. 예를 들어, 제1 A/D 변환부(73)에 입력되는 신호를 반전 증폭해서 신호(An2)로 하고, 이 An2를 또한 반전 증폭해서 An3으로 하고, An2와 An3의 차분에 의해 얻어지는 신호를 제2 A/D 변환부에 입력하는 구성 등을 들 수 있다.
또한, 보다 한층 높은 분해능을 얻기 위해서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 승산기(79)에서 승산하는 소프트웨어 게인을 8배로 향상시키고, 또한 아날로그 진폭 증폭기(171), 제3 A/D 변환부(172) 및 가산기(173, 174)를 추가해서 A/D 변환 장치(107)를 구성한 것을 들 수 있다. 즉, 아날로그 진폭 증폭기(171)는 아날로그 진폭 증폭기(72)로부터 출력되는 아날로그 진동 신호(sg2)를 입력하고, 아날로그 진동 신호(sg2)의 진폭(전압)을 반전한 신호인 아날로그 진동 신호(sg3)를 출력한다. 제3 A/D 변환부(172)는 아날로그 진동 신호(sg3)를 입력하고, 이것을 디지털값(digi3)으로 변환해서 출력한다. A/D 변환부(172)로부터 출력되는 디지털값(digi3)은 가산기(173)에서 오프셋 값 2048[Isb]이 감산되어 기준점(제로점)이 0으로 되고, 가산기(76)로부터 출력되는 디지털값(digi2)과 가산기(174)에서 가산되어서, 선택부(82)에 입력된다.
또한, 본 실시형태로는, 판정부(81)는 디지털값(digi1)을 감시함으로써 입력 포화 상태인지의 여부를 판정하고 있지만, 디지털값(digi2)을 감시하는 구성이라도 좋고, 기타의 부위를 감시하는 구성이라도 좋다.
그 외에, 본 발명을 진동 발생이 문제가 되는 차량 이외의 이동 장치나 기기류에 적용하는 등 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변형이 가능하다.
이상으로 상세하게 서술한 본 발명에 따르면, 제2 A/D 변환부에 입력되는 증폭 신호의 진폭값이 제2 A/D 변환부에서 변환가능한 진폭 범위를 초과하는 입력 포화 상태인지의 여부를 판정하고, 입력 포화 상태라고 판정되었을 경우에는 아날로그 진동 신호를 변환한 디지털값을 출력하고, 입력 포화 상태가 아니라고 판정되었을 경우에는 아날로그 진동 신호를 증폭한 신호에 상당하는 증폭 신호를 변환한 디지털값을 출력하므로, 입력 포화 상태가 아닐 때는 고분해능으로 되고, 입력 포화 상태일 때는 변환가능한 진폭 범위가 광범위로 되는 A/D 변환 장치를 저렴하게 실현할 수 있다. 또한, 이 A/D 변환 장치를 제진 장치 이외의 신호 처리 장치에 적용하는 것이 가능하다.

Claims (5)

  1. 진동을 검출하는 진동 검출 센서로부터의 신호를 입력해서 디지털값으로 변환하고, 변환한 디지털값을 외부에 출력하는 A/D 변환 장치이며,
    상기 진동 검출 센서로부터 입력한 신호에 대응하는 아날로그 진동 신호를 입력해 디지털값으로 변환하는 제1 A/D 변환부와,
    상기 제1 A/D 변환부에 입력되는 아날로그 진동 신호를 증폭한 신호에 상당하는 증폭 신호를 입력해 디지털값으로 변환하는 제2 A/D 변환부와,
    상기 제2 A/D 변환부에 입력되는 증폭 신호의 진폭값이 당해 제2 A/D 변환부에서 변환가능한 진폭 범위를 초과하는 입력 포화 상태인지의 여부를 판정하는 판정부와,
    상기 판정부에 의해 입력 포화 상태라고 판정되는 경우에 상기 제1 A/D 변환부에 의해 변환된 디지털값을 출력하는 한편, 상기 판정부에 의해 입력 포화 상태가 아니라고 판정되는 경우에 상기 제2 A/D 변환부에 의해 변환된 디지털값을 출력하는 선택부를 구비하는 것을 특징으로 하는, A/D 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 판정부는 상기 제1 A/D 변환부 또는 상기 제2 A/D 변환부중 어느 한쪽에 의해 얻어지는 디지털값이 소정 임계값을 초과한 경우에 입력 포화 상태라고 판정하고, 당해 디지털값이 소정 임계값을 초과하지 않을 경우에 입력 포화 상태가 아니라고 판정하는, A/D 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 A/D 변환부에 의해 얻어져서 외부로 출력되는 디지털값과, 상기 제2 A/D 변환부에 의해 얻어져서 외부로 출력되는 디지털값은 상기 진동 검출 센서로부터 입력한 신호의 진폭값 변동에 대한 변화율 및 제로점을 일치시키고 있는, A/D 변환 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 A/D 변환 장치를 구비하는, 제진 장치.
  5. 제4항에 기재된 제진 장치를 구비하는, 차량.
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