JP4331461B2 - 回転角度測定器ないしは回転数測定器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定すべき回転角度ないしは回転数を、センサ信号と、センサ信号が各増分マーキングで検出される時間である増分マーキング持続時間とを基にして検出する、請求項１記載の上位概念による回転角度測定器ないしは回転数測定器に関する。また、請求項９の上位概念による、実際の増分マーキング持続時間のための補正方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転角度測定器または回転数測定器は、たとえば自動車で、クランクシャフトまたはカムシャフトの回転角度位置ないしは回転数を検出するために使用される。この場合、回転角度測定器ないしは回転数測定器は典型的には、多数のマーキングを有する、シャフトに配置された信号発生器と、この信号発生器と共働するセンサとを有している。前記マーキングは、それぞれ相互に離間された増分マーキングである。
【０００３】
前記センサとして、容量的センサ、誘導性センサ、光学的センサ、または他の一般的なセンサを使用することができる。これに相応して、信号発生器に設けられるマーキングは、電磁的エレメント、突起、またはたとえば歯車の歯等である。
【０００４】
図１は公知の回転角度測定器を示している。ここには、この回転角度測定器がたとえば自動車内でクランクシャフトの回転角度位置を検出するために使用される様子が示されている。この図示されている回転角度測定器は、クランクシャフト１に配置された信号発生ホイール２を有している。この信号発生ホイール２の周面には多数の歯３が配置されており、これらは矢印の方向にセンサ４を通過する。マーキングないしは歯３は、相互に一定の間隔で配置されている。マーキング３のステップ幅は増分マーキング（ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２）として示されている。
【０００５】
このような構成の場合シャフト１の回転角度ないしは回転数は、縁部信号といわゆる増分マーキング持続時間とに基づいて検出される。この増分マーキング持続時間は、センサ４で形成された２つのパルスの間の時間、つまり１つの増分マーキングｉ（１つの上昇縁部から次の上昇縁部までの増分マーキング、または１つの下降縁部から次の下降縁部までの増分マーキング）が、センサ４を通過するのに必要な時間である。したがって、増分マーキングｉがたとえば６°に設定されている場合、簡単にシャフト１の実際の回転角度位置ないしは回転数を計算することができる。
【０００６】
通常使用される信号発生器は、比較的少数のマーキング（歯）を有する。たとえば典型的に使用される信号発生ホイール２は、図１に示されているように６０個または１２０個の歯３しか有していないため、精密に回転角度ないしは回転数を検出することができない。
【０００７】
そのため通常、連続した２つのマーキングないしは歯縁部３の間の回転角度位置は、先行する増分マーキング（ｉ−１）の増分マーキング持続時間によって外挿される。すなわち、実際の増分マーキング（ｉ）にある増分マーキング持続時間は、常に直前の増分マーキング（ｉ−１）に由来する「古い」増分マーキング持続時間である。
【０００８】
このことは、図１の実施例では以下のことを意味する。つまり、増分マーキングｉがセンサ４を通過した後、この増分マーキング（ｉ）に所属する増分マーキング持続時間は増分マーキングｉ＋１の基礎にもなる。それゆえ、２つの増分マーキングの間の加速度が大きい場合（正負どちらも）、もはや許容することのできない相当な測定誤差が生じるおそれがある。
【０００９】
特に内燃機関、とりわけ自動車内燃機関の場合、機関回転数の比較的大きな変動が、シリンダの圧縮または膨張によって引き起こされる。
【００１０】
図２は、１つの機関サイクルにおける自動車の４シリンダエンジンの機関回転数の経過の典型的な例を示している（各シリンダは１回点火されている）。クランクシャフトの図示された回転数信号を観察すると、噴射ごとに（ないしは点火ごとに）、前記の各シリンダによって生じた、相当数の回転数領域でサイン状の回転数経過が繰り返す様子が見て取れる。シリンダ内の燃料点火は、まず機関の上方のピークまでの加速を引き起こし、最終的には、後続のシリンダの点火の開始点までの減速を引き起こす。
【００１１】
しかし比較的大きいこの回転数ダイナミクスは、計算された回転角度位置ないしは回転数の誤差を引き起こす。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
それゆえ、本発明の課題は、正確に測定値を検出する回転数測定器ないしは回転角度測定器と、より正確にシャフトの回転角度または回転数を測定するための相応する方法とを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、上位概念による回転角度測定器ないしは回転数測定器に、基準増分マーキングの増分マーキング持続時間を考慮して実際の増分マーキングに対する補正された増分マーキング持続時間を検出するユニットを設けることによって解決される。前記基準増分マーキングの増分マーキング持続時間は、先行する評価からすでに既知である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
基準増分マーキングとして、実際の増分マーキングと同じシリンダ作用点に所属しうる増分マーキングを使用することができる。この基準増分マーキングは、実際の増分マーキングと同じ機関動作サイクル、または先行する動作サイクルから得ることができる。
【００１５】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、実際の増分マーキングおよび基準増分マーキングはちょうど１つまたは複数の機関サイクル（シャフトの回転ｍに相応する）だけ相互に離れている。したがってこの場合、同一のシリンダにおける増分マーキング持続時間が検出される。
【００１６】
補正された増分マーキング持続時間を、選択的に別のシリンダにおける基準増分マーキングを考慮して検出することもできる。この場合、実際の増分マーキングおよび基準増分マーキングは１/ｋ（ｋ＝シリンダ数）機関サイクル（通常の自動車クランクシャフトの場合２＊ｎ/ｋマーキングに相応する。ｎ＝１回の回転におけるマーキングの数）だけ、またはこれの倍数だけ相互に離れている。
【００１７】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、補正された増分マーキング持続時間を検出するためのユニットは他に、場合によって付加的に生じた機関加速度（ガス供給または制動によって生じる）も考慮する。このために、第１の増分マーキングの増分マーキング持続時間と基準増分マーキングの増分マーキング持続時間との差ないしはそれに相応する回転数の差が計算される。
【００１８】
有利には、第１増分マーキングの増分マーキング持続時間は実際の機関サイクルに由来し、基準増分マーキングの増分マーキング持続時間は先行する機関サイクルに由来する。
【００１９】
また有利には、第１増分マーキング、実際にセンサを通過する増分マーキングおよび基準増分マーキングは、先行する機関サイクルからの所属する増分マーキングである。
【００２０】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、信号発生器は、周面に歯が配置された信号発生ホイールとして構成されている。
【００２１】
測定された増分マーキング持続時間ないしは回転数は、有利にはメモリ（ＲＡＭ）に記憶される。このメモリからユニットは、所属する基準増分マーキングの増分マーキング持続時間ないしは回転数を読み出す。
【００２２】
【実施例】
以下に本発明を、例として添付された図面に基づいてより詳細に説明する。
【００２３】
図１は、シャフト１に配置された信号発生器２を示している。この信号発生器２は、周面に１列に歯（マーキング）３を配置されており、この歯は矢印の方向にセンサ４を通過する。
【００２４】
信号発生器２とセンサ４の構成には、補正された増分マーキング持続時間を検出するためのユニット５が設けられている。このユニット５は、実際の増分マーキング（ｉ）に対する増分マーキング持続時間を、基準増分マーキングの増分マーキング持続時間を考慮して計算する。この基準増分マーキングの増分マーキング持続時間は既知である。
【００２５】
一番簡単なケースでは、実際にセンサ４を通過する増分マーキングｉの補正された増分マーキング持続時間Ｐ_korr（ｉ）ないしは回転数Ｎ_korr（ｉ）は、次のように検出される：
Ｐ_korr（ｉ）＝Ｐ（ｉ’＋１）
Ｎ_korr（ｉ）＝Ｎ（ｉ’＋１）
この場合、増分マーキングｉおよびｉ’は、機関サイクルの１/ｋ倍（ｋ＝シリンダ数）またはこれの倍数だけ離れている。このことは、マーキング３のステップ幅によって定められている、マーキング３の所定の数にも相応する。
【００２６】
図２は、機関の動作サイクル中の典型的な回転数経過を示している。ここでは、噴射ごとにまたは点火ごとに繰り返すサイン状の回転数経過が明確に示されている。この経過は、シリンダの膨張および圧縮によって引き起こされる。
【００２７】
点ｉ１〜ｉ３は、それぞれシリンダの同一の作用点に相応する増分マーキングを示している。したがって、これらの増分マーキングを増分マーキングｉ４に対する基準増分マーキングとして使用することができる。
【００２８】
図３は、内燃機関の第１のシリンダに対する回転数経過の２つの部分を示している。このサイン状の経過は第１シリンダの実際の回転数経過であり、階段状の経過は測定装置によって検出された回転数経過である。
【００２９】
ここから理解されるように、実際の回転数経過と検出された回転数経過との間には位相ずれが存在する。すでに説明したように、このことは回転数の検出形式によって生じる。
【００３０】
図１の実施例を観察すると、増分マーキングｉがセンサ４を通過した後に所属する増分マーキング持続時間が検出され、これに基づいて、増分マーキングｉ＋１におけるシャフト１の回転角度ないしは回転数が計算される。しかし、この増分マーキング持続時間はこの時点ですでに過去のものとなっている。
【００３１】
図３では、増分マーキングｉ’に対する回転数Ｎが増分マーキングｉ’＋１においてようやく使用することができるが、増分マーキングｉ’＋１に実際に存在する回転数よりも格段に低いことが分かる。
【００３２】
ここで、実際の増分マーキングｉに対する増分マーキング持続時間を補正するために、先行する動作サイクルから既知である、相応する基準増分マーキングｉ’の増分マーキング持続時間Ｐ（ｉ’＋１）ないしは回転数Ｎ（ｉ’＋１）が使用される。
【００３３】
直前の機関サイクルから実際の機関サイクルまでの機関加速度は、増分マーキング持続時間が減少するとき（この場合は、回転数が値ａだけ増加するとき）に生じる。機関加速度を考慮するためには、最終的に基準増分マーキングｉ’の増分マーキング持続時間Ｐ（ｉ’＋１）ないしは回転数Ｎ（ｉ’＋１）に、直前の増分マーキングｉ−１の増分マーキング持続時間Ｐ（ｉ）と直前の動作サイクルＰ（ｉ’）の所属する増分マーキング持続時間との差が加算される。
【００３４】
補正された増分マーキング持続時間Ｐ_korrは、次のように計算される：
Ｐ_korr（ｉ）＝Ｐ（ｉ’＋１）＋Ｐ（ｉ）−Ｐ（ｉ’）
補正された回転数Ｎ_korr（ｉ）に対しては、次の式が適用される：
Ｎ_korr（ｉ）＝Ｎ（ｉ’＋１）＋Ｎ（ｉ）−（Ｎ（ｉ’）
このように求められた、位相補正された増分マーキング持続時間Ｐ_korr（ｉ）ないしは回転数Ｎ_korr（ｉ）は、最終的に回転角度の外挿に使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例による回転角度測定器である。
【図２】 自動車の機関動作サイクル中の回転数経過である。
【図３】 特に個々のシリンダの測定された実際の回転数経過である。
【符号の説明】
１ シャフト
２ 信号発生器
３ 歯
４ センサ
５ 補正ユニット
６ メモリ
ｉ 実際の増分マーキング
ｉ’ すでに経過した増分マーキング
Ｎ 回転数
Ｎ_korr 補正された回転数
ａ 機関加速度による回転数の上方向シフト

Claims (10)

1. 内燃機関のシャフトに配置された信号発生器（２）を有する回転角度測定器ないしは回転数測定器であって、
   前記信号発生器（２）は、環状に配置された多数のマーキングと、前記信号発生器（２）と共働するセンサ（４）とを有しており、
   前記マーキングはそれぞれ相互に離間された増分マーキングであり、
   測定すべき回転角度ないしは回転数は、センサ信号と、センサ信号が各増分マーキングで検出される増分マーキング持続時間とに基づいて検出され、
   実際の増分マーキング（ｉ）に対する補正された増分マーキング持続時間Ｐ_korr（ｉ）を、基準増分マーキング（ｉ’）の増分マーキング持続時間Ｐ（ｉ’＋１）を使用して検出するためのユニット（５）が設けられている形式の回転角度測定器ないしは回転数測定器において、
   該増分基準マーキング（ｉ’）と実際の増分マーキング（ｉ）とは、１つまたは複数の機関サイクルだけ相互にずれており、該増分基準マーキング（ｉ’）は、実際の時点より前の評価によって検出されて既知であることを特徴とする回転角度測定器ないしは回転数測定器。
2. 前記増分基準マーキング（ｉ’）と実際の増分マーキング（ｉ）との間の間隔は、機関サイクルの１/ｋ倍（ｋ＝シリンダ数）またはその倍数である、請求項１記載の回転角度測定器ないしは回転数測定器。
3. 補正された増分マーキング持続時間Ｐ_korr（ｉ）を検出するための前記ユニット（５）は、機関加速度を付加的に使用し、
   第１の増分マーキング（ｉ−１）の増分マーキング持続時間Ｐ（ｉ）と相応する増分基準マーキング（ｉ’−１）の増分マーキング持続時間（Ｐｉ’）との差が計算される、請求項１または２記載の回転角度測定器ないしは回転数測定器。
4. 前記増分基準マーキング（ｉ’−１）は先行する機関サイクルで検出された増分マーキングである、請求項３記載の回転角度測定器ないしは回転数測定器。
5. その時点でセンサ（４）を通過する増分マーキング（ｉ）に対する前記補正された増分マーキング持続時間Ｐ_korr（ｉ）は、次のような数式に従って計算される、請求項３または４記載の回転角度測定器ないしは回転数測定器：
   Ｐ_korr（ｉ）＝Ｐ（ｉ’＋１）＋Ｐ（ｉ）−Ｐ（ｉ’）
6. 前記信号発生器は、周面に歯（３）が配置された信号発生ホイール（２）である、請求項１から５までのいずれか１項記載の回転角度測定器ないしは回転数測定器。
7. 前記回転角度測定器ないしは回転数測定器はメモリ（６）を有し、
   前記メモリ（６）には増分マーキング持続時間Ｐ（ｉ）ないしは回転数Ｎ（ｉ）が記憶される、請求項１から６までのいずれか１項記載の回転角度測定器ないしは回転数測定器。
8. 内燃機関のシャフト（１）の回転角度ないしは回転数を検出するための方法であって、
   測定すべき回転角度ないしは回転数を、センサ信号と、センサ信号が各増分マーキングで検出される増分マーキング持続時間とに基づいて検出する形式のものにおいて、
   補正された増分マーキング持続時間Ｐ_korr（ｉ’）を、相応する増分基準マーキングｉ’の増分マーキング持続時間Ｐ_korr（ｉ’＋１）を使用して検出し、
   該増分基準マーキング（ｉ’）と実際の増分マーキング（ｉ）とは、１つまたは複数の機関サイクルだけ相互にずれており、該増分基準マーキング（ｉ’）は、実際の時点より前の評価から既知であることを特徴とする方法。
9. 前記増分基準マーキング（ｉ’）の増分マーキング持続時間Ｐ（ｉ’＋１）をメモリ（６）から読み出す、請求項８記載の方法。
10. 前記補正された増分マーキング持続時間Ｐ_korr（ｉ）の検出時に、場合によって生じた機関加速度を使用する、請求項８または９記載の方法。

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