JPH07103993A

JPH07103993A - パルス幅計測装置、および、回転速計測装置

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Publication number: JPH07103993A
Application number: JP24832793A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yasuda; 武史安田; Hiroshi Arita; 浩有田; Hiroyuki Konishi; 博之小西
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1993-10-04
Filing date: 1993-10-04
Publication date: 1995-04-21
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JP2744880B2

Abstract

(57)【要約】【目的】入力されたパルス信号を検知して計測用クロ
ックの計数の開始と終了を決定し、このパルス信号の周
期を計測するパルス幅計測装置に関し、低い周波数の計
測用クロックでも、短いパルス信号の周期を正確に計測
できるパルス幅計測装置を提供することを目的とする。【構成】入力された基本クロックを計数して、その所
定個数ごとに計測用クロックを形成する分周手段１２
と、パルス信号の周期の単発計測と連続計測の区別に応
じて分周手段１２を制御し、(1) 単発計測では、計数の
開始ごとに分周手段１２における計数操作をリセットす
るが、(2) 連続計測では、分周手段１２における計数操
作を少なくとも連続計測の継続中はリセットしない分周
制御手段１３と、を設けた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力されたパルス信号
を検知して計測用クロックの計数の開始と終了を決定
し、このパルス信号の周期を計測するパルス幅計測装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】入力されたパルス信号（交流信号を含
む）を検知して計測用クロックの計数の開始と終了を決
定し、入力されたパルス信号の周期（半周期等、周期に
関する時間）を計測するパルス幅計測装置が実用化され
ている。パルス幅計測装置は、例えば、自動車の車輪速
計測装置に応用されている。

【０００３】車輪速計測装置は、ＡＢＳ（Anti-Lock Br
eaking System ）装置の重要な構成部分を占めており、
車速センサが車輪の単位の回転角ごとに形成する交流信
号を入力して交流信号の周期を計測し、刻々の車輪速に
換算する。

【０００４】図４は、ＡＢＳ装置の説明図である。図４
中、(a) は構成、(b) は動作をそれぞれ示す。ここで
は、自動車の制御用演算装置（以下ＥＣＵ：Electronic
Control Unit ）における割り込みプログラムとして、
ＡＢＳ装置が構成される。

【０００５】図４において、自動車に搭載されたＥＣＵ
４５は、プログラム制御されるマイコン回路として構成
され、図示しないＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、
Ｄ／Ａコンバータ、電源回路等を内蔵する。ＥＣＵ４５
は、演算能力を時分割的に割り当てて、各種エンジン制
御、定速走行、サスペンション制御等の演算処理を実行
する。しかし、運転者によってブレーキが強く操作され
た場合には、ＡＢＳ制御プログラムを起動して割り込み
処理する。

【０００６】車輪４１に連結された車速センサ４３は、
歯車型に成形された永久磁石の各歯の磁束を検知して、
車輪４１の単位の回転角ごとに極性を反転する交流信号
を形成する。ＥＣＵ４５は、この交流信号の周期を求め
て車輪速に換算する。

【０００７】ＥＣＵ４５の車輪速演算部４７は、入力さ
れた交流信号を整流し、波形処理を施して方形波のパル
ス信号に変換する。車輪速演算部４７は、パルス信号の
１周期中に積算した計測用クロックの数を、パルス信号
の周期として出力する。

【０００８】ＥＣＵ４５の演算部４９は、車輪速演算部
４７で計測された交流信号の周期を定期的に取り込み、
予め定めた制動条件４８と比較して、刻々のブレーキ制
御信号を形成する。出力部４６は、刻々のブレーキ制御
信号に基づいてアクチュエータ４４を作動させる。この
ような一連の処理を通じて、ブレーキ４２に印加される
油圧が増減され、車輪速が段階的に減衰される。

【０００９】図４(b) において、車速ｖ₀が車輪速Ｖ₀
に一致した定速走行状態からブレーキが強く踏み込まれ
ると、車速ｖに先行して車輪速Ｖが減速され、車輪接地
面と路面の間にスリップが発生する。そして、時刻ｔ₁
でブレーキが強く踏み込まれた後、時刻ｔ₂でスリップ
率１０％に相当する車輪速Ｖ_Cに到達すると、ＡＢＳ制
御が自動的に開始され、ブレーキが踏み込まれ続ける限
りＡＢＳ制御が継続される。

【００１０】ＡＢＳ制御では、４つの車輪について求め
た刻々の車輪速から刻々の車速ｖを演算する。そして、
車速ｖに対して１０％のスリップ率となる目標車輪速Ｖ
₁を演算する。そして、ブレーキの刻々の効き具合を加
減して、車輪速Ｖを目標車輪速Ｖ₁に対して振動させな
がら漸近させる。

【００１１】ところで、図４(a) のＥＣＵ４５では、上
述したように、複数の演算処理を時分割的に処理してい
る。そして、近年、自動車の多機能化、自動運転化、装
備の自動制御化等に伴って、ＥＣＵ４５で処理すべき演
算の種類が増加し、また、複雑化する傾向にある。

【００１２】そこで、ＥＣＵ４５における旧型ＣＰＵ
を、高演算ビット数、高速演算の新型ＣＰＵに置き換え
て、ＥＣＵ４５における時間当たりの演算能力を高める
試みがなされている。しかし、この場合、ＥＣＵ４５で
使用される基本クロック周波数が上昇する。従って、同
じ時間を計測するために必要な処理ビット数の増大を防
止するため、ＥＣＵ４５のタイマー、カウンター等で
は、計測用クロックを調整する必要がある。

【００１３】例えば、ＥＣＵ４５のＣＰＵの高速化に伴
って、基本クロック周波数が０．５msecから６２．５ns
ec（０．０６２５msec）に高速化された場合、同じ８ビ
ットカウンターを用いて計測できる時間は、０．１３秒
から０．０１６秒に減少してしまう。そして、同じ０．
１３秒を計測するためには、８ビットカウンターに代え
て１１ビットカウンターを使用する必要がある。

【００１４】従って、図４(a) のＥＣＵ４５の車輪速演
算部４７では、基本クロックを分周して低い周波数の計
測用クロックを形成し、車速センサ４３から出力される
交流信号の周期を、この計測用クロックを計数して計測
することにした。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】図４(a) のＥＣＵ４５
の車輪速演算部４７において、基本クロックから形成し
た低い周波数の計測用クロックを用いて交流信号の周期
を計測した場合、高速になると車輪速の計測誤差が上昇
する問題がある。

【００１６】車輪速が高いと交流信号の周期が短くな
り、交流信号の１周期の中で計数される計測用クロック
の数が減る。そして、１周期の末端部で計数に関与する
ことなく切り捨てられる計測用クロックの長さが無視で
きなくなる。

【００１７】すなわち、交流信号の１周期（半周期）を
１回だけ計測する単発計測では、周期が短くなるに従っ
て、誤差が増大し、例えば、車速が１００ｋｍ／ｈを越
える範囲では正確な車輪速の計測が不可能になる。そし
て、このような高速度でこそＡＢＳ装置が正確に動作す
べきであるのに、車輪速の誤差に起因して逆にＡＢＳ装
置の動作が不安定になる。

【００１８】また、図４(a) のＥＣＵ４５では、演算部
４９が一定時間（例えば５msec）ごとに車輪速演算部４
７から計数値を取り込む。そして、車輪速演算部４７
は、この一定時間を有効利用して、周期計測の精度を高
める。すなわち、この一定時間内に入力された交流信号
の全部の半周期について、計測用クロックをそれぞれ計
数し、各周期の計数値の平均値として交流信号の周期を
求める。これにより、車速センサ４３から出力される交
流信号における各周期のばらつきの影響を除去してい
る。

【００１９】しかし、この場合、入力された交流信号の
全部の半周期について、計測用クロックの形成をリセッ
トしているため、計測用クロックの分解能に起因する上
述の誤差については、なんら単発計測の場合と変わるこ
とがない。従って、高速になると、車輪速の計測誤差が
著しく上昇する。

【００２０】例えば、基本クロックを４個計数するごと
に出力を反転させて基本クロック８個分の周期で計測用
クロックを形成させた場合、基本クロック８個ごとのボ
ロー信号が計測用クロックのエッジとして計数される。
そして、交流信号の１つ目の半周期の計測においては、
最大で、７個の基本クロックに相当する時間が切捨てら
れて計測誤差となり得る。

【００２１】そして、７個の基本クロックに相当する時
間は、交流信号の周期が長い場合には無視し得るが、車
輪速が１００ｋｍ／ｈを越えて、交流信号の周期が短く
なると無視できなくなる。そして、計測用クロックの計
数値から演算される車輪速の誤差を高めて、ブレーキ操
作処理を誤らせ、ＡＢＳ装置を誤動作させて、車輪４１
をロックさせたり、制動距離を長くしたりする。

【００２２】本発明は、低い周波数の計測用クロックで
も、短いパルス信号の周期を正確に計測できるパルス幅
計測装置を提供することを目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の基本的
な構成の説明図である。図１において、請求項１のパル
ス幅計測装置は、入力されたパルス信号を検知して計測
用クロックの計数の開始と終了を決定し、前記パルス信
号の周期を、前記計測用クロックの計測数として出力す
る計測手段１１、を有するパルス幅計測装置において、
入力された基本クロックを計数して、その所定個数ごと
に前記計測用クロックを形成する分周手段１２と、前記
パルス信号の周期の単発計測と連続計測の区別に応じて
前記分周手段１２を制御し、(1) 前記単発計測では、前
記計数の開始ごとに前記分周手段１２における計数操作
をリセットするが、(2) 前記連続計測では、前記分周手
段１２における計数操作を少なくとも前記連続計測の継
続中はリセットしない分周制御手段１３と、を設けたも
のである。

【００２４】請求項２の回転速計測装置は、回転体の単
位の回転角ごとに反転する一周期のセンサ信号（サイン
波、矩形波等）を形成する回転速センサと、前記センサ
信号の周期を計測して、刻々の回転速を演算する演算手
段と、を有する回転速計測装置において、前記演算手段
は、入力された基本クロックを計数して、その所定個数
ごとに計測用クロックを形成する分周手段と、入力され
た前記センサ信号を検知して前記計測用クロックの計数
の開始と終了を決定し、所定の計測期間内を通じて前記
分周手段で連続的に発生させた前記計測用クロックの計
数値を、前記計測期間における連続した複数の前記周期
についてそれぞれ出力する計測手段と、前記計測期間に
おける前記計測用クロックの複数の計数値の平均値に基
づいて回転速を演算する換算手段と、を有するものであ
る。

【００２５】

【作用】図１において、請求項１のパルス幅計測装置で
は、入力されたパルス信号の連続した周期（半周期等）
を計測する際には、周期（半周期等）ごとに分周手段１
２をリセットしないで、中断することなく連続して発生
させた計測用クロックを使用して、周期（半周期等）ご
とに計数する。つまり、連続計測モードでは、周期（半
周期等）ごとに、計測手段１１はリセットするが、分周
手段１２はリセットしない。

【００２６】従って、１つの周期（半周期等）で計数に
関与することなく捨てられた基本クロックが、次の周期
（半周期等）における１回目の計数までの時間を減少さ
せることになり、次の周期（半周期等）における計数値
を１つ増やして、結果的に誤差を相殺する。

【００２７】このようにして、一定時間中の全部の周期
（半周期等）を計測する場合、パルス信号が短くなって
増大する計測誤差を、連続して計測される周期（半周期
等）の数で相殺できる。何故なら、連続して計測される
周期（半周期等）の数が多い程、計測用クロックの余り
時間が有効に活用されるからである。これにより、計測
される周期の個数が増すほど、計測用クロックの分解能
が増して、短い周期でも正確に計測できることになる。

【００２８】なお、平均値は、１周期の計数値である必
要はなく、例えば、半周期分、２．３周期分、７周期分
等に相当する計数値として演算してもよい。

【００２９】一方、一個の周期（半周期等）だけを計測
する単発計測モードでは、計測手段１１をリセットする
ごとに分周手段１２もリセットする。これにより、毎回
の計測における計測用クロックの位相を一致させる。

【００３０】請求項２の車輪速計測装置では、例えば、
図４(a) の演算部４９が、一定の時間ごとに、車輪速演
算部４７に蓄えられた複数個の計数値を取り込む。複数
個の計数値は、この一定時間中の全部の周期（半周期
等）について、計測用クロックをそれぞれ計数して求め
たものである。

【００３１】そして、この一定時間中、計測用クロック
は、中断（リセット）されることなく連続して発生され
る。従って、連続して計測された複数の周期（半周期
等）について計測用クロックの誤差が相殺され、平均値
としての周期（半周期等）が正確に求められる。

【００３２】つまり、車輪速が低い場合には、交流信号
の１周期が長いから、計測用クロック自身が十分な分解
能を発揮する。一方、車輪速が高まると、計測用クロッ
ク自身の分解能は不十分となるが、一定時間内の周期の
個数が増すから、計数された最後の計測用クロック以後
の基本クロックの余りを、後続の周期でシリアルに活用
して、計測用クロックの分解能を実質的に改善させる。

【００３３】

【実施例】図２は実施例の車輪速演算装置の説明図、図
３はパルス幅計測の説明図である。図２中、(a) は構
成、(b) は動作を示す。ここでは、図４のＡＢＳ装置に
おいてＣＰＵの基本クロックを高周波数化して、ＥＣＵ
の処理能力を増大させた際に採用された車輪速演算装置
が説明される。

【００３４】図２(a) において、分周回路２２は、ＥＣ
Ｕで使用される高い周波数の基本クロックを分周して、
低い周波数の計測クロックを形成する。分周回路２２
は、基本クロックを計数して、一定個数に達するごとに
出力を反転して計測クロックを発生する。また、分周回
路２２は、制御回路２３からクロックリセット信号が入
力されると、出力を反転することなく基本クロックの計
数値を０に戻して、再び最初から基本クロックの計数を
開始する。

【００３５】制御回路２３は、計測信号のエッジを検出
するごとに、カウンタ２１における計測クロックの計数
をリセットする。カウンタ２１は、制御回路２３からリ
セット信号が入力されると、計数値を０に戻して再び最
初から計測クロックの計数を開始する。また、同時に、
前回の計数結果をメモリ２４に保存する。

【００３６】メモリ２４は、一定時間（５msec）ごと
に、この一定時間（５msec）中に連続して計測した複数
の計数値を、図４(a) の演算部４９に対して送出する。
演算部４９は、一定時間（５msec）ごとにブレーキ制御
信号を演算し直して、出力状態を書き直す。

【００３７】実施例の車輪速演算装置では、連続計測モ
ードが設定されており、カウンタリセット信号を分周回
路２２に入力させない。すなわち、計測信号の方形波パ
ルスの１レベルの長さと０レベルの長さが連続して計測
クロックの計数値として計測されるが、その際、分周回
路２２は１回もリセットされない。

【００３８】従って、１個の半周期の計測でボロー信号
に至らなかった基本クロックの計数値が、次の半周期に
おける最初のボロー信号までの時間を短縮する。

【００３９】これにより、一定時間内に連続的に計測さ
れた複数の半周期について、その平均値を取った場合、
計測クロックの周期が大きいことによる計測信号の計数
誤差は完全に相殺される。つまり、一定時間内に採取さ
れるサンプル数の増加によって、１つ１つのサンプル値
の誤差の増大が相殺される。

【００４０】従って、数１００ｋｍ／ｈの車輪速に対応
して、計測クロックの周期が計測用信号の周期にほとん
ど一致した場合、単発計測では、その正確な周期の計測
は全く不可能だが、複数のサンプルの平均値から求めた
車輪速の計測誤差は、数１０ｋｍ／ｈの車輪速の場合と
あまり変わらない。

【００４１】図２(b) において、分周処理Ａは、計測信
号のエッジが検出されるごとに分周回路２２をリセット
した場合を示す。このとき、半周期が基本クロック１５
個分に相当する計測信号は、その半周期を基本クロック
１２個分と誤判断される。

【００４２】すなわち、基本クロック４個ごとの計測ク
ロック（ボロー信号）を計数しているため、最後の基本
クロック３個分がそれぞれの半周期で捨てられ、誤差を
大きくしている。

【００４３】これに対して、分周処理Ｂ、Ｃでは、計測
信号のエッジと無関係に基本クロック４個ごとに計測ク
ロック（ボロー信号）が発生し続けており、１つの半周
期における計数誤差が後続する複数の半周期で完全に相
殺される。分周処理Ｂ、Ｃは最初の半周期に入ったとき
の計測クロックの位相がたまたま少しずれている様子を
示す。

【００４４】例えば、図４(a) の車速センサの出力が１
００ｋｍ／ｈで７００Hz、ＥＣＵ４５の基本クロックが
１２５nsec、基本クロックを４分周して計測クロックを
形成している場合、２００ｋｍ／ｈでは、７パルス分の
周期となる。

【００４５】このとき、分周処理Ａが採用されて、計測
ごとに分周回路がリセットされていると、最悪では、
（４−１）×１２５nsec×６＝２２５０nsecの誤差が生
じてしまう。これは、同極性エッジ間（１周期ごと）の
周期演算の場合であるが、エッジ間（半周期ごと）の周
期演算の場合、（４−１）×６２．５nsec×１３＝４８
７５nsecの誤差が発生することになる。

【００４６】この誤差は、車輪速に換算すると０．２２
１ｋｍ／ｈの計測誤差に相当し、これをＧ（加速度）の
変動に換算すると１．２７Ｇとなる。ＡＢＳ装置の制御
基準のＧの値は１．５Ｇであるので、ほとんど余裕が無
く、誤動作の危険がある。

【００４７】すなわち、図２(b) の振動する車輪速Ｖに
おいて、ブレーキ油圧が減圧されるタイミングは、Ｇ
（減速加速度）の絶対値が１．５Ｇを越えて、かつ、車
速ｖと車輪速Ｖの格差が車速ｖの１０〜１５％に達した
タイミングに選択される。従って、誤差が１．２７Ｇに
も達すると、０．２３Ｇから２．７７Ｇまでが１．５Ｇ
と混同されてしまい、前者では制動距離の増大、後者で
は車輪のロックに至る結果となる。

【００４８】ただし、実際には、車輪速が実際よりも不
当に低く評価される結果、１０〜１５％のスリップ率に
達したとき既に１．５Ｇに達している場合が多くなり、
１．５Ｇのキャップが無意味になる。

【００４９】これに対して、分周処理Ｂ、Ｃの場合に
は、連続した複数の計数で誤差が相殺されるから、車輪
速の計測誤差は無視できるレベルである。

【００５０】図３において、実施例の車輪速計測装置で
は、図２のメモリ２４から複数の計数値が読み出される
間隔の５msecを有効利用して、車輪速の測定誤差を圧縮
している。すなわち、５msecに含まれる連続した複数の
半周期について、それぞれ計測クロックを計数し、その
計測に当たっては、リセットされることなく連続して形
成された計測クロックを使用する。

【００５１】例えば、２００ｋｍ／ｈでは、１周期が
０．７msecとなり、７パルスについて計数がなされ、１
００ｋｍ／ｈでは、１周期が１．４msecとなり、３．５
パルスについて計数がなされる。このようにして、高速
〜中速〜定速の広い範囲で車輪速計測の相対誤差をほぼ
一定に確保している。車輪速Ｖは、定数Ｋ、周期Ｔ、パ
ルス数Ｎとして、Ｖ＝ＫＮ／Ｔと演算される。

【００５２】

【発明の効果】請求項１のパルス幅計測装置によれば、
単発計測モードによる従来どおりのパルス幅計測が可能
な一方で、連続計測モードによる計測誤差の少ないパル
ス幅計測が可能である。

【００５３】そして、連続計測モードによれば、一定時
間内に含まれる連続した複数のパルス信号（周期、半周
期等）について、計測用クロックの分解能の不足に起因
する計測誤差がほぼ完全に相殺される。従って、周期の
長短にかかわらず、ほぼ一定の誤差でパルス幅を計測で
きる。

【００５４】また、低い周波数の計測用クロックを使用
した場合でも、高い精度でパルス幅を計測できるから、
計測用クロックの周波数をさらに下げて、カウンターや
タイマーのビット数を節約することも可能である。そし
て、これにより、ＣＰＵや通信インターフェイス等も簡
略化され、処理速度も高められる。

【００５５】請求項２の車輪速計測装置によれば、車輪
速の計測誤差が、高速〜低速の車輪速のレベルにかかわ
らず、ほぼ一定に低く保持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成の説明図である。

【図２】実施例の車輪速演算装置の説明図である。

【図３】パルス幅計測の説明図である。

【図４】ＡＢＳ装置の説明図である。

【符号の説明】

１１計測手段１２分周手段１３分周制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力されたパルス信号を検知して計測用
クロックの計数の開始と終了を決定し、前記パルス信号
の周期を、前記計測用クロックの計測数として出力する
計測手段（１１）、を有するパルス幅計測装置におい
て、入力された基本クロックを計数して、その所定個数ごと
に前記計測用クロックを形成する分周手段（１２）と、前記パルス信号の周期の単発計測と連続計測の区別に応
じて前記分周手段（１２）を制御し、 (1) 前記単発計測では、前記計数の開始ごとに前記分周
手段（１２）における計数操作をリセットするが、 (2) 前記連続計測では、前記分周手段（１２）における
計数操作を少なくとも前記連続計測の継続中はリセット
しない分周制御手段（１３）と、を設けたことを特徴と
するパルス幅計測装置。
【請求項２】回転体の単位の回転角ごとに一周期のセ
ンサ信号を形成する回転速センサと、前記センサ信号の周期を計測して、刻々の回転速を演算
する演算手段と、を有する回転速計測装置において、前記演算手段は、入力された基本クロックを計数して、その所定個数ごと
に計測用クロックを形成する分周手段と、入力された前記センサ信号を検知して前記計測用クロッ
クの計数の開始と終了を決定し、所定の計測期間内を通
じて前記分周手段で連続的に発生させた前記計測用クロ
ックの計数値を、前記計測期間における連続した複数の
前記周期についてそれぞれ出力する計測手段と、前記計測期間における前記計測用クロックの複数の計数
値の平均値に基づいて回転速を演算する換算手段と、を
有することを特徴とする回転速計測装置。