JPS6020703B2 - 回転部材の回転速度のデシタル測定用回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転速度に比例した周波数の信号を発生する
検出器と、回転速度に反比例する前記信号の周期時間を
測定する測定装置とを含み、前記の回転速度と信号周期
時間とが双曲線関係をなしている、回転部材たとえ１よ
車輪の回転速度のディジタル測定装置に関する。

高速で回転する機械の回転数を測定するため、パルス発
生器を電気的パルスカウント装置と組み合わせて使用す
ることは公知である。

検出器が軸の１回転ごとに１個あるいは複数個のパルス
を発生し、このパルスがカウワト装置において所定の測
定時間にわたりカウントされることにより、パルスの周
波数が測定される。こうして、ある時間にわたり平均さ
れた測定結果、すなわち平均回転数に比例する測定結果
が得られる。したがって、この方法は、たとえばスキッ
ド・コントロール用として制動時の自動車車輪において
必要となるような１回転の１部分に相当する時間区分の
間の回転数変化の測定には適していない。自動車の制動
過程では、かかる短時間の回転数変化が生ずる。それに
対応する周波数変化を上記の公知の方法で測定すること
は、１回転あたりのパルス数に空間的および測定技術的
条件から上限が課せられるため比較的長い測定時間を必
要とするのでト不可能である。そのためト検出器から発
生されるパルスの周期時間を「その間に高い周波数のパ
ルスを発生させてカウントすることにより、測定する方
法は既に提案されている（以下の説明では、パルス発生
器からの高い周波数のパルスと区別するためト検出器か
ら発生されるパルスを信号と呼ぶことにする）。

しかし「 この場合は周期時間Ｔが回転速度■したがっ
てまた自動車速度に反比例するので、読み取りが著しく
困難である。

一般にＴ＝ｋ・ｉ／の（ここにｋは常数）という関係が
成立する。すなわちＴとひとは双曲線関係にある。渡り
疋量として周波数を得るためには、周期時間に対応する
測定値から逆数を求めなければならない。

この逆数計算たとえば計算装置により行なわれ得る。し
かし、それに必要な電子部品の費用は著しい。さらに、
信号の発生と計算操作の終了との間に比較的長いむだ、
時間を生ずるので、計算時間が長くなり、測定の分解能
が低下する。さて、回転速度と信号周期時間との間の直
線関係を区分ごとに得るため「■の１／Ｔという双曲線
関係をそれより簡単な関数により近似的に模擬すること
は可能である。

補助的な周波数を用いて」その周波数を指数関数に対応
して段階付けることにより「双曲線関数を近似的に模擬
する方法は既に提案されている。

この場合、パルス列の周波数を可変とすることが不可欠
である。この方法の欠点として「係数ｋＸで段階付けら
れた多数の周波数を用いなければならないので、これら
の周波数を発生させるための電子部品の費用が比較的大
きくならざるを得ない。さらに「双曲線の模擬により生
ずる周波数段階は計算操作に比較的長い時間を必要とす
る。なぜならば、低速度範囲の曲線部分ではその傾斜を
得るために非常に低い周波数で動作しなければならない
からである。計算時間が長ければ、信号発生から計算結
果が得られるまでのむだ時間「すなわち信号周期時間の
測定が不能な時間もが良くなり、それにより分解能が低
下する。したがって本発明の課題は、上記の欠点を回避
し、特に、短に時間内にしかもわずかな費用で、測定さ
れた信号周期時間から速度と周期時間との双曲線関係を
模擬でき、かつ、十分な精度保証のもとに速度に対応す
る測定量を得られる装置を提供することである。

この課題を解決するため、回転部材の回転速度に比例す
る周波数の信号を発生する検出器と「信号の周期を測定
する測定装置と、回転速度と検出器信号周期との関係を
示す双曲線関数の所与の近似直線群により決定される特
定の速度測定範囲の特定の速度区分に対応する電気的量
を記憶する記憶装置とを有するものにおいて「本発明に
よれば、測定装置にトこの測定装置により発生される測
定値を前記の電気的量と比較する比較およひ制御装檀が
接続され、さらに測定装瞳に、比較および制御装置の出
力信号により制御主事線を介して制御可能な第１のシフ
トレジスクが接続され、このシフトレジスタの制御信号
の数と方向が比較および制御装置の出力信号により決定
され、第１のシフトレジス夕に反転装置が接続され「反
転装置に「同様に比較および制御袋瞳の出力信号により
制御導線を介して制御可能な第２のシフトレシスタが接
続されし このシフトレジスタ制御信号の数と方向も同
様に比較および制御装置の出力信号により決定され、両
方のシフトレジス夕の制御信号の和が速度区分内にある
近似直線の傾斜に対応している。

本発明の説明のため、その基礎となっている原理を前も
って説明しておく。

それは、式打＝ａ・１〆さ（ａ＝一定）の双曲線が区分
り。ｇ＝ｂ（ｂはいまの場合「速度測定範囲に相当）に
おいて公知の法則性にしたがい変化する負の傾斜を持つ
一群の直線により近似可能であることと、ある基準で数
ｘの補数形成により数ｘに対して（負に）比例する桶数
ｙを得られることである。たとえば、あとで説明するよ
うな２進数に対してはトｎビットの議長の場合も次式の
関係が成り立つ。ｙニ（２ｎ−Ｘ）−又 しかしめの１〆Ｔまたは（１′Ｔのｙｘなので）のめり
×の双曲線関数を近似するためには「種々の傾斜を有す
る一群の直線ｙで１つの折線関数を構成する必要があり
「直線の数を増すほど真の速度曲線への近似度は向上す
る。

一群の直線で双曲線ｗ＝ｃ・１／ｘを近似させる場合、
比例係数ｃは種々の因子に関係するので実験的に決めれ
なければならず、各直線は式ｙｉ＝ｎｉ−ｍｉ−Ｘｉ（
１＜ｎｉ＜２ｎ−１・０＜ｍｉ＜の、ここに２ｎ−１は
速度測定範囲に対応する数）を満たさなければならない
。

直線の数は最大許容誤差に関係し、誤差は直線の交点に
おいて最大である。直線の交点は所定の速度測定範囲の
速度区分の限界、したがってまた実際上、特定の測定範
囲の限界を定める。交点において、いわば他の測定範囲
への切襖が行なわれる。測定装置は速度測定範囲の１つ
の区分に属する１つの値を与える。

この区分には、特定の点の縦軸たとえばｙ，と特定の点
の機軸たとえばｘ，とを切る１つの直線が一義的に対応
している。測定装置は当該の区分に属する値×をカウン
タにより２進数の形で測定するものと仮定する。速度測
定範囲にはカゥン夕の最大数２ｎ−１が対応している。
前記の直線は式ｙ＝ｙ・−竿‐又で表わされる。測定さ
れた値×からそれに対応する軍ｙを得るため服、対Ｘ‘
こ値芋を乗算風付け）して−−・ｘを求め、っ乳こその
補数を形成して量Ｚ；量２ｎ−・−佐一。

Ｘを求め、さらにこの量に値ＸＩ史二を秦算し過ｙ・−
号。

Ｘすなわち所望の値を求めなければならない。この方法
を実施するため、本発明によれば、ただ１つの周波数し
か必要としない。

１回の比較、２回の乗算および１回の之南数形成から成
る比較的簡単な過程により、測定すべき回転速度に比例
する測定結果が簡単な方法で比較的短時間に得られるの
で、信号が発生してから測定結果が得られるまでのむだ
時間が非常に短く、このことは高い分解能を意味する。

乗算および補教化を受けた測定量をある時間にわたり利
用するため、また、測定装置を再び測定状態にするため
、測定量は記憶され、また、記憶装置はその初期状態に
復帰される。測定装置の復帰後ｔ新たな測定過程が開始
され得る。本発明による装置は少数の比較的簡単な部品
しか必要としないので、費用を低く保つことができる。

また、かかる装置は特に自動車の運転時に生ずるような
苛酷な条件においても使用することができる。測定装置
としてパルス発生器およびカウン夕を用い、パルス発生
器は検出器から発生された信号によりカゥンタに接続さ
れて、一定周波数のパルス列を与えるように、また、カ
ウン夕は信号周期時間中にパルス発生器から与えられた
パルスをカウントして、信号周期時間に比例した電気的
量を発生するように構成することは目的にかなっている
。

カウンタから発生される測定量を非常に速く処理し得る
よう、したがってまた、測定時間全体を非常に短縮し得
るよう、カウンタとしては２進カウンタを用いるのがよ
い。

極力作動速度を高くし「 また測定時間を短くする観点
で、速度測定範囲を４つの速度区分に分割し、第１およ
び第２演算装置における乗算値を低速度の区分から高速
度の区分への順に１２，４および８の値、または８，４
，２および１の逆数の値に対応させることは目的にかな
っている。

これらの値は純２進数に対応しているので「本発明の装
置における演算装置は簡単なシフトレジスタとして構成
することができる。

回転速度に比例する測定量が得られた後に測定装置を再
び測定状態にするため、乗算および補教化を受けた測定
値の記憶が行なわれた後、測定装置またはカゥン外ま復
帰される。

図面に示されている実施例にもとづいて本発明を以下に
詳細に説明する。

先に記載したように、信号周期時間Ｔは回転速度のに対
し双曲線関係にある。

ここに記載される実施例では、測定された信号周期時間
は２進級ｚで表わされているものとし、そうでない場合
には電気的測定量が予め２進の値に変換されるものとす
る。すなわち、ｚは１′ひと比例関係にある。このｚに
対応する２進数ｚと回転速度のとの間に比例関係を得る
ためには、ｚの１／ｚの関係を得て、ｚをｚにより置換
しなければならない。これに対し、本発明は、ｚとｚと
の間の（負の）比例関係を得るため「測定された２進の
値ｚから２進補数を形成することを提案するものである
。公知のようにｎビットの語長のときのｚの２進補数は
ｚ＝（２ｎ−１）−ｚである。ある速度測定範囲たとえ
ば０〜１５雌ｍノｈを対象とするとき〜これに２進カウ
ンタのカウント範囲（ｎビットの語長のとき一般に２ｎ
−１）を対応させることができる。

たとえばｎ！１０に選べば、カゥンタの最大カウント状
態はぞｏ−１＝１０２３となり、これが測定すべき最大
速度に対応する。いま数ｚに所与の値トたとえば第１図
に例示されているように１，２９ ４および８を乗算す
れば、直線１？ ２９３および４（第】図参鶏）が得ら
れ、ざらに補数形成の後に直線５，６，７および８が得
られる。

いま補数形成により縛られた数を上記と反対の順番で値
８，４，２および１で除算すれば「双曲線を近似する直
線群から成る折線関数が得られる。こうして得られた直
線９９１０？１１および１２は次式で表わされる。？寺
ぜ−１−…Ｚ） ここにｎ＝８，４幕２，１またｎ＝１９２，４，８直線
の交点は近似直線の各速度区分の女台点と終点とを定め
る（ｚとのとの双曲線関係における比例係数は１と仮定
されている）。

同一の機軸の値に対する交点の縦軸の値と真の速度曲線
との間の差により最大誤差が求められるので「誤差限界
内におさまる折線関数を得るために必要な直線の数を簡
単に定めることができる。

こうして近似直線を定めれば〜各速度区分に対応する電
気的量として第１回乗算値そのものおよび第２回乗算値
の逆数、たとえばいまの例では１，２，４および８、を
比較および制御装置に記憶しておき、先に説明したよう
に測定装置から与えられた測定量に２回の乗算を行なう
よう演算装置の制御に利用することができる。こうして
直線群の１つに位置し、回転速度に比例する値を得るこ
とができる。第２図には本発明による装置の実施例がブ
ロック図の形で示されている。

以下にはこのブロック図により本発明を説明する。本発
明による装置は、角速度のに比例した周波数の信号を発
生する検出器１４を有する。

この信号は導線１７および端子１８を経て比較および制
御装置再６に導かれら。この比較および制御装置はさら
に端子２０，２２，２４，２，６９ ２８および３０を
有し「それらの機能は以下に本発明による装置の説明に
さし、して明らかとなろう。比較および制御装置１６に
導かれた検出器信号は端子２０を経てゲート３２を開き
、それにより〜パルス発生器３４から発生された一定周
波数たとえば１００ＫＨＺのパルスが導線３５、ゲート
３２および導線３６を経てカウン夕３７たとえば１０ビ
ットの２進カウン外こ到達する。検出器１４からの信号
の消滅後「ゲート３２は再び閉じるので「 カウン夕８
を事ま信号の周期時間を測定することになる。特にカウ
ンタ３７のカウント状態として得られた２進の測定量が
導線３８および端子２２を経て比較および制御装置１６
１こ導かれ、そこで、所定の速度測定範囲の所与速度区
分に対応する値で記憶されている電気的量と比較される
。

測定量はさらに導線３９を経て、特にシフトレジスタと
して構成された演算装置卑Ｄ！こ導かれる。比較および
制御装置奪６における比較結果に応じて、その端子２４
１こ制御信号が発生される。この制御信号の作用により
、カウント状態に対応する測定量はシフトレジスタ４０
１こ転送されるとともに、測定量が比較装置により対応
づけられた速度区分に対応する第１の所与の値を乗算さ
れる。乗算された測定量に対応して特に２進形態をなし
ているシフトレジスタ４０の出力信号は導線４１を経て
反転装置４２に導かれ、そこで、前記出力信号から補数
（２進補数）が形成される。反転装置４２の作動終了後
、比較および制御装置１６からその端子２６１こ別の制
御信号が発生される。

この制御信号は導線４３を経て第２の演算装置４４に導
かれ、その作用により、補教化された測定値に対応する
電気的量が導線４５を経て、特にシフトレジスタとして
構成された演算装置４４１こ転送されるとともに、第２
の所与の値を乗算される。この乗算の終了後、制御装置
１６が端子２８および導線亀６を経てさらに別の制御信
号を発生し〜 その作用により、最終の測定結果を表わ
しているシフトレジスタ４４の電気的量が導線４７を経
て記憶装置４８に転送される。記憶された最終測定値は
導線４９を経て爾後の処理のため呼出し可能である。記
憶装置４８における記憶終了後、制御装置１６は復帰パ
ルスを発生し、この復帰パルスが端子３０および導線５
０を経て、カゥンタ３７を復帰させて、新たなカウント
に備えさせる。

得られた測定結果は、少なくとも次回の測定結果の記憶
が行なわれるまで、利用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転速度と信号周期時間との間の双曲線関係を
近似直線により模擬するための本発明による方法の原理
を示すグラフであり、第２図は回転部材たとえば自動車
車輪の速度を測定するための本発明による装置のブロッ
ク回路を示す。 １４……検出器、１６……比較および制御装置、３２・
・・・・・ゲート、３４，３７・…・・測定装置、４０
・・・・・・第１の演算装置、４２・・…・反転装置、
４４・・・・・・第２の演算装置、４８・・・・・・記
憶装置。 ＦＩＧ．ｌＦＩＧ，２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ 回転部材の回転速度に比例する周波数の信号を発生
   する検出器と、ｂ 信号の周期を測定する測定装置と、 ｃ 回転速度と検出器信号周期との関係を示す双曲線関
   数の所与の近似直線群により決定される特定の速度測定
   範囲の特定の速度区分に対応する電気的量を記憶する記
   憶装置とを有するものにおいて、 ｄ 測定装置に、この測定装置により発生される測定値
   を前記の電気的量と比較する比較および制御装置が接続
   され、ｅ さらに測定装置に、比較および制御装置の出
   力信号により制御導線を介して制御可能な第１のシフト
   レジスタが接続され、このシフトレジスタの制御信号の
   数と方向が比較および制御装置の出力信号により決定さ
   れ、ｆ 第１のシフトレジスタに反転装置が接続され、
   ｇ 反転装置に、同様に比較および制御装置の出力信号
   により制御導線を介して制御可能な第２のシフトレジス
   タが接続され、このシフトレジスタの制御信号の数と方
   向も同様に比較および制御装置の出力信号により決定さ
   れ、ｈ 両方のシフトレジスタの制御信号の和が速度区
   分内にある近似直線の傾斜に対応していることを特徴と
   する、回転部材の回転速度のデイジタル測定用回路装置
   。