JP5182571B2 - センサ信号処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転体の回転に応じて出力される交流の検出信号に基づいて、回転状態を示す出力信号を出力するセンサ信号処理装置に関する。

自動車などが有する回転体（車輪やモータ、発電機など）の回転速度を検出するために、従来、回転検出装置が用いられる。特許第３３２６９３３号明細書（特許文献１）には、このような回転検出装置のセンサ信号処理装置の技術が開示されている。このセンサ信号処理装置は、回転体の回転に応じた磁気の変化を検出するセンサ部から検出信号を受け取り、回転体の回転速度に応じたパルス信号を出力する。マイクロコンピュータ等の制御回路は、受け取ったパルス信号の立ち上がりや立ち下がりなどの変化点の時間差に基づいて、回転体の回転速度等を得ることができる。

特許第３３２６９３３号明細書（第９〜１１段落、図３等）

このような回転検出装置は、例えば回転体としての自動車の車輪の回転速度を検出して、ＡＢＳ（anti-lock brake system）などの制御に利用される。自動車が走行する路面に凹凸が有る場合、車輪の回転速度が急変することがある。例えば、複数の車輪の内の１つが路面から浮くなど、路面と車輪との摩擦が減少して急激に回転速度が上がる場合がある。こういった路面、いわゆる悪路では、車両は低速で走行していることが多く、車輪の回転速度は遅い。このため、回転検出装置のセンサ信号処理装置が出力するパルス信号の変化分、つまり変化したパルス信号の時間差が大きいため、パルス信号を受け取る制御回路では車輪が回転しているか否かの判定ができない可能性がある。また、上述したように悪路の走行時に車輪の回転速度が急激に速くなった場合、パルス信号の変化分、つまり変化したパルス信号の時間差が大きいため、迅速に回転速度の変化を検出することが困難である。

本発明は、上記課題に鑑みて創案されたもので、回転体の回転速度を示す情報と、回転体が回転状態であることを示す情報とを、回転体の回転速度に拘わらず良好に伝達可能な出力信号を出力するセンサ信号処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るセンサ信号処理装置の特徴構成は、
回転体の回転に応じて出力される交流の検出信号を受け取る受取部と、
前記検出信号の波高に応じて設定されるしきい値に基づいて前記検出信号の周期に応じた周期を有する周期信号を生成する周期信号生成部と、
前記検出信号の波高よりも小さい値に設定された所定の変化量を超えて前記検出信号が変化するごとに変化検出信号を生成する変化検出信号生成部と、
前記周期信号と前記変化検出信号とをそれぞれ異なるパルス波形を用いて合成して出力信号として出力する出力部と、を備える点にある。

本特徴構成によれば、所定の変化量を超えて検出信号が変化するごとに変化検出信号が生成される。そして、この変化検出信号は、検出信号の周期に応じた周期を有する周期信号と、それぞれ異なるパルス波形を用いて合成されて出力信号として出力される。両信号は異なる波形を有して区別可能な状態で合成されているので、合成された後の出力信号を受け取る制御回路等は容易に両信号を識別することができる。出力信号は、主として回転体の回転速度を示す情報が付加された周期信号と、主として回転体が回転状態であることを示す情報が付加された変化検出信号とを含むこととなる。特に回転体の回転速度が遅い場合、単位時間当たりに周期信号が出力される頻度は低下するが、周期信号の出力の合間に変化検出信号が出力される。このため、単位時間当たりに回転に応じて何らかの信号が出力される頻度が増加する。その結果、回転体の回転速度を示す情報と、回転体が回転状態であることを示す情報とが、回転体の回転速度に拘わらず、特に回転体の回転速度が低速な場合であっても良好に伝達される。出力信号を受け取る制御回路等は、これにより良好に車輪の挙動を知ることが可能となる。尚、周期信号も回転体が回転状態であることを示す情報を有し、変化検出信号もその出力間隔によって回転体のおおよその回転速度を示す情報を有する。上記において、周期信号及び変化検出信号が有する情報について「主として」と記載して説明したのはこのためであり、両信号の有する情報は単一のものに限定されるものではない。

また、本発明に係るセンサ信号処理装置において、前記周期信号及び前記変化検出信号は、前記検出信号の周期に比べて狭幅なパルス信号であると好適である。

狭幅のパルス信号は、デューティが５０％前後のパルスに比べてパルスが存在しない期間が長いので、波形を変形させる自由度が高くなり、複数の信号の区別を容易にすることができる。

また、本発明に係るセンサ信号処理装置は、さらに、所定の基準周期に基づいて前記検出信号の周期の長短を判定する周期判定部を備え、当該周期判定部の判定結果に基づいて以下のように前記出力信号が出力されると好適である。
つまり、前記出力信号は、前記検出信号の周期が長いと判定された場合は、前記周期信号と前記変化検出信号とを含んで出力され、前記検出信号の周期が短いと判定された場合は、前記周期信号を含み、前記変化検出信号を含まずに出力される。

検出信号の周期が長い場合は、回転体の回転速度が遅い場合である。従って、単位時間当たりに周期信号が出力される頻度が低下する。しかし、出力信号には周期信号と変化検出信号との両方が含まれる。つまり、周期信号の出力の合間に変化検出信号が出力されることとなるので、単位時間当たりに回転に応じて何らかの信号が出力される頻度が増加する。一方、検出信号の周期が短い場合は、回転体の回転速度が早い場合である。従って、単位時間当たりに周期信号が出力される頻度は高い。この場合には、出力信号に変化検出信号が含まれなくても、単位時間当たりに回転に応じて何らかの信号が出力される頻度は高い。従って、出力信号に変化検出信号が含まれなくても問題はない。また、周期信号の出力頻度が高い場合にさらに変化検出信号も出力すると、出力信号において単位時間当たりのパルス数が増えすぎてしまう可能性がある。このため、出力信号を受ける後段の制御回路などの負荷が不必要に増大してしまう可能性が生じる。しかし、本構成によればそのような可能性を抑制することができる。

また、本発明に係るセンサ信号処理装置の前記変化検出信号生成部は、前記検出信号の周期が前記基準周期よりも長いと判定された場合に前記変化検出信号を生成すると好適である。

変化検出信号が必要な場合、つまり、出力信号に変化検出信号が含まれる場合に変化検出信号が生成されるので、センサ信号処理装置を効率的に構成することができる。例えば、出力部が常に周期信号と変化検出信号とを合成するように構成されていても、変化検出信号が必要な場合にのみ生成されれば、出力信号には不必要な信号が合成されることがない。

また、本発明に係るセンサ信号処理装置の前記出力部は、前記検出信号の周期が前記基準周期よりも長いと判定された場合に前記周期信号と前記変化検出信号とを合成すると好適である。

変化検出信号が必要な場合、つまり、出力信号に変化検出信号が含まれる場合に周期信号と変化検出信号とが合成されるので、センサ信号処理装置を効率的に構成することができる。例えば、変化検出信号生成部が常に変化検出信号を生成するように構成されていても、変化検出信号が必要な場合にのみ出力信号と合成されれば、出力信号に不必要な信号が合成されることがない。

また、本発明に係るセンサ信号処理装置において、前記周期信号が、前記出力信号の基準値から正負何れか一方側に波高を有する波形により出力され、前記変化検出信号が、正負何れか他方側に波高を有する波形により出力されると好適である。

周期信号と変化検出信号との波高が基準値から正負が異なる方向へ出力されると、両信号を容易に区別することができる。

また、本発明に係るセンサ信号処理装置において、前記周期信号の波高値と前記変化検出信号の波高値とが異なる波高値で出力されると好適である。

周期信号と変化検出信号との波高が正負同じ方向へ出力される場合であっても、両信号の波高値が異なる値で出力されると、両信号を容易に区別することができる。

また、本発明に係るセンサ信号処理装置の前記出力部は、前記周期信号と前記変化検出信号との出力タイミングが重なる際には、前記周期信号を出力すると好適である。

周期信号は回転体の回転速度をより高い精度で示す信号であり、常時出力されることが好ましい。一方、変化検出信号は、回転体のおおよその回転速度を示すことは可能であるがその精度は周期信号よりも低い。変化検出信号は、周期信号のパルスとパルスとの間において、回転体が回転していることや、おおよそ回転速度を示すために利用される信号である。周期信号が出力されれば、精度よく回転速度を示すと共に回転体が回転していることも示すことができる。従って、周期信号と変化検出信号との出力タイミングが重なった場合には、周期信号を優先的に出力すると好適である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のセンサ信号処理装置の構成の一例を模式的に示すブロック図である。センサ信号処理装置は、回転体の回転に応じて回転検出信号（検出信号）を出力する回転センサ（不図示）から当該検出信号を受け取り、回転状態を示す出力信号を出力する。本実施形態においては、車両の車輪やモータ、発電機などの回転情報を車載の制御装置であるＥＣＵ（electronic control unit）に出力する場合を例として説明する。当該ＥＣＵ（不図示）は、受け取った回転情報に基づいて、ＡＢＳ（anti-lock brake system）などの制御を行う。

センサ信号処理装置は、図１に示すように、受取部１と、周期信号生成部２と、ステップ信号生成部（変化検出信号生成部）３と、出力部４とを備えて構成されている。受取部１は、上述したように、回転体の回転に応じて出力される交流の検出信号Ｓを受け取る機能部である。回転センサなどのセンサから出力される検出信号Ｓは高インピーダンスの信号であることが多い。受取部１は、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低いバッファ１１などを備えて構成される。周期信号生成部２は、検出信号Ｓの波高に応じて設定されるしきい値（Ｔｈ）に基づいて検出信号Ｓの周期に応じた周期を有する周期信号を生成する機能部である。詳細については後述する。ステップ信号生成部３は、検出信号Ｓの波高よりも小さい値に設定された所定の変化量を超えて検出信号Ｓが変化するごとにステップ信号（変化検出信号）を生成する機能部である。詳細については後述する。出力部４は、周期信号（Ｆ１）とステップ信号（Ｆ２）とを区別可能な状態で合成して出力信号（Ｆ）として出力する機能部である。

周期信号生成部２の機能について詳述する。本実施形態では、検出信号Ｓをデジタル変換して、デジタル信号処理する場合を例として説明する。図２は、検出信号Ｓをデジタルカウント値Ｄへ変換する方法の一例を示す説明図であり、図３は、周期信号Ｆ１を生成する方法の一例を示す説明図である。図１に示すように、本実施形態において、周期信号生成部２は、Ａ／Ｄ変換部２１と、反転しきい値設定部２２と、コンパレータ２３と、カウンタ２４と、レジスタ２５と、判定部２６とを有して構成される。

上述したように、受取部１において検出信号Ｓはインピーダンス変換されており、この際、同時に信号の増幅処理等を施されることも可能である。従って、厳密には受取部１が受け取る検出信号Ｓではなく、受取部１から出力される信号がデジタル変換されることになるが、情報処理上の信号処理においては、受取部１の前後において同様の信号であると考えることができる。従って、以下、受取部１から出力される信号についても、検出信号Ｓと称して説明する。

Ａ／Ｄ変換部２１は、検出信号Ｓを所定の条件に従ってデジタル変換する機能部であり、Ａ／Ｄコンバータを有して構成される。Ａ／Ｄコンバータには、フラッシュ型、逐次比較型、積分型など種々の種類のものがあり、変換速度や変換精度などに応じて、適宜最適なものが選択される。また、Ａ／Ｄコンバータの出力形態も、アナログの入力に対して絶対的な値をデジタル値として出力するものや、アナログの入力が所定量の変化をするごとにトリガ信号を出力するものなど、種々の形態のものがあり、適宜選択される。本実施形態においては、絶対的な値をデジタル値として出力するものではなく、所定量の変化（所定のステップ）ごとに、トリガ信号を出力するタイプのＡ／Ｄコンバータが用いられる場合を例として説明する。

本実施形態において、このタイプのＡ／Ｄコンバータを用いるのは以下の対策のためである。つまり、回転センサの検出信号Ｓの振幅中心が揺れた場合、即ち、直流分のオフセットに変動が生じた場合であっても、検出信号Ｓの振幅（波高）に応じて適切な信号処理を可能とするためである。直流分のオフセットは、カップリングコンデンサや直流バイアスなどを利用した別の信号処理回路によって解消させることも可能である。当業者であれば、以下に示す本実施形態の説明を理解して、絶対的な値をデジタル値として出力するタイプのＡ／Ｄコンバータを用いて本発明のセンサ信号処理装置を構成することが可能であろう。従って、本実施形態は本発明を限定するものではない。

Ａ／Ｄ変換部２１は、検出信号Ｓが所定量だけ変化するごと、具体的には、振動する波形のピークＰの側に向かって所定量だけ変化するごとに、トリガ信号を出力する。振動する波形の波高値のことを「ピーク・トゥ・ピーク（peak to peak）」と称するように、本実施形態において「波形のピークＰ」とは、波形の山側及び谷側の双方を指すものとする。図２に示すように、所定の反転しきい値ＲよりもピークＰの側において、トリガ信号が出力され、このトリガ信号がカウンタ２４において計数されて、デジタルカウント値Ｄとなる。図２において、正弦波状の検出信号Ｓに沿って、階段状に変化し、５、６、７・・・２４、２５と値が付記されたものがデジタルカウント値Ｄである。反転しきい値Ｒについては後述する。

検出信号ＳがピークＰに達すると、ピークＰに向かって検出信号Ｓが所定量だけ変化することがなくなる。従って、デジタルカウント値Ｄは、検出信号ＳのピークＰの近傍において一定値が継続する状態となる。図２に示す例においては、デジタルカウント値Ｄが２５において継続しており、デジタルカウント値Ｄのピーク値Ｄ_Pとなっている。カウンタ２４がアップ・ダウン・カウンタであり、検出信号ＳがピークＰの方向及びその反対方向に所定量だけ変化した場合に、それぞれ異なるトリガ信号がＡ／Ｄ変換部２１から出力される構成であれば、検出信号Ｓの波形に応じたデジタルカウント値Ｄを得ることが可能である。しかし、この場合には、ノイズなどにより検出信号ＳがピークＰ以外の位置で増減した場合にも追従してしまう可能性が生じる。そこで、本実施形態においては、カウンタ２４はアップ・カウンタとして構成される。そして、検出信号Ｓが逆方向へ変化する（ピークＰとは反対方向へ変化する）際には、デジタルカウント値Ｄの複数カウント分に相当する所定の変化幅ｈを超えた場合に、ピークＰを超えて反転したと判定されるように構成される。つまり、ヒステリシスが設定される。

具体的には、本実施形態においては、反転しきい値設定部２２において、検出信号ＳがピークＰを超えて反転したか否かを判定するための反転しきい値Ｒが設定される。ここでは、反転しきい値Ｒは、デジタルカウント値Ｄの５カウント分に当たる変化幅ｈを有して設定される。Ａ／Ｄ変換部２１は、最新のトリガ信号の出力時の検出信号Ｓのアナログ値（又は、Ａ／Ｄ変換しきい値であるアナログ値）を反転しきい値設定部２２に伝達する。反転しきい値設定部２２は、受け取った当該アナログ値に所定の変化幅ｈ（ヒステリシス値）を加味して、反転しきい値Ｒを設定する。検出信号Ｓが上昇している時（ピークＰが山側の時）には、当該アナログ値から上記ヒステリシス値ｈが減算されて、反転しきい値Ｒが設定される。検出信号Ｓが下降している時（ピークＰが谷側の時）には、当該アナログ値に上記ヒステリシス値ｈが加算されて、反転しきい値Ｒが設定される。

反転しきい値Ｒは、反転判定部として機能するコンパレータ２３に入力される。コンパレータ２３は、検出信号Ｓと反転しきい値Ｒとを比較して、検出信号ＳがピークＰを超えて反転したか否かを判定する。コンパレータ２３からの判定出力を受け取ったカウンタ２４は、デジタルカウント値Ｄのピーク値Ｄ_Pをレジスタ２５に転送して記憶させると共に、自身（カウンタ２４）のデジタルカウント値Ｄをプリセットする。図２に示す例では、カウンタ２４は、レジスタ２５にデジタルカウント値Ｄのピーク値Ｄ_Pとして「２５」を記憶させ、自身（カウンタ２４）のデジタルカウント値Ｄを「５」にプリセットする。プリセットされる値「５」は、上記ヒステリシス値ｈに対応するデジタルカウント値Ｄのステップ数である。

コンパレータ２３からの判定出力を受けたＡ／Ｄ変換部２１は、それ以降は、当該判定出力を受け取る前とは逆方向へ検出信号Ｓが所定量変化した場合に、トリガ信号を出力する。このトリガ信号により、カウンタ２４はデジタルカウント値Ｄをインクリメントする。また、コンパレータ２３からの判定出力を受けた反転しきい値設定部２２は、反転しきい値Ｒを設定する際の演算方法を切り替える。即ち、反転しきい値設定部２２は、Ａ／Ｄ変換部２１から受け取る上記アナログ値に対してヒステリシス値ｈを「減算」するか、「加算」するかの切り替えを行う。

判定部２６は、レジスタ２５から最新のデジタルカウント値Ｄのピーク値Ｄ_Pを取得してしきい値Ｔｈを設定する。本実施形態において、このしきい値Ｔｈは、周期信号判定用のしきい値である。しきい値Ｔｈは、ピーク値Ｄ_Pに対して所定の係数ｋを乗じることによって設定される。尚、しきい値Ｔｈがレジスタ２５において設定されて、判定部２６がしきい値Ｔｈをレジスタ２５から取得する構成であってもよい。いずれにせよ、判定部２６は、しきい値Ｔｈとカウンタ２４から取得するデジタルカウント値Ｄとに基づいて、周期信号Ｆ１の出力タイミングを判定する。

図３における検出信号Ｓの左側の谷のピーク値Ｄ_Pは「２３」である。例えば、係数ｋが０．８の場合、しきい値Ｔｈは「１８」となる。ここでは、説明を容易にするために端数は切り捨てとする。カウンタ２４から受け取るデジタルカウント値Ｄが「１８」となると、判定部２６は周期信号Ｆ１を生成する。周期信号Ｆ１は、基準値Ｃから正方向へ信号レベルＰＬの波高、幅Ｗ１のパルス幅を有するパルスとして生成される。パルス幅Ｗ１（Ｗ）は、検出信号Ｓの周期に比べて充分に狭幅である。例えば、車両の時速が２０ｋｍ／ｈの場合に、周期Ｔが８〜１０ｍｓであると仮定すれば、パルス幅は０．１ｍｓ程度とすると好適である。

また、図３における検出信号Ｓの山のピーク値Ｄ_Pは「２５」である。この場合、しきい値Ｔｈは「２０」となる。カウンタ２４から受け取るデジタルカウント値Ｄが「２０」となると、判定部２６は上記と同様の波高（Ｃ→ＰＬ）及びパルス幅（Ｗ１）を有する周期信号Ｆ１を生成する。

周期信号Ｆ１は、検出信号Ｓの山と谷とにおいて１つずつ生成される。従って、周期信号Ｆ１のパルス間隔は、検出信号Ｓの半周期（＝Ｔ／２）となる。このように、周期信号生成部２は、検出信号Ｓの波高（ピーク値Ｄ_P）に応じて設定されるしきい値Ｔｈに基づいて検出信号Ｓの周期に応じた（周期に比例する）周期を有する周期信号Ｆ１を生成する。

次に、ステップ信号生成部（変化検出信号生成部）３の機能について詳述する。図４は、ステップ信号（変化検出信号）Ｆ２の生成方法の一例を示す説明図である。ステップ信号生成部３は、検出信号Ｓの波高（例えばピーク値Ｄ_P）よりも充分小さい値に設定された「所定の変化量」を超えて検出信号Ｓが変化するごとに変化検出信号Ｆ２を生成する。本実施形態においては図４に示すように、この「所定の変化量」はデジタルカウント値Ｄの「５」に設定される。この値「５」は、例示であり、任意に設定可能である。

ステップ信号生成部３は、図１に示すように、周期判定部３１とステップ信号出力部３２とを有している。ステップ信号出力部３２は、上述したように、カウンタ２４から取得するデジタルカウント値Ｄが所定の変化量である「５」変化するごとに、検出信号Ｓの周期に比べて充分に狭幅なパルス幅Ｗ２のパルス信号を生成しステップ信号Ｆ２として出力する。このパルス幅Ｗ２は、周期信号Ｆ１のパルス幅Ｗ１と同一であると好適である。

但し、ステップ信号Ｆ２は、周期信号Ｆ１と同一の基準値Ｃから、周期信号Ｆ１とは逆方向である負方向の信号レベルＮＬの波高を有するパルスとして生成される。尚、周期信号Ｆ１が負方向のパルス信号として生成される場合には、ステップ信号Ｆ２は正方向のパルス信号として生成される。即ち、周期信号Ｆ１が基準値Ｃから正負何れか一方側に波高を有する波形により生成され、ステップ信号Ｆ２が正負何れか他方側に波高を有する波形により生成される。

ステップ信号Ｆ２は、図４に示すように間隔ＳＴごとに生成される。この間隔ＳＴは、検出信号Ｓの周期との間に線形性を有しない。しかし、検出信号Ｓが上記「所定の変化量」である「５」に対して、少なくとも数倍大きいピーク値Ｄ_Pを有していれば、検出信号Ｓの半周期の間に数個のステップ信号Ｆ２が生成される。回転体の回転速度が遅い場合には、検出信号Ｓの周期に応じて生成される周期信号Ｆ１の周期も長くなる。その場合、センサ信号処理装置から出力信号を取得するＥＣＵにより、回転体が回転しているか否かなどを判定することが困難となる可能性がある。しかし、周期信号Ｆ１よりも生成される周期が短いステップ信号Ｆ２に基づいて、ＥＣＵは少なくとも回転体が回転しているか否かなどの判定は実施することが可能となる。

また、上述したようにステップ信号Ｆ２が出力される間隔ＳＴは、検出信号Ｓの周期との間に線形性を有しないので、ステップ信号Ｆ２の間隔ＳＴは回転体の正確な回転速度を示すことはできない。しかし、回転体のおおよその回転速度は間隔ＳＴによって示される。回転体の回転速度が遅い場合には、周期信号Ｆ１のパルスが長時間に亘り出力されなくなるが、周期信号Ｆ１のパルスとパルスの間においては、ステップ信号Ｆ２の間隔ＳＴに基づき、ＥＣＵは、おおよその回転速度を知ることができる。

一方、回転体の回転速度が速い場合には、検出信号Ｓの周期に応じて生成される周期信号Ｆ１の周期も短くなる。従って、特にステップ信号Ｆ２を参照する必要もなく、ＥＣＵは回転体が回転しているか否かを判定することができる。また、周期信号Ｆ１の周期が短い場合には、検出信号Ｓの変化率が大きくなり、検出信号Ｓが上記「所定の変化量」である「５」だけ変化するために要する時間が短くなる。つまり、ステップ信号Ｆ２が生成される間隔ＳＴも短くなる。検出信号Ｓ（周期信号Ｆ１）の周期がさらに短くなると、ステップ信号Ｆ２のパルス幅Ｗ２よりも間隔ＳＴが短くなってステップ信号Ｆ２が生成できなくなる可能性がある。また、ステップ信号Ｆ２と周期信号Ｆ１との出力タイミングが重複してしまう可能性もある。

そこで、ステップ信号生成部３は周期判定部３１を備え、周期判定部３１は周期信号Ｆ１に基づいて周期信号Ｆ１の周期Ｔを判定する。つまりは、検出信号Ｓの周期を判定する。ステップ信号出力部３２は、周期判定部３１において、検出信号Ｓの周期が所定の基準周期よりも長いと判定された場合に、ステップ信号を生成する。これにより、回転体の回転速度が速い場合には、ステップ信号Ｆ２が生成されず、上記課題を回避させることができる。また、回転を容易に検出可能であるにも拘わらず、不必要に多くのパルスが出力されて、ＥＣＵの負担が増大する可能性も抑制される。「所定の基準周期」は、例えば、車両の速度が１０〜２０ｋｍ／ｈ程度の際に対応する周期とすると好適である。

本実施形態においては、図１に示すように、周期判定部３１の判定結果がステップ信号出力部３２によって利用される例を示したが、出力部４において周期判定部３１の判定結果が利用される形態でもよい。即ち、検出信号Ｓの周期に拘わらずステップ信号Ｆ２が生成され、出力部４において出力信号Ｆとして出力するか否かが判定される形態であってもよい。

尚、検出信号Ｓの周期（周期信号Ｆ１の周期）が所定の基準周期と同程度である場合には、周期判定部３１による判定結果が頻繁に切り替わる可能性が生じる。この所定の基準周期はヒステリシスを有していると好適である。

出力部４は、周期信号Ｆ１とステップ信号（変化検出信号）Ｆ２とを区別可能な状態で合成して出力信号Ｆとして出力する機能部である。本実施形態においては、出力部４は、出力調整部４１と電流信号出力部４２とを有して構成される。出力調整部４１は、周期信号生成部２で生成された周期信号Ｆ１と、ステップ信号生成部３で生成されたステップ信号Ｆ２とを区別可能な状態で合成する。図５は、検出信号Ｓとセンサ信号処理装置の出力信号Ｆとの関係の一例を示す波形図である。図５に示すように、図３に示した周期信号Ｆ１と、図４に示したステップ信号Ｆ２とが合成されて出力信号Ｆとして出力される。

上述したように、周期信号Ｆ１は、基準値Ｃから正方向の信号レベルＰＬの波高を有するパルスである。また、ステップ信号Ｆ２は、基準値Ｃから負方向の信号レベルＮＬの波高を有するパルスである。従って、周期信号Ｆ１とステップ信号Ｆ２とは区別可能な状態で合成されて出力信号Ｆとして出力される。尚、周期信号Ｆ１とステップ信号Ｆ２との出力タイミングが重なる際には、周期信号Ｆ１が出力される。

周期信号Ｆ１は回転体の回転速度をより高い精度で示す信号であり、常時出力されることが好ましい。一方、ステップ信号Ｆ２は、回転体のおおよその回転速度を示すことは可能であるがその精度は周期信号Ｆ１よりも低い。ステップ信号Ｆ２は、周期信号Ｆ１のパルスとパルスとの間において、回転体が回転していることや、おおよそ回転速度を示すために利用される信号である。周期信号Ｆ１が出力されれば、精度よく回転速度を示すと共に回転体が回転していることも示すことができる。従って、周期信号Ｆ１とステップ信号Ｆ２との出力タイミングが重なった場合には、周期信号Ｆ１が優先的に出力される。

電流信号出力部４２は、出力信号Ｆを電流信号として出力する機能部である。図１においては、基準値Ｃのレベルを規定する電流を出力する電流源、信号レベルＰＬを規定する電流を出力する電流源、信号レベルＮＬを規定する電流を出力する電流源の３つの電流源が、出力調整部４１から出力によって切り替えられる構成を例として示している。当然ながら、出力信号Ｆは、本実施形態とは異なる構成により電流信号として出力されてもよいし、電圧信号として出力されてもよい。

尚、本実施形態においては、理解を容易にするために、周期信号生成部２及びステップ信号生成部３において、それぞれ異なる方向に波高を有するパルス信号が生成される例を示した。しかし、周期信号生成部２及びステップ信号生成部３においては、特に波高の方向を意識することなくパルスを生成し、出力調整部４１において波高の方向を異ならせてもよい。また、周期信号生成部２及びステップ信号生成部３においては、パルスを生成することなく、パルスを出力するタイミングのみを判定し、このタイミングの情報を受けた出力部４においてパルスを生成してもよい。

次に、本発明の優れた効果について補足する。図６は、従来の検出信号Ｓと出力信号Ｇとの関係を示す波形図である。上述した特許第３３２６９３３号明細書（特許文献１）に開示された手法と同じ手法により、出力信号Ｇが生成される。図７は、回転速度が急変する際の出力信号Ｆ及びＧの出力形態の一例を示す波形図である。図７（ａ）は、従来の出力信号Ｇを示し、図７（ｂ）は本発明の出力信号Ｆを示している。

図６に示すように、従来のセンサ信号処理装置は、検出信号Ｓとしきい値とを比較して、周期Ｔが検出信号Ｓと略一致する出力信号Ｇを出力する。このしきい値は、期間Ｈに亘ってピークホールドされたピークＰの値と、検出信号Ｓとから設定される。ピークホールドされるピーク値Ｐの値は、出力信号Ｇの変化点においてリセットされる。出力信号Ｇの変化点は、上述した本発明の実施形態の周期信号Ｆ１の出力タイミングとほぼ同じタイミングである。図６に示すようなデューティーが略５０％の方形波ではなく、当該方形波の変化点において狭幅のパルスを有する波形とすれば、本発明の実施形態における周期信号Ｆ１とほぼ同じ信号となる。また、図６に示すしきい値は、上述した本発明の実施形態における反転しきい値Ｒとほぼ同じように推移する値である。

図７（ａ）及び図７（ｂ）における検出信号Ｓは、同一の波形である。区間Ａは、回転体が低速で回転している状態であり、区間Ｂは、回転体の回転速度が急激に速くなった状態を示している。回転体が車両の車輪である場合、例えば区間Ａは車輪が段差を乗り越えようとして当該段差を登っている状態であり、区間Ｂは当該段差を乗り越えて車輪が空転した状態である。

図７（ａ）に示すように、区間Ａにおいて出力信号Ｇに示される回転体の回転周期ＴはＴ１である。区間Ｂにおいて出力信号Ｇに示される回転体の回転周期ＴはＴ３である。Ｔ３は、Ｔ１よりも短いため、ＥＣＵは車輪が空転状態となったことを判定することができ、ブレーキ装置などを適切に制御する。この場合における判定タイミングは、図７（ａ）に示す時刻ｂである。

区間Ａから区間Ｂへ遷移する途上においても、ＥＣＵは車輪が空転状態となったこと、つまり、回転体の回転周期が短くなったことを判定することが可能である。つまり、出力信号Ｇに示される回転周期Ｔ２は、区間Ａにおける回転周期Ｔ１よりも短くなっているので、ＥＣＵは車輪が空転状態となったことを判定することができる。この場合における判定タイミングは図７（ａ）に示す時刻ａである。周期Ｔ２は周期Ｔ３に比べて長いため、上述した時刻ｂよりも確実度は低下するが、時刻ｂよりも早いタイミングで車輪の空転を判定することができる。さらに、周期Ｔの１／２の時間に基づいて判定を行えば、周期Ｔ２の半ばである時刻ｃにおいて車輪の空転を判定することができる。即ち、従来の出力信号Ｇに基づいて、最も早く車輪の空転を判定することができるのは、時刻ｃである。

一方、本発明においては、上述したように周期信号Ｆ１のパルスの間に、複数のステップ信号Ｆ２のパルスが存在する。図７（ａ）に示す従来例において最も早く車輪の空転を判定可能な時刻は、時刻ｃであった。この時刻ｃは、図７（ｂ）における時刻ｗに相当する。本発明を適用すれば、図７（ｂ）に示すように、時刻ｗよりも早い時刻において、既に、ステップ信号Ｆ２の出力間隔ＳＴが、区間Ａに比べて短くなっている。従って、時刻ｗよりも早い時刻である時刻ｕや時刻ｖにおいて、ＥＣＵは、車輪が空転していることを判定することができる。つまり、本発明によれば、ＥＣＵは、従来よりも早いタイミングで回転体の回転周期が早くなったことを判定することができる。

〔第２実施形態〕
図８は、第２実施形態に係るセンサ信号処理装置の構成の一例を模式的に示すブロック図である。図９は、第２実施形態における検出信号とセンサ信号処理装置の出力信号との関係の一例を示す波形図である。図８において、第１実施形態と同様の機能部については同一の符号を用いて示し、当該機能部についての詳細な説明は適宜省略する。

第１実施形態においては、直前のデジタルカウント値Ｄのピーク値Ｄ_Pに基づいてしきい値Ｔｈを設定する例を示した。第２実施形態においては、ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰに基づいてしきい値Ｔｈ（周期信号用のしきい値Ｔｈａ）が設定される。図９では、デジタルカウント値Ｄを用いてピーク・トゥ・ピークの値ＰＰが算出される例を示しているが、図６に基づいて説明したようにアナログ信号処理によってピーク・トゥ・ピークを求めてもよい。

図９（ａ）に示すように、周期信号用しきい値Ｔｈａは、ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰの８０％と２０％とに設定される。このしきい値Ｔｈａに基づいて、第１実施形態と同様に、周期信号Ｆ１が生成される。しきい値Ｔｈａは、第１実施形態の反転しきい値Ｒと同様の機能も有しており、周期信号Ｆ１が生成されると、第１実施形態と同様にピーク・トゥ・ピークの値ＰＰも更新される。周期信号Ｆ１の生成時には、検出信号Ｓは、ピークＰには達していないので、検出信号ＳがピークＰに達するまでは、ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰも検出信号ＳがピークＰに向かうに従って更新され続ける。従って、しきい値Ｔｈａの値も、ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰに追従して更新され続ける。検出信号ＳがピークＰに達すると、ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰが定まるので、しきい値Ｔｈａの値も固定される。つまり、検出信号Ｓがしきい値Ｔｈａと交差するまで、しきい値Ｔｈａの値が保持される。

第１実施形態においては、デジタルカウント値Ｄの「所定の変化量」ごとにステップ信号Ｆ２が生成される例を示した。しかし、第２実施形態においては、ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰに基づいてステップ信号用（変化検出信号用）のしきい値Ｔｈｂが設定され、このしきい値Ｔｈｂに基づいてステップ信号Ｆ２が生成される。しきい値Ｔｈｂも、しきい値Ｔｈａと同様に、ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰに追従して更新される。また、しきい値Ｔｈｂは、ステップ信号Ｆ２が出力されると、次のステップ信号の判定のために更新される。この際のしきい値Ｔｈｂの変化の幅は、本発明の「所定の変化量」に相当する。

図９（ｂ）に示すように、本実施形態においては、ステップ信号用のしきい値Ｔｈｂは、ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰの９０％（１０％）、６０％（４０％）、４０％（６０％）に設定されている。９０％から６０％の間の３０％分、６０％から４０％の間の２０％分の変化の幅が、本発明の「所定の変化量」に相当する。第１実施形態では、「所定の変化量」はデジタルカウント値Ｄの５カウント分に固定されている例を示したが、本実施形態における上記３０％分、２０％分のように異なる値であってもよい。逆に、第１実施形態においても、デジタルカウント値Ｄの変化量を可変値としてもよく、第２実施形態において変化の幅を固定値としてもよい。また、図９（ｂ）においては、簡略化のため、９０％、６０％、４０％をしきい値Ｔｈｂとしたが、当然、さらに細かいステップでしきい値Ｔｈｂを設定することが可能である。

第２実施形態におけるしきい値Ｔｈは、上述した周期信号用のしきい値Ｔｈａとステップ信号用のしきい値Ｔｈｂとが合成された値である。図９（ｂ）は、この合成されたしきい値Ｔｈを示している。しきい値Ｔｈは、レジスタ２５Ｂで生成されても良いし、しきい値ＴｈａとＴｈｂとが別々に生成されてもよい。つまり、しきい値Ｔｈａが判定部２６Ｂで生成され、しきい値Ｔｈｂがステップ信号出力部３２Ｂで生成されてもよい。また、図８に点線で示したように、判定部２６Ｂにおいてしきい値Ｔｈａ及びしきい値Ｔｈｂの両方を生成して、しきい値Ｔｈｂをステップ信号出力部３２Ｂに伝達してもよい。

〔第３実施形態〕
図１０は、第３実施形態における検出信号とセンサ信号処理装置の出力信号との関係の一例を示す波形図である。第２実施形態の方法では、検出信号ＳがピークＰに達するまでの期間に、ステップ信号Ｆ２を生成することができない。ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰが定まるまでの間は、ピーク・トゥ・ピークの値ＰＰの値が更新中で、検出信号Ｓとほぼ同値である。従って、検出信号Ｓに対して１００％未満の値に設定されるしきい値Ｔｈ（Ｔｈｂ）は、検出信号ＳがピークＰを超えない限り、検出信号Ｓと交差しないためである。

そこで、第３実施形態においては、検出信号ＳがピークＰに達するまでの期間においては、第１実施形態と同様にデジタルカウント値Ｄの「所定の変化量」ごとにステップ信号Ｆ２ａを生成する。そして、検出信号ＳがピークＰに達した後は、第２実施形態と同様にしきい値Ｔｈｂに基づいて、ステップ信号Ｆ２ｂを生成する。これにより、周期信号Ｆ１のパルスとパルスとの間において、多くのステップ信号Ｆ２を出力することができる。

〔第４実施形態〕
上記第１実施形態〜第３実施形態においては、周期信号Ｆ１が、出力信号Ｆの基準値Ｃから正負何れか一方側に波高を有する波形により出力され、ステップ信号Ｆ２が、正負何れか他方側に波高を有する波形により出力される例を示した。しかし、周期信号Ｆ１とステップ信号Ｆ２とは、異なる波形により、両信号を区別可能な状態で合成されれば、上記例に限定されることはない。例えば、図１１に示すように、周期信号Ｆ１の波高値とステップ信号Ｆ２の波高値とを異ならせてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、回転体の回転速度を示す情報と、回転体が回転状態であることを示す情報とを、回転体の回転速度に拘わらず良好に伝達可能な出力信号を出力するセンサ信号処理装置を提供することが可能となる。

本発明のセンサ信号処理装置の構成の一例を模式的に示すブロック図 デジタルカウント値への変換方法の一例を示す説明図 周期信号の生成方法の一例を示す説明図 変化検出信号の生成方法の一例を示す説明図 検出信号とセンサ信号処理装置の出力信号との関係の一例を示す波形図 従来の検出信号と出力信号との関係を示す波形図 回転速度が急変する際の出力信号の出力形態の一例を示す波形図 第２実施形態に係るセンサ信号処理装置の構成の一例を模式的に示すブロック図 第２実施形態における検出信号とセンサ信号処理装置の出力信号との関係の一例を示す波形図 第３実施形態における検出信号とセンサ信号処理装置の出力信号との関係の一例を示す波形図 第４実施形態におけるセンサ信号処理装置の出力信号の一例を示す波形図

符号の説明

１：受取部
２、２Ｂ：周期信号生成部
３、３Ｂ：ステップ信号生成部（変化検出信号生成部）
４：出力部
Ｓ：検出信号
Ｆ、Ｇ：出力信号
Ｆ１：周期信号
Ｆ２：ステップ信号
Ｒ：反転しきい値
Ｄ：デジタルカウント値
ｈ：反転ヒステリシス
Ｔｈ：しきい値
Ｔｈａ：周期信号用のしきい値
Ｔｈｂ：ステップ信号用のしきい値
Ｔ：周期
Ｃ：基準値

Claims (8)

1. 回転体の回転に応じて出力される交流の検出信号を受け取る受取部と、
   前記検出信号の波高に応じて設定されるしきい値に基づいて前記検出信号の周期に応じた周期を有する周期信号を生成する周期信号生成部と、
   前記検出信号の波高よりも小さい値に設定された所定の変化量を超えて前記検出信号が変化するごとに変化検出信号を生成する変化検出信号生成部と、
   前記周期信号と前記変化検出信号とをそれぞれ異なるパルス波形を用いて合成して出力信号として出力する出力部と、を備えるセンサ信号処理装置。
2. 前記周期信号及び前記変化検出信号は、前記検出信号の周期に比べて狭幅なパルス信号である請求項１に記載のセンサ信号処理装置。
3. 所定の基準周期に基づいて前記検出信号の周期の長短を判定する周期判定部を備え、
   前記出力信号は、前記検出信号の周期が長いと判定された場合は、前記周期信号と前記変化検出信号とを含んで出力され、前記検出信号の周期が短いと判定された場合は、前記周期信号を含み、前記変化検出信号を含まずに出力される請求項１又は２に記載のセンサ信号処理装置。
4. 前記変化検出信号生成部は、前記検出信号の周期が前記基準周期よりも長いと判定された場合に前記変化検出信号を生成する請求項３に記載のセンサ信号処理装置。
5. 前記出力部は、前記検出信号の周期が前記基準周期よりも長いと判定された場合に前記周期信号と前記変化検出信号とを合成する請求項３に記載のセンサ信号処理装置。
6. 前記周期信号は、前記出力信号の基準値から正負何れか一方側に波高を有する波形により出力され、前記変化検出信号は、正負何れか他方側に波高を有する波形により出力される請求項２〜５の何れか一項に記載のセンサ信号処理装置。
7. 前記周期信号の波高値と前記変化検出信号の波高値とが異なる波高値で出力される請求項２〜５の何れか一項に記載のセンサ信号処理装置。
8. 前記出力部は、前記周期信号と前記変化検出信号との出力タイミングが重なる際には、前記周期信号を出力する請求項１〜７の何れか一項に記載のセンサ信号処理装置。

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