JP2013108901A - 車輪回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＢＳ信号を用いて、車輪回転角度を高精度で検出する。
【解決手段】車輪一回転につきＮ周期の正弦波状の波形を有するＡＢＳ信号を用いて、車輪回転角度を検出する。車輪回転角度検出装置は、角度信号生成部を有する演算器を具え、該角度信号生成部は、ＡＢＳ信号を時間について微分したＡＢＳ微分信号を生成するステップと、ＡＢＳ信号を振幅中心を閾値として２値化し、その２値化信号のエッジパルスである角度信号Ｐ１、Ｐ２を生成するステップと、前記ＡＢＳ微分信号を振幅中心を閾値として２値化し、その２値化信号のエッジパルスである角度信号Ｐ３、Ｐ４を生成するステップとを行うことにより、一周期の波形毎に前記４つの角度信号Ｐ１〜Ｐ４を含む角度信号Ｐを生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）を有する車両において、そのＡＢＳ信号を利用して車輪回転角度を高精度で検出しうる車輪回転角度検出装置に関する。

近年、タイヤのサイドウォール部に複数の歪センサをタイヤ周方向の異なる位置に取り付け、所定の車輪回転角度位置にてタイヤ歪を同時に測定することにより、それによって得たセンサ出力からタイヤに作用する前後力、横力、上下力等を推定する技術が、例えば下記の特許文献１、２などに提案されている。この技術では、車輪回転角度位置毎に推定式が異なるため、車輪回転角度を高精度で検出することが必要であり、そのためロータリエンコーダ等を別途車軸側に取り付けている。

しかしロータリエンコーダ等を用いる場合、その取り付けのために専用治具を作成する必要があり又検出装置も大がかりになるため、コストや作業性に不利を招くとともに取り付けスペースなどに制約を受けるなど設計の自由度を低下させるという問題も生じる。

そのため、ＡＢＳを有する車両において使用されているＡＢＳ制御用のＡＢＳ信号を利用して車輪回転角度を検出することが望まれる。

ここでＡＢＳ信号は、車輪の回転速度を検出する車輪速センサから出力される電圧信号であって、車輪一回転につきＮ周期の正弦波状の波形をなす。

具体的には、前記車輪速センサには、一般に、車軸と一体回転可能に取り付くロータと、このロータに対向して取り付く磁気センサとが用いられている。前記ロータは、その外周に複数の歯部を形成したギヤー状、或いは外周面にＮ極、Ｓ極の複数の磁極部を交互に順次着磁させた円盤状をなす。又前記磁気センサは、前記ロータの回転により各前記歯部または磁極部が通過する際の磁束変化を検出し、正弦波状の電圧信号として出力する。

従ってＡＢＳ信号では、車輪一回転当たりの波形の周期Ｎは、前記ロータにおける歯部の形成数、または磁極部の対（Ｎ極、Ｓ極を一対とする。）の形成数と位置している。しかし前記ロータは小型小径であるため、前記歯部等の形成数には限界があり、従来においては４８個程度に設定されている。即ち、ＡＢＳ信号の波形の周期Ｎも４８個程度である。従って、このＡＢＳ信号を、そのまま車輪回転角度検出用の角度信号として用いた場合には、７．５度（＝３６０度／４８）毎の角度信号しか得ることができず、例えば２度以下、さらには１度以下の高精度で車輪回転角度を検出することが困難となる。

特開２０１０−２１５１８０号公報 特開２０１０−２１５１７８号公報

そこで本発明は、ＡＢＳ信号を利用しながら、例えば２度以下、さらには１度以下の高精度で車輪回転角度を検出しうる車輪回転角度検出装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本願請求項１の発明は、車輪の回転速度を検出する車輪速センサから出力され、かつ車輪一回転につきＮ周期の正弦波状の波形をなすＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）信号を用いて、車輪回転角度を検出する車輪回転角度検出装置であって、
（１）前記ＡＢＳ信号を受け取る受信部、
（２）受け取ったＡＢＳ信号を時間について微分することにより、前記ＡＢＳ信号の波形よりも１／４周期の位相をずらした位相ずれ波形をなすＡＢＳ微分信号を生成する微分信号生成ステップと、
前記ＡＢＳ信号をその振幅中心を閾値として２値化し、該ＡＢＳ信号の一周期の波形毎に前記２値化のエッジパルスの角度信号Ｐ１、Ｐ２を生成する第１の角度信号生成ステップと、
前記ＡＢＳ微分信号をその振幅中心を閾値として２値化し、該ＡＢＳ微分信号の一周期の波形毎に前記２値化のエッジパルスの角度信号Ｐ３、Ｐ４を生成する第２の角度信号生成ステップとを行い、これにより前記ＡＢＳ信号の一周期の波形毎に、少なくとも前記４つの角度信号Ｐ１〜Ｐ４を含む角度信号Ｐを生成する角度信号生成部、および
（３）車輪一回転毎に前記角度信号Ｐをカウントすることにより車輪回転角度を検出する角度計算部
を有する演算器を具えることを特徴としている。

また請求項２では、前記角度信号生成部は、
前記ＡＢＳ微分信号の振幅中心を０として該ＡＢＳ微分信号の絶対値からなる微分絶対値信号を作成する絶対値信号作成ステップと、
前記ＡＢＳ微分値信号の波形頂点から１／８周期を位置ずれさせた位相位置における微分絶対値信号の値を閾値として微分絶対値信号を２値化し、該ＡＢＳ微分信号の一周期の波形毎に前記２値化のエッジパルスの角度信号Ｐ５〜Ｐ８を生成する第３の角度信号生成ステップとを行い、
これにより前記角度信号生成部は、前記ＡＢＳ信号の一周期の波形毎に、前記８つの角度信号Ｐ１〜Ｐ８からなる角度信号Ｐを生成することを特徴としている。

また請求項３では、前記角度信号生成部は、前記ＡＢＳ微分信号と、車輪の回転速度に応じた係数とを積算することにより、前記ＡＢＳ微分信号を、車輪の回転速度によって変動しない一定振幅のＡＢＳ微分信号に変換する定振幅演算ステップを含み、この一定振幅のＡＢＳ微分信号を用いて、前記第２の角度信号生成ステップ、および第３の角度信号生成ステップが行われることを特徴としている。

また請求項４では、タイヤ又はホイールに取り付き該タイヤ又はホイールと一体回転する反射板と、この反射板を検出することにより車輪一回転毎の回転基準位置を設定する光センサとからなる回転基準位置設定手段を具えることを特徴としている。

本発明の車輪回転角度検出装置は、叙上の如く構成しているため、ＡＢＳ信号から、このＡＢＳ信号の一周期の波形毎に、１／４周期ずつ位相を違えた４つの角度信号Ｐ１〜Ｐ４を含む角度信号Ｐを生成することができる。従って、ＡＢＳ信号をそのまま車輪回転角度検出用の角度信号として用いた場合に比して、角度検出の分解能を４倍以上に高めることができる。即ち、ＡＢＳ信号が、例えば車輪一回転当たり４８周期の正弦波状波形をなす場合、車輪回転角度を少なくとも１．８７５度（＝７．５度／４）以下の分解能にて高精度で検出することが可能となる。

本発明の車輪回転角度検出装置を示す概念図である。 角度信号生成部における処理のフローチャートである。 ＡＢＳ信号のグラフである。 ＡＢＳ信号とＡＢＳ微分信号との位相のズレを示すグラフである。 （Ａ）は第１の角度信号生成ステップによる角度信号Ｐ１、Ｐ２の生成を示す説明図であり、（Ｂ）は第２の角度信号生成ステップによる角度信号Ｐ３、Ｐ４の生成を示す説明図である。 角度信号Ｐ１〜Ｐ８の位相を示すグラフである。 （Ａ）はＡＢＳ信号の振幅と車輪の回転角度との関係を示すグラフ、（Ｂ）は、ＡＢＳ微分信号の振幅と車輪の回転角度との関係を示すグラフである。 第３の角度信号生成ステップによる角度信号Ｐ５〜Ｐ８の生成を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の車輪回転角度検出装置１を示す概念図であり、前記車輪回転角度検出装置１は、ＡＢＳ信号を受け取る受信部２と、受け取ったＡＢＳ信号からその一周期の波形毎に角度信号Ｐ１〜Ｐ４を含む角度信号Ｐを生成する角度信号生成部３と、車輪一回転毎に前記角度信号Ｐをカウントすることにより車輪回転角度を検出する角度計算部４とを有する演算器５を具える。

又前記車輪回転角度検出装置１には、車輪一回転毎の回転基準位置Ｑｏを設定する回転基準位置設定手段９がさらに設けられるとともに、前記演算器５には、前記回転基準位置設定手段９からの信号から、車輪一回転毎の回転基準信号を生成して前記角度計算部４に送る回転基準位置信号生成部１０が付設されている。

本例の回転基準位置設定手段９は、タイヤＴａ又はホイールＴｂに取り付き該タイヤＴａ又はホイールＴｂと一体回転する反射板７と、この反射板７を検出することにより車輪一回転毎の回転基準位置Ｑｏを設定する光センサ８とから構成される。前記反射板７としては、タイヤＴａ（又はホイールＴｂ）に貼り付けるシール状体、及びタイヤＴａ（又はホイールＴｂ）に直接塗布されるインク等の印刷体を含むことができる。又光センサ８は、例えば光反射型センサであって、前記反射板７が光センサ８下を通過するのを検出するとともに、その検出時を車輪一回転毎の回転基準位置Ｑｏとして設定する。

又前記ＡＢＳ信号は、前述した如く、車輪Ｔの回転速度を検出する車輪速センサ６から出力される電圧信号であって、例えば図３に示すように、車輪一回転につきＮ周期、本例では４８周期で振幅する正弦波状の波形として出力される。前記車輪速センサ６としては、従来のものが好適に使用できる。

次に、前記演算器５は、演算処理プログラムが書き込まれた演算処理可能な集積回路、又は前記集積回路を組み込んだ電子回路基板、又は前記電子回路基板を組み込んだ演算処理装置などであって、前記受信部２と、角度信号生成部３と、角度計算部４と、回転基準位置信号生成部１０とを含んで構成される。

なお前記受信部２は、前記車輪速センサ６からのＡＢＳ信号を受け取り、一時的に記憶する。

又前記角度信号生成部３は、図２にそのフローチャートを示すように、
（ア）受け取ったＡＢＳ信号を時間ｔについて微分することにより、前記ＡＢＳ信号の波形よりも１／４周期の位相をずらした位相ずれ波形をなすＡＢＳ微分信号を生成する微分信号生成ステップと、
（イ） 前記ＡＢＳ信号をその振幅中心を閾値として２値化し、該ＡＢＳ信号の一周期の波形毎に前記２値化のエッジパルスの角度信号Ｐ１、Ｐ２を生成する第１の角度信号生成ステップと、
（ウ） 前記ＡＢＳ微分信号をその振幅中心を閾値として２値化し、該ＡＢＳ微分信号の一周期の波形毎に前記２値化のエッジパルスの角度信号Ｐ３、Ｐ４を生成する第２の角度信号生成ステップとを行う。

本例では、前記角度信号生成部３は、さらに、
（エ） 前記ＡＢＳ微分信号の振幅中心を０として該ＡＢＳ微分信号の絶対値からなる微分絶対値信号を作成する絶対値信号作成ステップと、
（オ） 前記ＡＢＳ微分値信号の波形頂点から１／８周期を位置ずれさせた位相位置における微分絶対値信号の値を閾値として微分絶対値信号を２値化し、該ＡＢＳ微分信号の一周期の波形毎に前記２値化のエッジパルスの角度信号Ｐ５〜Ｐ８を生成する第３の角度信号生成ステップとを行う。

これにより本例の角度信号生成部３では、前記ＡＢＳ信号の一周期の波形毎に、１／８周期ずつ位相を違えた８つの角度信号Ｐ１〜Ｐ８からなる角度信号Ｐを生成でき、ＡＢＳ信号をそのまま角度信号として用いた場合に比して、角度検出の分解能を８倍に高めることができる。

前記微分信号生成ステップでは、前記ＡＢＳ信号を時間ｔについて微分することにより、ＡＢＳ微分信号を生成する。

ここで、前記ＡＢＳ信号は、車輪一回転につきＮ周期で振幅する正弦波状の波形をなし、ＡＢＳ信号Ｖ_ａｂｓは、下記式（１）にて近似できる。
Ｖ_ａｂｓ＝Ａ×SIN（ωｔ＋θ）＋Ｂ −−−（１）
Ａ：ＡＢＳ信号の振幅
Ｂ：ＡＢＳ信号のシフト値
ω：角速度（ω＝２×π×ｆ）
ｔ：時間
θ：位相
ｆ：周波数
なお前記図３では、ＡＢＳ信号は、該ＡＢＳ信号から前記シフト値Ｂを減算することによって振幅中心Ｖｏを０に補正した補正波形として示されており、簡略化のために、本明細書では、ＡＢＳ信号の波形、ＡＢＳ微分信号の波形、微分絶対値信号の波形は、それぞれ各波形の振幅中心Ｖｏを０に補正した補正波形にて図示されている。

そして、前記式（１）に示すＡＢＳ信号Ｖ_ａｂｓを時間ｔについて微分することにより、下記の微分式（２）で示されるＡＢＳ微分信号（ｄＶ_ａｂｓ／ｄｔ）を得ることができる。
ｄＶ_ａｂｓ／ｄｔ＝Ａ×ω×COS（ωｔ＋θ）
＝Ａ×ω×SIN（ωｔ＋θ＋π／２）−−−（２）

図４にＡＢＳ信号の波形と、ＡＢＳ微分信号の波形とを略示するように、ＡＢＳ微分信号の波形は、ＡＢＳ信号の波形よりもπ／２、即ち１／４周期の位相をずらした位相ずれ波形をなすことがわかる。

次に、第１の角度信号生成ステップでは、前記ＡＢＳ信号から、その一周期の波形毎に角度信号Ｐ１、Ｐ２を生成する。具体的には、図５（Ａ）に示すように、ＡＢＳ信号を、その振幅中心Ｖｏを閾値として２値化し、方形波状の２値化信号をうる。そしてこの２値化信号から、その立ち上がり及び立ち下がりであるエッジの位置を夫々検出し、このエッジの位置に同期してパルス信号を発生させることにより、このパルス信号である２値化のエッジパルスを、角度信号Ｐ１、Ｐ２として生成させる。

又前記第２の角度信号生成ステップでは、前記ＡＢＳ微分信号から、その一周期の波形毎に角度信号Ｐ３、Ｐ４を生成する。具体的には、図５（Ｂ）に示すように、ＡＢＳ微分信号を、その振幅中心Ｖｏを閾値として２値化して、方形波状の２値化信号をうる。そしてこの２値化信号から、その立ち上がり及び立ち下がりであるエッジ位置を夫々検出し、このエッジ位置に同期してパルス信号を発生させることにより、このパルス信号である２値化のエッジパルスを、角度信号Ｐ３、Ｐ４として生成させる。

前述の如く、前記ＡＢＳ微分信号とＡＢＳ信号Ｖ_ａｂｓとは、互いに１／４周期位相がずれている。そのため、図６に概念的に示すように、前記角度信号Ｐ１〜Ｐ４も、互いに１／４周期ずつ位相がずれた、即ち一周期を均等に４分割するパルス信号として形成される。

ここで、前記ＡＢＳ信号は、図７（Ａ）に示すように、車輪の回転速度Ｖｗに依存してその振幅Ａが変動する特性を有し、又同様に前記ＡＢＳ微分信号も、図７（Ｂ）に示すように、前記回転速度Ｖｗに依存してその振幅Ａ×ωが変動する特性を有する。そのため、前記ＡＢＳ微分信号を、車輪の回転速度Ｖｗを考慮せずに後述する第３の角度信号生成ステップを行った場合には、車輪の回転速度毎に周期が変わる結果、角度信号の誤差が大きくなって精度が低下するという問題が生じる。

そこで前記角度信号生成部３において定振幅演算ステップを行い、前記ＡＢＳ微分信号を、車輪の回転速度Ｖｗによって変動しない一定振幅のＡＢＳ微分信号に変換する。そして、この一定振幅のＡＢＳ微分信号を用いて、第３の角度信号生成ステップを行う。なお本例では、前記第２の角度信号生成ステップにおけるＡＢＳ微分信号にも、前記一定振幅のＡＢＳ微分信号を用いている。

前記定振幅演算ステップは、前記ＡＢＳ微分信号と、車輪の回転速度Ｖｗに応じた係数Ｋとを積算することにより、ＡＢＳ微分信号の振幅Ａ×ωを一定化する。具体的には、前記振幅Ａ×ωの逆数１／（Ａ×ω）を求め、この逆数１／（Ａ×ω）を前記係数Ｋとして前記ＡＢＳ微分信号に積算する。前記振幅Ａ×ωは、前記図７（Ｂ）に示すように、回転速度Ｖｗに対して略線形の関係を有し、従って、前記振幅Ａ×ωは、下記式（３）のように、回転速度Ｖｗの一次式で近似させることができる。式中のａ、ｂは定数であり、事前テストにより予め求めることができる。
Ａ×ω＝ａ×Ｖｗ＋ｂ −−−（３）

従って、前記式（３）によって求まる振幅Ａ×ωの逆数Ｋを、ＡＢＳ微分信号の値に掛けることにより、回転速度Ｖｗによって変動しない一定振幅のＡＢＳ微分信号に変換することができる。

次に、前記一定振幅のＡＢＳ微分信号に対して、絶対値信号作成ステップの処理を行う。この絶対値信号作成ステップでは、図８に示すように、前記一定振幅のＡＢＳ微分信号の振幅中心Ｖｏを０として該一定振幅のＡＢＳ微分信号の絶対値からなる微分絶対値信号を作成する。

又第３の角度信号生成ステップでは、同図に示すように、前記ＡＢＳ微分値信号の波形頂点Ｊから１／８周期を位置ずれさせた位相位置における微分絶対値信号の値Ｍを閾値として前記微分絶対値信号を２値化し、これにより方形波状の２値化信号を求める。そしてこの２値化信号から、その立ち上がり及び立ち下がりであるエッジ位置を夫々検出し、このエッジ位置に同期してパルス信号を発生させることにより、このパルス信号である２値化のエッジパルスを、角度信号Ｐ５〜Ｐ８として生成させる。

この角度信号Ｐ５〜Ｐ８は、前記図６に一点鎖線で示すように、前記角度信号Ｐ１〜Ｐ４に対して１／８周期ずつ位置ずれし、従って、前記角度信号Ｐ１〜Ｐ８は、互いに１／８周期ずつ位相ずれした、即ち、一周期を均等に８分割するパルス信号として形成される。

次に、前記角度計算部４では、前記回転基準位置信号生成部１０からの回転基準信号を受け、この回転基準信号から角度信号Ｐのカウントを開始する。即ち、車輪一回転毎に前記角度信号Ｐをカウントすることができ、前記回転基準位置Ｑｏからの車輪回転角度を検出しうる。なお前記回転基準信号は、それまでカウントした角度信号Ｐのカウント数をリセットするリセット信号としても機能する。

このように本発明の車輪回転角度検出装置１は、角度信号生成部３による第１、第２の角度信号生成ステップにより、ＡＢＳ信号の一周期当たり１／４周期ずつ均等に位相を違えた４つの角度信号Ｐ１〜Ｐ４を生成することができる。従って、ＡＢＳ信号をそのまま車輪回転角度検出用の角度信号として用いた場合に比して、角度検出の分解能を４倍に高めることができる。即ち、ＡＢＳ信号が、例えば車輪一回転当たり４８周期の正弦波状波形をなす場合、分解能を１．８７５度に高めることができる。

又本例のように、角度信号生成部３により第１〜第３の角度信号生成ステップをさらに行う場合には、ＡＢＳ信号の一周期当たり１／８周期ずつ均等に位相を違えた８つの角度信号Ｐ１〜Ｐ８を生成することができる。従って、ＡＢＳ信号をそのまま車輪回転角度検出用の角度信号として用いた場合に比して、角度検出の分解能を８倍に高めることができる。即ち、ＡＢＳ信号が、例えば車輪一回転当たり４８周期の正弦波状波形をなす場合、分解能を約０．９４度に高めることができる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

１ 車輪回転角度検出装置
２ 受信部
３ 角度信号生成部
４ 角度計算部
５ 演算器
６ 車輪速センサ
７ 反射板
８ 光センサ
９ 回転基準位置設定手段
Ｔ 車輪
Ｔａ タイヤ
Ｔｂ ホイール
Ｖｗ 回転速度

Claims (4)

1. 車輪の回転速度を検出する車輪速センサから出力され、かつ車輪一回転につきＮ周期の正弦波状の波形をなすＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）信号を用いて、車輪回転角度を検出する車輪回転角度検出装置であって、
   （１）前記ＡＢＳ信号を受け取る受信部、
   （２）受け取ったＡＢＳ信号を時間について微分することにより、前記ＡＢＳ信号の波形よりも１／４周期の位相をずらした位相ずれ波形をなすＡＢＳ微分信号を生成する微分信号生成ステップと、
   前記ＡＢＳ信号をその振幅中心を閾値として２値化し、該ＡＢＳ信号の一周期の波形毎に前記２値化のエッジパルスの角度信号Ｐ１、Ｐ２を生成する第１の角度信号生成ステップと、
   前記ＡＢＳ微分信号をその振幅中心を閾値として２値化し、該ＡＢＳ微分信号の一周期の波形毎に前記２値化のエッジパルスの角度信号Ｐ３、Ｐ４を生成する第２の角度信号生成ステップとを行い、これにより前記ＡＢＳ信号の一周期の波形毎に、少なくとも前記４つの角度信号Ｐ１〜Ｐ４を含む角度信号Ｐを生成する角度信号生成部、および
   （３）車輪一回転毎に前記角度信号Ｐをカウントすることにより車輪回転角度を検出する角度計算部
   を有する演算器を具えることを特徴とする車輪回転角度検出装置。
2. 前記角度信号生成部は、
   前記ＡＢＳ微分信号の振幅中心を０として該ＡＢＳ微分信号の絶対値からなる微分絶対値信号を作成する絶対値信号作成ステップと、
   前記ＡＢＳ微分値信号の波形頂点から１／８周期を位置ずれさせた位相位置における微分絶対値信号の値を閾値として微分絶対値信号を２値化し、該ＡＢＳ微分信号の一周期の波形毎に前記２値化のエッジパルスの角度信号Ｐ５〜Ｐ８を生成する第３の角度信号生成ステップとを行い、
   これにより前記角度信号生成部は、前記ＡＢＳ信号の一周期の波形毎に、前記８つの角度信号Ｐ１〜Ｐ８からなる角度信号Ｐを生成することを特徴とする請求項１記載の車輪回転角度検出装置。
3. 前記角度信号生成部は、前記ＡＢＳ微分信号と、車輪の回転速度に応じた係数とを積算することにより、前記ＡＢＳ微分信号を、車輪の回転速度によって変動しない一定振幅のＡＢＳ微分信号に変換する定振幅演算ステップを含み、この一定振幅のＡＢＳ微分信号を用いて、前記第２の角度信号生成ステップ、および第３の角度信号生成ステップが行われることを特徴とする請求項２記載の車輪回転角度検出装置。
4. タイヤ又はホイールに取り付き該タイヤ又はホイールと一体回転する反射板と、この反射板を検出することにより車輪一回転毎の回転基準位置を設定する光センサとからなる回転基準位置設定手段を具えることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の車輪回転角度検出装置。

Images