特許 7178411 回転数測定のための勾配決定

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-16

(45)【発行日】2022-11-25

(54)【発明の名称】回転数測定のための勾配決定

(51)【国際特許分類】

   G01P 3/44 20060101AFI20221117BHJP

【ＦＩ】

G01P3/44 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020530551

(86)(22)【出願日】2018-11-07

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-02-18

(86)【国際出願番号】 EP2018080423

(87)【国際公開番号】W WO2019110228

(87)【国際公開日】2019-06-13

【審査請求日】2021-08-17

(31)【優先権主張番号】102017221876.2

(32)【優先日】2017-12-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】500045121

【氏名又は名称】ツェットエフ、フリードリッヒスハーフェン、アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＺＦ ＦＲＩＥＤＲＩＣＨＳＨＡＦＥＮ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100186716

【弁理士】

【氏名又は名称】真能 清志

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス ウェンゼル

(72)【発明者】

【氏名】ラルフ ドライホルツ

【審査官】岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】特開平５－２０３６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２１０７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３０４３５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第５９１６２９５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｐ ３／００－ ３／８０

Ｇ０１Ｐ１５／００－１５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転可能な手段と、センサと、評価ユニットと、を備える装置であって、
前記手段は、a個のマーキングを備え、
前記手段が回転すると、前記マーキングは、前記センサによって検出される領域を周期的に通過し、
前記センサは、信号を前記評価ユニットに送信するように構成され、
前記評価ユニットは、すべての

【数1】

に対して、

【数2】

およびｔ_ｉ＜ｔ_ｉ＋１で、各信号に対して、信号の送信時点ｔ_ｉを割り当て、
前記手段の回転数のための測定として、すべての

【数3】

に対して、時間ｔに応じた関数ｎ（ｔ）を、以下で計算するように構成され、

【数4】

前記評価ユニットは、前記手段の回転数の勾配のための測定として、少なくとも１つの

【数5】

に対して、時間ｔに応じた関数ｍ（ｔ）を、以下で計算するように構成され、

【数6】

その際、定数Ｔでｔ_ｋ≦ｔ_ｊ－Ｔ＜ｔ_ｋ＋１が適用されるように、

【数7】

が選択され、
少なくとも１つの

【数8】

に対して以下が適用され、

【数9】

その際、

【数10】

が適用され、また

【数11】

が適用されるように

【数12】

が選択されていることを特徴とする、装置。

【請求項2】

請求項１に記載の装置であって、少なくとも１つの時点ｔ´に対して

【数13】

で、以下が適用される、

【数14】

ことを特徴とする、装置。

【請求項3】

回転可能な手段の回転数のための測定として、時間ｔに応じた関数ｎ（ｔ）を計算する方法であって、
前記手段はa個のマーキングを備え、
前記手段が回転すると、前記マーキングは、センサによって監視される領域を周期的に通過し、
前記センサは、信号を評価ユニットに送信するように構成され、
すべての

【数15】

に対して、

【数16】

およびｔ_ｉ＜ｔ_ｉ＋１で、各信号に対して、信号の送信時点ｔ_ｉを割り当て、
前記手段の回転数のための測定として、すべての

【数17】

に対して、時間ｔに応じた関数ｎ（ｔ）を、以下で計算し、

【数18】

前記手段の回転数の勾配のための測定として、少なくとも１つの

【数19】

に対して、時間ｔに応じた関数ｍ（ｔ）を、以下で計算し、

【数20】

その際、定数Ｔでｔ_ｋ≦ｔ_ｊ－Ｔ＜ｔ_ｋ＋１が適用されるように、

【数21】

を選択し、
少なくとも１つの

【数22】

に対して以下を適用し、

【数23】

その際、

【数24】

を適用し、また

【数25】

を適用するように

【数26】

を選択することを特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の上位概念による装置、および請求項４の上位概念による方法に関する。

【0002】

測定量の導関数は、多数のアプリケーションにおいて使用される。そのために、単純な差分商、または、例えばサビツキィ‐ゴレイ（Savitzki-Golay）フィルタ等のデジタルフィルタの、いずれかが使用される。ＤＴ１素子を、単純な調整技術要素として使用することができる。全ての導関数形成に共通するのは、基本信号内のノイズが導関数の強いノイズにつながることである。導関数が、例えば大きなウィンドウ幅を有するデジタルフィルタ、または高い時定数を有するＤＴ１素子によって、フィルタリングされる場合、入力信号とこの信号の導関数との間に、位相シフトが発生する。

【0003】

回転数を決定する一般的な方法は、回転するセンサホイールの輪郭を検出して評価することに基づく。この目的ために、例えば、デッドタイム測定によって、時間帯ごとにセンサを通過する歯の数を決定することができる。センサを通過する最後の２つの歯の間の時間間隔が、決定される。

【0004】

センサ信号の走査の実現可能な周波数は、技術開発により常に上昇している。走査周波数がより高くなると、より厳しい要件を伴うが、回転数勾配をより正確に決定できるようになる可能性も高まる。従来のソフトウエアアプリケーションでは、１０ｍｓごとに回転数が検出される。ステップ幅を、例えば１ｍｓに低減すると、計算上、一定の回転数の場合に走査時間帯ごとにセンサを通過するのは、センサホイールのマーキングの１０分の１のみである。したがって、センサホイールの回転数およびマーキングの数に応じて、歯がセンサホイールを通過しない、つまり新たな回転数情報が存在しないタイムステップが著しく増加する。しかしながら、回転数勾配を連続的に計算する際には、新たな回転数情報のない時点でも信号が生成可能でなければならない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の課題は、従来技術から既知の解決策に内在する欠点を除去することである。特に、位相シフトが可及的に僅かであり、かつ信号ノイズが可及的に少ない回転数勾配を提供すべきとする。静止状態から回転する際、また静止状態の方向へ回転する際には、回転数勾配を可及的に正確に検出可能とすべきである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この課題は、請求項１に記載の装置および請求項４に記載の方法によって解決される。好適な発展形態は、従属請求項に含まれている。

【0007】

この装置は、回転可能な手段と、センサと、評価ユニットと、を備える。この手段は、任意の角度で、特に３６０°を超える角度で、自由に、かつ無制限に回転可能である。

【0008】

この手段は、１つ以上のマーキングを備える。マーキングの個数は、aである。この手段は、シャフトまたは軸に、特に軸またはシャフト上に、相対回転不能に固定されたセンサホイールとすることができる。全周に穴が開いた穴あきディスク等が、センサホイールとして適している。２つの穴は、これら２つの穴の間を走るウェブによって分離される。歯車も、その歯がマーキングとしても使用されるため、センサホイールとして適している。

【0009】

特に誘導センサ、磁場センサ、または光電子センサが、センサとして適している。

【0010】

センサまたはセンサによって検出される領域は、マーキングと位置合わせされている。手段が回転すると、マーキングは検出される領域を周期的に通過する。これは、手段が３６０°回転するとき、各マーキングが、センサによって検出される領域を、厳密に１回通過することを意味する。

【0011】

マーキングは、それぞれ、マーキングの少なくとも一部が、領域に入り、領域を通過し、そして領域から再び出ることによって、センサによって検出される領域を通過する。マーキングが通過する際に、センサは信号を生成する。マーキングの少なくとも一部が領域に入り、領域を去るとき、またはマーキングの少なくとも一部が領域内に存在する間に、この信号を生成することができる。

【0012】

信号は、評価ユニットに送信される。評価ユニットは、すべての

【数1】

に対して、

【数2】

およびｔ_ｉ＜ｔ_ｉ＋１で、各信号に対して、信号の送信時点ｔ_ｉを割り当て、手段の回転数のための測定として、すべての

【数3】

に対して、時間ｔに応じた関数ｎ（ｔ）を、以下で計算するように構成されている。

【0013】

【数4】

【0014】

信号の送信時点ｔ_ｉは、マーキングがセンサによって検出される領域を通過する時点に相当する。

【0015】

本発明により、評価ユニットは更に、手段の回転数の勾配または変化のための測定として、少なくとも１つの、好適にはすべての

【数5】

に対して、時間ｔに応じた関数ｍ（ｔ）を、以下で計算するように構成されている。

【0016】

【数6】

この場合、定数Ｔでｔ≦ｔ_ｊ-Ｔ＜ｔ_ｋ＋１が適用されるように、

【数7】

が選択されている。

【0017】

したがって、本発明によれば、回転数勾配の決定には、マーキングがセンサによって検出される領域を通過した時点に対して決定された回転数のみが含まれる。時点の間には、少なくともＴの時間インターバルが存在する。

【0018】

多くの用途において、回転可能な手段の静止状態への減速および静止状態からの動きが、特に興味深い。本発明による方法の助けによって、静止状態から動く際に、勾配値が迅速に形成される。

【0019】

特に、回転数が遅い場合、勾配を形成するために参照される時点間の間隔が大きくなるため、信号が著しく改良される。次いで、可能な限り勾配の実際値を決定するために、より少ないセンサ情報を用いて勾配が形成される。極めて回転数が小さい場合、存在する最後の２つのセンサ信号を介して勾配が形成される。

【0020】

本発明による方法は、回転数がより高い場合、つまりセンサ信号が十分に短い時間間隔で存在する場合、隣接する走査ステップを介してではなく、マーキングがセンサによって検出される領域を複数回通過することをカバーするパラメータ化可能な時定数Ｔを介して、勾配が形成されることを特徴とする。そのため、勾配形成に関与するセンサ信号のノイズ成分が低減される。

【0021】

本発明に従って、速度勾配を差分商として決定する代わりに、可変ウィンドウ幅を有するデジタルフィルタを使用することが考えられる。これは、測定値の可変数に相当する。したがって、考慮されるタイムスパンの最初と最後の値だけでなく、いくつかの値が、勾配を決定するために使用される。

【0022】

検出される最小回転数ｎ_ｍｉｎを定義することが一般的である。そこから導出されるタイムスパンで、マーキングが、センサによって検出される領域を通過しない場合、静止しているとみなされる。この場合、理論的に決定された回転数は、それにもかかわらず勾配決定のために保存される。値０が勾配として出力される。

【0023】

回転可能な手段が、長時間静止した後に再び回転を開始すると、その回転のために、マーキングがセンサによって検出される領域に入る。静止のために、このマーキングの検出と、センサによって検出される領域を通過した最後のマーキングとの間の時間間隔は、非常に大きい。これは、最小回転数ｎ_ｍｉｎ未満の回転数に相当するであろう。したがって、評価ユニットは、回転数として値０を計算することになる。同様に、回転数勾配も０になるであろう。

【0024】

次のマーキングが、センサによって検出される領域を通過すると、最後に検出された２つのマーキングに基づいて計算された平均回転数が、最小回転数ｎ_ｍｉｎを超えることが予想される。ここで回転数勾配が差分商として形成されると、高すぎる値が算出される。これを回避するために、好適には、評価ユニットが、

【数8】

が適用される場合に、少なくとも１つの

【数9】

に対して以下を計算するように、更に構成されている。

【0025】

【数10】

この場合、

【数11】

が適用されるように、

【数12】

が選択されている。

【0026】

検出された回転数が最小回転数ｎ_ｍｉｎ未満である場合、実際に検出された回転数ではなく、最小回転数ｎ_ｍｉｎが、勾配を計算するために参照される。その結果、対応してより小さく、より良好に現実の回転数推移を反映する回転数勾配の推移が得られる。

【0027】

時点ｔ_ｉ、

【数13】

の間のギャップは、好適な発展形態において補間される。そのため、発展形態により、少なくとも１つの時点ｔ´に対して

【数14】

で、好適にはすべての時点ｔ´に対して

【数15】

で、以下が適用される。

【0028】

【数16】

【0029】

本発明による方法は、本発明による装置の評価ユニットによって、または好適な発展形態によって実施される上述の方法である。

【0030】

好適な実施形態は、図に示されている。この場合、一致する符号は、同一の特徴、または機能的に同一の特徴を示す。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】従来技術から既知の、勾配を決定する第１方法を示す図である。

【図2】従来技術から既知の、勾配を決定する第２方法を示す図である。

【図3】時定数を用いた勾配を計算する方法を示す図である。

【図4】静止状態からの回転を示す図である。

【図5】改良された方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

図１乃至図５において、時間ｔに応じた回転数関数ｎ（ｔ）および回転数勾配ｍ（ｔ）の推移が示されている。計算された勾配ｍ（ｔ）に対応する回転数ｎ（ｔ）の仮定の推移は、点付きで示されている。

【0033】

回転するセンサホイールは、センサを用いて走査される。走査は、時間間隔（走査インターバル）ｔ_ｓで互いに続く離散的な時点に対して行う。センサホイールのマーキングがセンサによって検出される時点ｔ_ｉ、

【数17】

は、走査インターバルｔ_ｓの整数倍である。

【0034】

回転数関数ｎ（ｔ）は、図１乃至図４により、すべての

【数18】

に対して以下のように計算される。

【0035】

【数19】

【0036】

回転数勾配ｍ（ｔ）は、図１により、以下のような値になる。

【0037】

【数20】

【0038】

回転数の推移は連続的であるが、勾配ｍ（ｔ）は、ｔ_３およびｔ_４において、パルス状の偏向を有する。これは、以下のように、

【数21】

で、存在する最後の２つの回転数情報の差分商として勾配ｍ（ｔ）を形成することによって、防ぐことができる。

【0039】

【数22】

【0040】

図２に示される勾配ｍ（ｔ）は、その推移が平滑化されているにもかかわらず、ノイズの影響を受けやすく、回転数に依存する位相シフトを受ける。この問題は、図３に示すように、パラメータ化可能な時定数Ｔを介して勾配ｍ（ｔ）を形成することによって、解決される。勾配ｍ（ｔ）は、この場合、

【数23】

に対して、以下のように計算される。

【0041】

【数24】

その際、定数Ｔでｔ_ｋ≦ｔ_ｊ-Ｔ＜ｔ_ｋ＋１が適用されるように、

【数25】

が選択されている。

【0042】

図４は、静止状態からスタートするセンサホイールにおける回転数関数ｎ（ｔ）の推移を示す。破線は、実際の回転数推移を示す。時点ｔ_１とｔ_２との間の静止時間が長いため、実際の回転数をはるかに下回る回転数が、時点ｔ_３に対して計算される。これにより、勾配ｍ（ｔ）が領域ｔ_３≦ｔ＜ｔ_４においてピークを構成することになる。

【0043】

この種のピークは、図５に示すように、最小回転数ｎ_ｍｉｎを設定することによって除去することができる。時点ｔに対して、センサ信号から計算された回転数ｎ（ｔ）が最小回転数ｎ_ｍｉｎよりも小さい場合には、計算された回転数ｎ（ｔ）の代わりに最小回転数ｎ_ｍｉｎを参照して、勾配を決定する。したがって、ｔ_３≦ｔ＜ｔ_４のために、ｍ（ｔ）は以下のように計算される。

【0044】

【数26】

この場合、Ｔは、簡略化のためにｔ_ｓとしてパラメータ化されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】