(57)【要約】【課題】他の変化する磁気源によってノイズが生じている環境において、強磁性体部分によって放出された磁界の測定から強磁性体部分の周期運動に関係する情報を抽出するシステム及び方法を提供する。【解決手段】交流成分を含む少なくとも一つの交流発電機６によるノイズを有する環境下で、強磁性体部分の周期運動を測定するシステムであって、前記強磁性体部分の前記周期運動に対応する信号値を検出する磁力計４２と、交流発電機６の電流に対応する対応値を検出するセンサと、前記信号値に含まれ、交流発電機６に起因するノイズの推定値を前記対応値に基づいて算出するフィルタ８と、前記信号値から前記推定値を減じる減算器４６とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流成分を含む少なくとも一つの電源によるノイズを有する環境下で、強磁性体部分の周期運動を測定するシステムであって、
前記強磁性体部分の前記周期運動に対応する信号値を検出する少なくとも一つの磁力計と、
前記電源の電流に対応する対応値を検出するセンサと、
前記信号値に含まれ、前記電源に起因するノイズの推定値を前記対応値に基づいて算出する算出手段と、
前記信号値から前記推定値を減じる減算手段と
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記対応値は電圧値であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記算出手段は少なくとも一つのウィーナーフィルタを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記磁力計は、他の周期運動している強磁性体部分よりも、周期運動を測定すべき強磁性体部分に近い位置に設けられていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のシステム。
【請求項５】
複数の強磁性体部分の周期運動に対応する信号値をそれぞれ検出する磁力計を複数備え、
各磁力計が検出する信号値に対応して、前記算出手段及び減算手段を複数備えることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載のシステム。
【請求項６】
一の磁力計によって検出された信号値に含まれ、該信号値が検出される強磁性体部分とは異なる強磁性体部分に起因するノイズの推定値を算出する手段と、
前記信号値から前記推定値を減じる手段と
を備えることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載のシステム。
【請求項７】
交流成分を含む前記電源は、車両のエンジンに付随する交流発電機であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載のシステム。
【請求項８】
交流成分を含む前記電源の電流は、電気モータの交流電流であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載のシステム。
【請求項９】
交流成分を含む少なくとも一つの電源によるノイズを有する環境下で、少なくとも一つの強磁性体部分の周期運動を推定する方法であって、
少なくとも一つの前記強磁性体部分の周期運動に基づく磁界に対応する画像を検出するステップと、
前記電源の電流に対応する画像を検出するステップと、
前記磁界に対応する画像に相関フィルタリングを適用し、前記電源の影響を除去するステップと
を有することを特徴とする方法。
【請求項１０】
一の強磁性体部分の周期運動に基づく磁界に対応する画像につき、他の強磁性体部分に起因するノイズを、該強磁性体部分の周期運動に基づく磁界に対応する画像に基づき、相関フィルタリングによって除去することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体として、強磁性体部分によって発生する磁界を用いてその部分の周期運動と関連する量（速度、位置等）を測定するシステム及び強磁性体部分の周期運動を推定する方法に関する。本発明は、さらに具体的には、強磁性体部分の回転運動に関連する測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車輪の回転速度を測定するために磁界測定を用いることは知られている。例えば、特許文献１においては、車輪の近くに磁気センサを取り付け、その強磁性特性図を使い、それによって車輪の回転速度を推定する検出方法及び装置を説明している。車輪の近くの他の磁気源（シャーシ、ドア等）の影響を減らすために、車輪の近くに取り付けた数個のセンサで発生する信号の示差測定が適用される。このようにして、近隣にあり、固定した値を有する磁気源で発生する磁界成分は除去される。
【０００３】
磁界の測定によって自動車エンジンの強磁性体部分（例えばクランクシャフト、カムシャフト等）の回転に関係する情報を抽出できることが望まれている。
クランクシャフト又はカムシャフトの角度位置は、現在は光学的なエンコーダによって測定されている。このようなエンコーダは、測定を乱す土から隔絶しなければならない。このため複雑な実装を要する。
しかしながら、他の車両要素の運動を推定するために、特にエンジンの回転要素の運動を解析するために、車輪用として知られている磁気システムに置き換えることには課題がある。それは、回転測定が実行されるのが望ましい部分の磁界に対して無視できない大きさを有し、変化する他の磁界が測定を乱すからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第８２８１６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、他の変化する磁気源によってノイズが生じている環境において、強磁性体部分によって放出された磁界の測定から強磁性体部分の回転に関係する情報を抽出するシステム及び方法を提供することである。
さらに一般的には、本発明の実施形態の目的は、一又は数個の変化する磁気源によってノイズが生じている環境において、強磁性体部分の周期運動を解析することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの及び他の目的のすべて又は一部を達成するために、本発明に係るシステムは、交流成分を含む少なくとも一つの電源によるノイズを有する環境下で、強磁性体部分の周期運動を測定するシステムであって、前記強磁性体部分の前記周期運動に対応する信号値を検出する少なくとも一つの磁力計と、前記電源の電流に対応する対応値を検出するセンサと、前記信号値に含まれ、前記電源に起因するノイズの推定値を前記対応値に基づいて算出する算出手段と、前記信号値から前記推定値を減じる減算手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るシステムは、前記対応値は電圧値であることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るシステムは、前記算出手段は少なくとも一つのウィーナーフィルタを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るシステムは、前記磁力計は、他の周期運動している強磁性体部分よりも、周期運動を測定すべき強磁性体部分に近い位置に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るシステムは、複数の強磁性体部分の周期運動に対応する信号値をそれぞれ検出する磁力計を複数備え、各磁力計が検出する信号値に対応して、前記算出手段及び減算手段を複数備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るシステムは、一の磁力計によって検出された信号値に含まれ、該信号値が検出される強磁性体部分とは異なる強磁性体部分に起因するノイズの推定値を算出する手段と、前記信号値から前記推定値を減じる手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るシステムは、交流成分を含む前記電源は、車両のエンジンに付随する交流発電機であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るシステムは、交流成分を含む前記電源の電流は、電気モータの交流電流であることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る方法は、交流成分を含む少なくとも一つの電源によるノイズを有する環境下で、少なくとも一つの強磁性体部分の周期運動を推定する方法であって、少なくとも一つの前記強磁性体部分の周期運動に基づく磁界に対応する画像を検出するステップと、前記電源の電流に対応する画像を検出するステップと、前記磁界に対応する画像に相関フィルタリングを適用し、前記電源の影響を除去するステップとを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る方法は、一の強磁性体部分の周期運動に基づく磁界に対応する画像につき、他の強磁性体部分に起因するノイズを、該強磁性体部分の周期運動に基づく磁界に対応する画像に基づき、相関フィルタリングによって除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、他の変化する磁気源によってノイズが生じている環境において、強磁性体部分によって放出された磁界の測定から強磁性体部分の回転に関係する情報を正確に抽出することができる。
本発明の前述及び他の目的、特徴、ならびに利点を、添付する図面とともに以下の具体的実施形態の非限定の説明で詳細に述べる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態によるエンジンの回転要素の運動を測定するシステムを備える自動車の簡略平面図である。
【図２】自動車を例とした可動要素の部分的な簡略斜視図である。
【図３】本発明の実施モードを図示したブロック図である。
【図４】図３のシステムで得た応答の例をタイミング図の形で図示したものである。
【図５】本発明の他の実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
異なる図面間で同一の要素は同じ参照数字で示す。明確にするために、本発明の理解に有用な要素及びステップのみ示して説明する。特に、１又は数個の軸に沿って情報を提供することができる磁力計の実際の形態については詳細には説明しない。本発明の磁力計は通常の磁力計と互換性がある。さらに、解析された周期運動に関係する情報の利用についても詳細には説明しない。本発明は周期運動に従う部分の速度、位置等の測定の通常の利用に適用できる。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態による、エンジンの強磁性体部分の回転運動を解析するシステムを備えた自動車１の簡略平面図である。
図１の例では、車両のエンジン２のカムシャフト（図１では示していない）の回転速度を測定するのが好ましい。
【００２０】
図２は、自動車エンジン２の中に搭載された可動要素を示す、部分的な簡略斜視図である。図２の例では、エンジンはダブル・オーバーヘッド・カムシャフト２１及び２３を有する。エンジンのクランクシャフト２５、ピストン２７、クランクシャフトの端にあるドライブ・シャフト２９、及びそれぞれのシリンダに付随する吸気及び吹き出しバルブ３１も図２に示している。これらの要素は、他の実施形態により解析される周期運動を有するエンジン要素に属している。ドライブ・シャフト２９は、図示していないがタイミング・ベルトを駆動し、タイミング・ベルトはカムシャフト２１及び２３に付随しているものの中の歯車２１２及び２３２にかみ合っている。ドライブ・シャフト２９によって駆動される別のベルト（図１の６２）は、バッテリ７の再充電を目的とする交流発電機６を駆動するのに使われる。
【００２１】
図１の実施形態では、磁力計（磁気センサ）４２をエンジン２のフレーム２２の上に、クランクシャフトに近づけて取り付け、磁力計４２が再生した信号を解釈及び解析回路５に結線４４を介して送る。
【００２２】
本発明者は、エンジンの回転強磁性体要素の近くに取り付けた磁力計による測定上の主なノイズ源は交流発電機で発生し、さらに具体的には、それが交流成分を伴う電源を形成することにより発生することを発見した。
さらには、示差測定法のための付加的な磁気センサを使用する必要性なく、この交流成分は交流発電機の電圧の測定で決め得る。
【００２３】
従って、本発明の実施形態によれば、交流発電機の電圧の測定から交流発電機の電流の値（電流の画像、波形）を得て、磁力計４２により生成された信号上にある交流発電機によって生成されたノイズを除去することが可能となる。
通常、カムシャフトにできるだけ近くなるように磁力計４２をエンジン・フレームに取り付けることにより、１マイクロテスラのオーダーの大きさを有する磁界が検出される。交流発電機が原因のこの磁力計４２の乱れは、同じオーダーの大きさであり、従って無視することはできない。
【００２４】
交流発電機が原因のノイズの除去により、有用な信号が十分に得られる。特に、磁力計４２がカムシャフトに十分近く取り付けられた場合（図２の例ではエンジンの上部に）、他の回転源で発生するノイズは無視することができ、測定を阻害しない。
逆の場合は、少なくとも一つの第２の磁力計を使って、１又は数個の無視できないノイズ源のノイズを推定する。例えばクランクシャフトでノイズが発生する場合、クランクシャフトにできるだけ近いように（図２の例ではエンジンの底に）磁力計をフレームに取り付ける。後に図５に関連して分かるように、この第２の磁力計で発生する信号はクランクシャフトで発生するノイズを抽出するのに使用される。
【００２５】
図３は、磁力計４２で発生した信号ｍがいわゆる相関フィルタリング技術によってフィルタリングされ、交流発電機６が原因のノイズを除去する、本発明の実施形態を図示したブロック図である。測定信号は、交流発電機６からバッテリ７へ流れる電流で発生する磁界によって乱されていると考える。バッテリ７は直流電圧を蓄積するが、交流発電機６で発生する電流（又はバッテリの電圧）は交流成分を有する。
図３で示すように、磁力計４２によって測定される信号は、カムシャフトの磁界を表す有用な信号ｕに交流発電機６で発生するノイズ信号ｂを加えた信号ｍに対応すると考えられる。
ここで、さらにノイズを含む信号ｍに注目すると、有用な信号ｕとは独立の（有用な信号に相関しない）ノイズｂに関係する情報が利用できる。この信号はバッテリ７の電圧に対応しており、測定が可能で、またカムシャフトの磁界によって影響されていない。その場合、バッテリ電圧ａからノイズｂの推定値ｅｂ６を得ることができる伝達関数ｆを有するフィルタ８（例えばいわゆるウィーナーフィルタ）を決めることが可能となる。次いで、減算器４６により、測定された信号ｍから推定値ｅｂ６を差し引き、有用な信号ｕを再生する。信号ｕはカムシャフトによって生成された磁界だけを表している。
【００２６】
伝達関数ｆは、ｆ（ν）＝Ｓｍａ（ν）／Ｓａａ（ν）で表すことができ、ここでＳｍａ（ν）はバッテリ電圧の観測値ａとノイズを含む測定値ｍの間の相互パワースペクトル密度を表し、Ｓａａ（ν）は信号ａの平均パワースペクトル密度を表す。
いわゆる「ノイズのみ」の参照（基準）が利用でき、ノイズの寄与を除去するための相関フィルタリング技術が知られている。例えば、D. BAUDOIS, A. SILVENT (Septieme colloque sur le traitement du signal et sesapplications, Nice, France, May 28 to June 2, 1979)による「Application du correlofiltre a l'elimination de raies en presence de bruit stationnaire」という記事が参照できる。
【００２７】
図４は、図３に示した有用な信号ｕを抽出するためのシステムの動作を図示したものである。カムシャフトによって生成された磁界を表している有用な信号ｕの例を図面の上方に示し、磁力計４２によって測定されたノイズを含む信号ｍを下方に示した。図３の例では、測定された信号（約−０．１μＴと約０．１μＴの間で振動している）に対する有用な信号（約０．１μＴと約０．２５μＴの間で振動している）の参照レベルのシフトを仮定している。
【００２８】
速度、角度位置、加速度、及び他の情報を推定するための有用な信号ｕの解釈は、時間及び位置の基準に基づく信号処理のみを必要とする。例えば位置の基準（参照）は製造での較正によって得られる。変形例として、トレーニングの手順を実施することができる。
交流発電機６が持続的に回転していない場合（例えば電気自動車の場合）、交流発電機が原因となるノイズはそれが動作していない期間は考慮に入れない。
【００２９】
図５は、いくつかの磁力計４２及び４８が、異なった回転をしている金属部分の近くに取り付けられ得ることを図示した、他の実施形態のブロック図である。例えば、カムシャフトの近くに取り付けた磁力計４２に加えて、別の磁力計４８をクランクシャフト（図２の２５）の近くに取り付け、その角度位置又は速度を測定する。カムシャフトの場合と同様に、測定された信号ｍ’上の主なノイズは交流発電機６で発生する。したがって、測定された信号ｍ’のフィルタリングは、バッテリ電圧の測定値ａから推定されたノイズ成分ｅｂ’６を除去するよう動作しなければならない。センサ４２及び４８は交流発電機６から同じ距離ではないため（またさらには、おそらく同じ方向ではないため）、フィルタ８’の伝達関数ｆ’はカムシャフトのフィルタ８の伝達関数とは異なる。減算器４６及び４６’によって供給された有用な信号ｕ及びｕ’は、次に信号処理回路５２及び５４（ＳＰ）によって使用され、その結果カムシャフト及びクランクシャフトの運動に関係する情報が電子回路５、例えば車両のオンボード・コンピュータに送られる。
【００３０】
交流発電機が原因のノイズをフィルタリングした後の再生されたカムシャフトの信号ｕに、他の強磁性体源が原因の大きなノイズがまだ残っている場合、同様な相関フィルタリング技術を適用してその寄与を除去することが可能である。その機能は図５に点線で図示しており、カムシャフトに付随した磁力計４２によって測定された信号上に、無視できないノイズをクランクシャフトが導入すると考えられる。この場合、減算器４６’によって供給された信号ｕ’は、クランクシャフトに基づくノイズ単体成分を表していると考えられ、上述と同じ方法で計算されたウィーナーフィルタＦ４８を用いて、磁力計４２で発生する信号へのそのノイズの寄与を推定（信号ｅｂ４８）することは可能であり、測定された信号ｍからそれを減算器４６’’により差し引くことができる。
【００３１】
他のセンサをさらに他の要素に付随させることもできる。
本発明の利点は、磁力計を回転している強磁性体部分の近くに配置することにより、交流成分を伴う電源が原因の無視できないノイズがあったとしても、簡単な方法で情報が得られることである。
エンジンの環境で必然的に発生してしまう泥汚れに影響されず、磁界測定によってエンジン部分の運動を解析することが可能となる。
【００３２】
別の利点は、交流発電機のノイズの除去には、バッテリ電圧の測定に基づく信号処理だけを必要とすることである。特に、交流発電機のノイズを除去するのに磁力計は必要ない。
自動車への応用に関して本発明を上記で説明してきたが、より一般的には、強磁性体部分が回転し、また該強磁性体部分が交流成分を含む電源に近い限り、本発明を適用することができる。例えば機械ツールの場合、例え前記磁界がモータの交流電源電流によって乱されていても、磁力計によって得られた磁界からモータシャフトの位置又は速度に関係する情報を抽出することが可能である。
【００３３】
様々な実施形態を説明してきた。当業者は様々な変更、修正、及び改善を思い付くであろう。特に、強磁性体要素に近い磁力計のそれぞれの位置の選択は、情報の抽出が必要な部分の形状及びその環境に依存する。所定部分の磁界の測定が目的の磁力計は、いかなる他の運動している強磁性体部分よりも、その部分に近く取り付けられるのが好ましい。
【００３４】
さらに、本発明は強磁性体部分当たり一つの磁力計を使う例に関して説明してきたが、他の用途での多軸測定の利用と同様に、異なる方向を有する数個の磁力計又は多軸磁力計を使ってさらなる情報を抽出することができる。例えば、異なる方向のいくつかのセンサの使用は、いわゆる独立成分解析（信号）源分離手法の実施が可能となる。参考文献として、例えば、エルゼビア社（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ）のＳｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ２４（１９９１）１−１０で発表されているＣ．Ｊｕｔｔｅｎ及びＪ．Ｈｅｒａｕｌｔによる「Ｂｌｉｎｄ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｏｕｒｃｅｓ，  Ｐａｒｔ  Ｉ：Ａｎ  ａｄａｐｔａｔｉｖｅ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｎｅｕｒｏｍｉｍｅｔｉｃ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ」という記事がある。
【００３５】
さらに、本発明の実際の実施は、上述した機能的な指示及び通常の信号処理ツールに基づいた当業者の能力の範囲内でできる。特に、例として紹介した相関フィルタリング技術は、他の類似の信号処理技術で置き換えることができ、説明した機能性を守るようにされる。さらに、信号処理はアナログ及び／又はデジタル処理とされ得る。
【００３６】
このような変更、修正、及び改善は本開示の一部であり、本発明の精神及び範囲に含まれるように意図されている。従って、上述の説明はほんの一例であり、本発明を制限する意図はない。本発明は以下に記載された特許請求の範囲及びそれに均等なものにのみ制限される。
【符号の説明】
【００３７】
１  自動車
２  エンジン
２１、２３  カムシャフト
２５  クランクシャフト
２７  ピストン
２９  ドライブ・シャフト
５  解釈及び解析回路
６  交流発電機
７  バッテリ
８、８’  フィルタ
４２、４８  磁力計
４６、４６’、４６’’  減算器
５２、５４  信号処理回路
Ｆ４８  ウィーナーフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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