(57)【要約】本発明は、回転可能な手段と、センサと、評価ユニットと、を備える装置に関する。手段はα個のマーキングを備える。手段が回転すると、マーキングは、センサによって検出される領域を周期的に通過する。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ている。評価ユニットは、すべての【数１】2021505872.tif 000050に対して、【数２】2021505872.tif 000051およびｔｉ＜ｔｉ＋１で、各信号に対して、信号の送信時点ｔｉ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】2021505872.tif 000052に対して、時間ｔに応じた関数ｎ（ｔ）を数式１で計算するように構成されている。評価ユニットは、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４】2021505872.tif 000053に対して、時間ｔに応じた関数ｍ（ｔ）を、数式２で計算するように構成されている。その際、定数Ｔでｔｋ≦ｔｊ-Ｔ＜ｔｋ＋１が適用されるように、【数５】2021505872.tif 000054が選択されている。【選択図】図３
2021505872.tif 000002
【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、α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】
2021505872.tif 000029
に対して、
【数２】
2021505872.tif 000030
およびｔｉ＜ｔｉ＋１で、各信号に対して、信号の送信時点ｔｉ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】
2021505872.tif 000031
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】
2021505872.tif 000032
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】
2021505872.tif 000033
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】
2021505872.tif 000034
その際、定数Ｔでｔｋ≦ｔｊ-Ｔ＜ｔｋ＋１が適用されるように、
【数７】
2021505872.tif 000035
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
【数８】
2021505872.tif 000036
に対して以下が適用され、
【数９】
2021505872.tif 000037
その際、
【数１０】
2021505872.tif 000038
が適用され、また
【数１１】
2021505872.tif 000039
が適用されるように
【数１２】
2021505872.tif 000040
が選択されていることを特徴とする、装置。
【請求項３】
請求項１または２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】
2021505872.tif 000041
で、以下が適用される、
【数１４】
2021505872.tif 000042
ことを特徴とする、装置。
【請求項４】
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α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】
2021505872.tif 000043
に対して、
【数１６】
2021505872.tif 000044
およびｔｉ＜ｔｉ＋１で、各信号に対して、信号の送信時点ｔｉ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】
2021505872.tif 000045
に対して、時間ｔに応じた関数ｎ（ｔ）を、以下で計算し、
【数１８】
2021505872.tif 000046
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】
2021505872.tif 000047
に対して、時間ｔに応じた関数ｍ（ｔ）を、以下で計算し、
【数２０】
2021505872.tif 000048
その際、定数Ｔでｔｋ≦ｔｊ-Ｔ＜ｔｋ＋１が適用されるように、
【数２１】
2021505872.tif 000049
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、α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】
2021505872.tif 000003
に対して、
【数２】
2021505872.tif 000004
およびｔｉ＜ｔｉ＋１で、各信号に対して、信号の送信時点ｔｉ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】
2021505872.tif 000005
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】
2021505872.tif 000006
【００１４】
信号の送信時点ｔｉ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】
2021505872.tif 000007
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】
2021505872.tif 000008
この場合、定数Ｔでｔ≦ｔｊ-Ｔ＜ｔｋ＋１が適用されるように、
【数７】
2021505872.tif 000009
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ｎｍｉｎ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ｎｍｉｎ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ｎｍｉｎ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】
2021505872.tif 000010
が適用される場合に、少なくとも１つの
【数９】
2021505872.tif 000011
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】
2021505872.tif 000012
この場合、
【数１１】
2021505872.tif 000013
が適用されるように、
【数１２】
2021505872.tif 000014
が選択されている。
【００２６】
検出された回転数が最小回転数ｎｍｉｎ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ｎｍｉｎ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ｔｉ、
【数１３】
2021505872.tif 000015
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】
2021505872.tif 000016
で、好適にはすべての時点ｔ´に対して
【数１５】
2021505872.tif 000017
で、以下が適用される。
【００２８】
【数１６】
2021505872.tif 000018
【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）ｔｓ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ｔｉ、
【数１７】
2021505872.tif 000019
は、走査インターバルｔｓ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】
2021505872.tif 000020
に対して以下のように計算される。
【００３５】
【数１９】
2021505872.tif 000021
【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】
2021505872.tif 000022
【００３８】
回転数の推移は連続的であるが、勾配ｍ（ｔ）は、ｔ３およびｔ４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】
2021505872.tif 000023
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】
2021505872.tif 000024
【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】
2021505872.tif 000025
に対して、以下のように計算される。
【００４１】
【数２４】
2021505872.tif 000026
その際、定数Ｔでｔｋ≦ｔｊ-Ｔ＜ｔｋ＋１が適用されるように、
【数２５】
2021505872.tif 000027
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ｔ１とｔ２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ｔ３に対して計算される。これにより、勾配ｍ（ｔ）が領域ｔ３≦ｔ＜ｔ４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ｎｍｉｎ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ｎｍｉｎ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ｎｍｉｎを参照して、勾配を決定する。したがって、ｔ３≦ｔ＜ｔ４のために、ｍ（ｔ）は以下のように計算される。
【００４４】
【数２６】
2021505872.tif 000028
この場合、Ｔは、簡略化のためにｔｓとしてパラメータ化されている。
【図１】
2021505872.tif 000055
【図２】
2021505872.tif 000056
【図３】
2021505872.tif 000057
【図４】
2021505872.tif 000058
【図５】
2021505872.tif 000059
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月10日(2019.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、α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】
2021505872.tif 000060
に対して、
【数２】
2021505872.tif 000061
およびｔｉ＜ｔｉ＋１で、各信号に対して、信号の送信時点ｔｉ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】
2021505872.tif 000062
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】
2021505872.tif 000063
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】
2021505872.tif 000064
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】
2021505872.tif 000065
その際、定数Ｔでｔｋ≦ｔｊ-Ｔ＜ｔｋ＋１が適用されるように、
【数７】
2021505872.tif 000066
が選択され、
少なくとも１つの
【数８】
2021505872.tif 000067
に対して以下が適用され、
【数９】
2021505872.tif 000068
その際、
【数１０】
2021505872.tif 000069
が適用され、また
【数１１】
2021505872.tif 000070
が適用されるように
【数１２】
2021505872.tif 000071
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】
2021505872.tif 000072
で、以下が適用される、
【数１４】
2021505872.tif 000073
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α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】
2021505872.tif 000074
に対して、
【数１６】
2021505872.tif 000075
およびｔｉ＜ｔｉ＋１で、各信号に対して、信号の送信時点ｔｉ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】
2021505872.tif 000076
に対して、時間ｔに応じた関数ｎ（ｔ）を、以下で計算し、
【数１８】
2021505872.tif 000077
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】
2021505872.tif 000078
に対して、時間ｔに応じた関数ｍ（ｔ）を、以下で計算し、
【数２０】
2021505872.tif 000079
その際、定数Ｔでｔｋ≦ｔｊ-Ｔ＜ｔｋ＋１が適用されるように、
【数２１】
2021505872.tif 000080
を選択し、
少なくとも１つの
【数２２】
2021505872.tif 000081
に対して以下を適用し、
【数２３】
2021505872.tif 000082
その際、
【数２４】
2021505872.tif 000083
を適用し、また
【数２５】
2021505872.tif 000084
を適用するように
【数２６】
2021505872.tif 000085
を選択することを特徴とする、方法。
【国際調査報告】
2021505872.tif 000086
2021505872.tif 000087
2021505872.tif 000088
2021505872.tif 000089
2021505872.tif 000090
2021505872.tif 000091