(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転物体（Ｋ）が１つの規定の角度位置に達した時点（Ｔｊ、Ｔｊ−１）を回転数に同期して捕捉して、または回転物体（Ｋ）が１つの規定の角度位置に達した時点の間隔を回転数に同期して捕捉して、回転物体（Ｋ）の回転数勾配を求める方法において、
回転数勾配算出をまえもって定めた有効時点間隔（ｔＢ）で行う、
なお該有効時点間隔（ｔＢ）は、回転物体（Ｋ）が通常動作時に前記規定の角度位置に達する時間間隔よりも数倍大きい、
ことを特徴とする、回転物体の回転数勾配を求める方法。
【請求項２】
相前後する回転数勾配算出間の時間間隔は、回転物体（Ｋ）の回転数に依存しない、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記時間間隔は一定である、請求項２記載の方法。
【請求項４】
回転物体（Ｋ）が１つの規定の角度位置に達した時点（Ｔｊ、Ｔｊ−１）を回転数に同期して捕捉して、またはそれらの時点の間隔を回転数に同期して捕捉して、回転物体（Ｋ）の回転数勾配を求める装置において、該装置は、
回転数勾配算出をまえもって定められた有効時点間隔（ｔＢ）で行うように構成されている、
なお該有効時点間隔（ｔＢ）は、回転物体（Ｋ）が通常動作時に前記規定の角度位置に達する時間間隔よりも数倍大きい、
ことを特徴とする、回転物体の回転数勾配を求める装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、請求項１，３，７，８の上位概念に記載の方法および装置に関し、つまり回転物体が規定位置に達した時点またはそれらの時点の間隔を用いて、回転物体の回転数勾配を求める方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  ここで回転物体とは、たとえば内燃機関のクランクシャフトなどである。内燃機関のクランクシャフトには通常、クランクシャフトが規定位置に達する時点を求めることのできる検出システムが設けられている。【０００３】  この検出システムはたとえば、クランクシャフトに設けられている発信器ホイールおよびこの発信器ホイールにまえもって定められた位置を検出するセンサによって構成されている。【０００４】  図５にはこの種の検出システムが示されている。この場合、クランクシャフトには参照符号Ｋが付されており、発信器ホイールには参照符号Ｇが、さらにセンサには参照符号Ｓが付されている。発信器ホイールＧはクランクシャフトＫに取り付けられており、その外周には等間隔で配置された所定数Ｚ（この実例ではＺ＝４）の歯ＧＺが設けられている。センサＳの歯ＧＺの１つが通過するたびに、その結果を表すないしは通報する信号がセンサから送出される。この信号はたとえば、以下では回転数割り込みＤＺＩと称する割り込みリクエスト信号 Interrupt Request Signal として用いることができ、内燃機関を制御する自動車制御装置内に含まれているマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラに加えられ、通報された結果に対する所定の評価を実行させる。【０００５】  この評価はたとえば、（エンジン回転数に対応する）クランクシャフト回転数を求めることによって行うことができる。クランクシャフト回転数は、燃料噴射時点や噴射すべき燃料量を決定するために必要とされる。【０００６】  さて、歯ＧＺがセンサＳを通過する時点を用いることによって、所定の目的のために必要とされる回転数勾配を求めることもできる。【０００７】  クランクシャフトＫの角速度ω、角加速度α、回転数ｎならびに回転数勾配ｂに対する精確な値は、次式に従って計算することができる：【０００８】
【数１】
0005253695.tif 000002
【０００９】  ここで考察している形式のシステムではこの式を用いることはできない。なぜならばここでは、選択された僅かなクランクシャフト位置しか捕捉されないからである。それぞれ２つの検出可能なクランクシャフト位置の角度差を表すセグメント角φSegは、【００１０】
【数２】
0005253695.tif 000003
【００１１】となる。【００１２】  ここで、センサＳの前を１つの歯ＧＺが通過したこと（それに続いて生じる回転数割り込みＤＺＩ）を結果．．．ｋ−２，ｋ−1，ｋ、ｋ＋１．．．と表し、結果ｋ−１とｋの発生時間差をｔ（ｋ）と、さらに結果ｋ−２とｋ−１の発生時間差をｔ（ｋ−１）と表せば（図６参照）、考察しているシステムにおいて角速度ω（ｋ）、回転数ｎ（ｋ）および回転数勾配ｂ（ｋ）を次式を用いて計算することができる：【００１３】
【数３】
0005253695.tif 000004
【００１４】が成り立つ。【００１５】  ｔBは回転数ｎ（ｋ）とｎ（ｋ−１）の有効時点（個々の測定窓の中央、図６参照）の間隔である。ｔB（ｋ）に対ししばしばｔ（ｋ）が用いられる。【００１６】  考察中の実例では、回転数勾配はディジタル形式で動作するシステムにより計算されるので、その際に得られる値は実際の運用では不可避の量子化誤差に起因して誤差を伴うものである。【００１７】  回転数勾配ｂ（ｋ）において、全誤差は以下の通りとなる：【００１８】
【数４】
0005253695.tif 000005
【００１９】  式（１１）からわかるわかるように、そこで挙げられている全誤差Δｂは２つの個別の誤差から成り、つまり回転数差計算（式９参照）にあたり生じる誤差Δ（Δｎ）と、有効時点間隔ｔB計算（式１０参照）にあたり生じる誤差ΔｔB（ｋ）とから成る。【００２０】  誤差Δ（Δｎ）は、時間量子化と回転数量子化により生じる誤差の結果であり、ここで時間量子化により生じる誤差は考察中の実例では、【００２１】
【数５】
0005253695.tif 000006
【００２２】となり、回転数量子化により生じる誤差は考察中の実例では、【００２３】
【数６】
0005253695.tif 000007
【００２４】となる。【００２５】  回転数差Δｎは２つの回転数の差から計算され（式９）、したがって先に挙げた誤差Δ（Δｎ）1およびΔ（Δｎ）2を２回、Δ（Δｎ）において考慮しなければならない。このため誤差Δ（Δｎ）は、【００２６】
【数７】
0005253695.tif 000008
【００２７】となる。【００２８】  誤差Δ（ｔB（ｋ））は、時間測定における量子化に起因する。考察中の実例では、【００２９】
【数８】
0005253695.tif 000009
【００３０】となる。このため回転数勾配の全誤差は、【００３１】
【数９】
0005253695.tif 000010
【００３２】となる。【００３３】  式（１８）からわかるように、回転数勾配の全誤差Δｂは非直線的に回転数に強く依存しており高い回転数に対しかなりの値をとる。このことは図７に表されている。図７には、Ｚ＝４、ｂ＝６０００／ｍｉｎ／ｓについて回転数勾配誤差Δｂが回転数ｎに依存して示されている。【００３４】  多くの適用事例にとって、回転数勾配誤差Δｂの大きさや非線形性を許容できないのは自明であり、これ以上説明する必要はない。
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】  したがって本発明が基礎とする課題は、請求項１、３、７、８記載の方法および装置において、回転数勾配を求める際に生じる誤差の大きさおよび／またはそれと回転数との依存性を低減できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００３６】  本発明によればこの課題は、請求項１、３、７、８の特徴部分に記載の構成により解決される。これによれば、回転数勾配計算の基礎とする回転数差を、回転数差の基礎とする回転数を計算させた項の減算により形成する（請求項１）。または、回転数勾配計算をまえもって定めた時間間隔で行う（請求項３）。または、回転数勾配計算の基礎とする回転数差を、回転数差の基礎とする回転数を計算させた項の減算により形成する手段が設けられている（請求項７）。または、回転数勾配計算をまえもって定められた時間間隔で行わせる手段が設けられている（請求項８）。
【発明を実施するための形態】
【００３７】  上記の構成によれば、回転数勾配に及ぼされる量子化誤差の影響を抑えることができる。これにより、回転数勾配計算にあたり生じる誤差およびそれと回転数との依存性を格段に減少させることができる。
【００３８】  従属請求項、以下の説明ならびに図面には本発明の有利な実施形態が示されている。
【００３９】  次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【実施例】
【００４０】  以下で詳しく説明する方法および装置は、内燃機関のクランクシャフトにおける回転数勾配を求めるために用いられる。とはいえここでまえもって述べておくと、この方法および装置によって他のどのような回転物体の回転数勾配であっても求めることができる。【００４１】  回転数勾配の算出は考察する実施例では、内燃機関を制御する制御装置内で行われる。ここで制御装置は、検出システムにより捕捉されるクランクシャフトに関するデータまたは結果を評価する。【００４２】  また、検出システムは本実施例では、まえもって定められたクランクシャフト位置を回転数に同期して捕捉する検出システムである。本実施例ではこの検出システムは、クランクシャフトに設けられそれといっしょに回転する発信器ホイールと、位置固定されて配置されたセンサとを有している。この場合、発信器ホイールは、その外周に等間隔で配置された４つの歯を備えており、発信器ホイールにおけるそれらの歯が前を通過したことを上記のセンサが検出する。図５にはこの種の検出システムが描かれており、それを参照しながらすでに説明している。詳細な点に関しては、図５に関連した前述の説明を参照されたい。【００４３】  センサＳが歯ＧＺの通過を検出すると、センサはそのことを制御装置へ通報し、正確にいえば制御装置内に設けられたプログラミング制御されるユニットたとえばマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラなどへシグナリングする。結果を表すセンサＳの信号つまり通報を行う信号は、有利には割り込みリクエスト信号（既述の回転数割り込みＤＺＩ）として利用され、それに応答してマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラは、割り込みサービスルーチンを実行する。割り込みサービスルーチンは、通報された結果が到来した時点あるいは選考の結果との時間間隔を求めて記憶する。【００４４】  なお、クランクシャフトがまえもって定められた位置に達する時点、またはまえもって定められた各クランクシャフト位置に達する時点の間隔は、細部がこれとは異なる検出システムあるいは原理的に別の検出システムおよび／または検出法によって捕捉可能であることは、自明である。【００４５】  既述のようにしてまたは別のやり方で求められたクランクシャフト回転に関する情報を用いることで、クランクシャフト回転の回転数勾配を求めることができる。【００４６】  以下では、これについて３つの新規な方法を示す。それらの方法によって、これまで可能であったものよりも格段に向上した精度および／または直線性を伴って、回転数勾配計算を実現することができる。これらの新しい方法を、以下では方法Ａ、方法Ｂ、方法Ｃと称する。【００４７】  方法Ａによれば、回転数勾配の計算はこれまでどおり式【００４８】
【数１０】
0005253695.tif 000011
【００４９】に従って行われる。この場合、有効時点B（ｋ）の間隔は計算により、【００５０】
【数１１】
0005253695.tif 000012
【００５１】となる。しかしここではもはや、回転数差Δｎの計算によりｎ（ｋ）−ｎ（ｋ−１）とはならず、【００５２】
【数１２】
0005253695.tif 000013
【００５３】となる。【００５４】  式（２１）による回転数差Δｎは、【００５５】
【数１３】
0005253695.tif 000014
【００５６】ゆえに、たしかに式に関していえば回転数差Δｎ＝ｎ（ｔ）−ｎ（ｔ−１）に対応するけれども、この計算はもはや回転数ｎ（ｋ）とｎ（ｋ−１）を経て間接的に行われるのではなく、そのことを計算させることのできる項を介して直接行われ、つまり発信器ホイールの歯の個数Ｚと、それらの歯がセンサＳを通過する時点またはそれらの時点の時間間隔を（もっぱら）利用して行われる。このことで回転数計算にあたり、慣用の回転数勾配計算では回転数量子化により生じていた誤差つまり式（１３）による誤差Δ（Δｎ）2がなくなる。【００５７】  方法Ａによる回転数勾配計算によれば回転数勾配は計算により、【００５８】
【数１４】
0005253695.tif 000015
【００５９】となる。ここで全誤差は、【００６０】
【数１５】
0005253695.tif 000016
【００６１】となる。【００６２】  この誤差は、時間量子化における誤差だけに帰するものであり、ここで、【００６３】
【数１６】
0005253695.tif 000017
【００６４】となる。【００６５】  式（２５）中の一部分【００６６】
【数１７】
0005253695.tif 000018
【００６７】の導出を、回転数一定のときに成り立つ近似【００６８】
【数１８】
0005253695.tif 000019
【００６９】を用いて、【００７０】
【数１９】
0005253695.tif 000020
【００７１】のように簡単にすることができる。これにより方法Ａに従って計算される回転数勾配の全誤差は計算により、【００７２】
【数２０】
0005253695.tif 000021
【００７３】となる。【００７４】  図１にはこの誤差の経過特性が描かれている。図１には、Ｚ＝４、ｂ＝６０００／ｍｉｎ／ｓについて回転数勾配誤差Δｂが回転数ｎに依存して示されている。図１と図７の対比から明らかなように、方法Ａによる回転数勾配計算における回転数勾配誤差は、慣用の回転数勾配計算の場合よりも著しく僅かである。回転数勾配を先に挙げた方法Ｂに従って行うと、さらにいっそう相違が大きくなる。【００７５】  方法Ｂによれば、相前後する２つの角度セグメントφSegにおける回転数差がそのつど評価されるのではなく、まえもって定められた時間間隔で生じる回転数が利用される。【００７６】  方法Ｂによる回転数勾配計算は、次式に従って行われる：【００７７】
【数２１】
0005253695.tif 000022
【００７８】  ここでｊは、回転数勾配計算の時点に対する数値指標であり、ｔBは、回転数ｎ（ｊ）とｎ（ｊ−１）の有効時点の間隔であり、【００７９】
【数２２】
0005253695.tif 000023
【００８０】さらにＣ（ｊ）は、回転数勾配計算時点ｊにおいて生じるカウンタの計数状態であって、このカウンタは個々の回転数勾配計算時点でリセットされ、つまり時間に同期してリセットされ、センサＳが歯ＧＺの前を通過したことに応答してインクリメントされ、つまり回転数に同期してインクリメントされ、これについては以下が成り立つ；【００８１】
【数２３】
0005253695.tif 000024
【００８２】  方法Ｂによる回転数勾配計算に関与する量ならびにそれらの相互間の関係が、部分的に図２に描かれている。【００８３】  方法Ｂによる回転数勾配計算の場合、全誤差は【００８４】
【数２４】
0005253695.tif 000025
【００８５】となる。式（３９）からわかるように、そこに挙げられている全誤差Δｂは２つの個別の誤差から成り、すなわち回転数計算Δｎの計算（式３２参照）時に生じる誤差Δ（Δｎ）と、有効時点間隔ｔB（式３３参照）計算時に生じる誤差から成る。【００８６】  誤差Δ（Δｎ）は、時間量子化と回転数量子化により発生する誤差の結果として生じる。これは【００８７】
【数２５】
0005253695.tif 000026
【００８８】となる。【００８９】  誤差Δ（ｔB）は、時間測定時の量子化に起因する。本実施例では次式が成り立つ：、【００９０】
【数２６】
0005253695.tif 000027
【００９１】となる。【００９２】  式（４４）からわかるように、回転数勾配誤差はきわめて低く、回転数ｎに対し直線的な関係を有している。【００９３】  図３には、回転数勾配誤差Δｂの経過特性が描かれている。図３には、回転数勾配Δｂと回転数ｎとの関係がｔB＝２０ｍｓ、ｂ＝６０００／ｍｉｎ／ｓについて示されている。【００９４】  先に挙げた方法Ｃに従って回転数勾配を計算すれば、さらにいっそう僅かな回転数勾配誤差が得られる。【００９５】  方法Ｃは、既述の方法ＡとＢの組み合わせである。つまり回転数勾配計算は方法Ｂつまり式（３１）に従って行われるが、回転数差Δｎは式（３２）のように回転数ｎ（ｊ）とｎ（ｊ−１）を経て間接的に求めるのではなく、方法Ａで適用したやり方に従い、つまりφとＴに基づき回転数差を直接計算することにより求める。式（３４）と（３５）から出発して回転数差を計算すると、【００９６】
【数２７】
0005253695.tif 000028
【００９７】となる。【００９８】  ここでφ（ｊ）とＴ（ｊ）については式（３６）と（３７）が成り立つ。したがって回転数勾配は、【００９９】
【数２８】
0005253695.tif 000029
【０１００】となる。この場合、有効時点間隔ｔBは式（３３）に従って求めることができる。【０１０１】  方法Ｃによる回転数勾配の計算では次式の誤差が生じる：【０１０２】
【数２９】
0005253695.tif 000030
【０１０３】  時点Ｔ（ｊ）とＴ（ｊ−１）の差が最大になるのは、様々に多くのセグメントがその中にあるときである。このとき、【０１０４】
【数３０】
0005253695.tif 000031
【０１０５】となる。【０１０６】  方法Ｃによる回転数勾配計算時に生じる回転数勾配誤差は、多くの適用事例にとって無視できる程度に僅かであり、回転数ｎに対し完全に直線的な関係を有している。【０１０７】  図４には、回転数勾配誤差Δｂの経過特性が描かれている。図４には、回転数勾配Δｂと回転数ｎとの関係がｔB＝２０ｍｓ、ｂ＝６０００／ｍｉｎ／ｓについて示されている。【０１０８】  既述の方法ならびにその実行に適した装置によれば、回転数勾配計算時に発生する誤差を著しく低減することができ、および／または回転数に対し直線的な関係を生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  方法Ａによる回転数勾配計算において生じる誤差の大きさを回転数に依存して表した図である。
【図２】  方法Ｂによる回転数勾配算出に関与するパラメータを示した図である。
【図３】  方法Ｂによる回転数勾配算出において生じる誤差の大きさを回転数に依存して表した図である。
【図４】  方法Ｃによる回転数勾配算出において生じる誤差の大きさを回転数に依存して表した図である。
【図５】  回転物体の規定位置を回転数に同期して捕捉する検出システムを示す図である。
【図６】  慣用の回転数勾配算出に関与するパラメータを示した図である。
【図７】  慣用の回転数勾配算出において生じる誤差の大きさを回転数に依存して表した図である。
【符号の説明】  Ｓ  センサ
Ｋ  クランクシャフト
Ｇ  発信器参照ホイール
ＧＺ  発信器の歯
【図１】
0005253695.tif 000032
【図２】
0005253695.tif 000033
【図３】
0005253695.tif 000034
【図４】
0005253695.tif 000035
【図５】
0005253695.tif 000036
【図６】
0005253695.tif 000037
【図７】
0005253695.tif 000038