(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ要素を含むアクティブセンサと、変調器と、評価回路とを備え、回転状態を示す信号がステータス信号または追加信号と重ね合わされて評価回路に入力信号として供給される、ホイールの回転状態を検出するための装置において、
この装置がセンサモジュール（１）を備え、このセンサモジュールがセンサ要素（２；２．１〜２．４）、電源（４）および変調器（５）を含み、この変調器（５）がセンサ要素（２；２．１〜２．４）の信号とそれ以外の信号とに依存して、電源（４）を制御し、この電源がセンサモジュール（１）の出力信号として、回転状態を示す、回転状態に依存して生成される回転数パルス形式の回転数信号と、これらの回転数パルスの間に重ね合わされたステータス信号または追加信号とを評価回路（９）に供給することと、
このステータス信号または追加信号が、回転数信号の振幅を基準量とする異なる比率でコード化された形で評価回路（９）に供給されることと、
を特徴とする装置。
【請求項２】
センサモジュール（１）が信号線（７，８）を介して評価回路（９）に接続され、評価回路が信号線（７，８）を経て、当該の制御可能な電源を動作させるための動作電圧（ＶB）または電気エネルギーを供給することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
センサ要素（２；２．１〜２．４）が測定値ピックアップの形に形成され、この測定値ピックアップが空隙を介してエンコーダ（３）に磁気的に連結され、このエンコーダが回転状態を測定される物体と共に回転することを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
センサ要素（２；２．１〜２．４）が複数のセンサユニットを有し、これらの複数のセンサユニットが相異なる判断基準でエンコーダ（３）を走査するか、測定値を認識して、測定値が正しく認識されているかを監視するか、その両方を行うことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、センサ要素と、回転状態を示す、負荷と無関係の電流（２値電流信号）を供給する制御可能な電源と、評価回路とを備えた、ホイール（車輪）または他の回転体の回転状態を検出するための装置に関する。
この種の装置の特に重要な用途は、自動車コントロールシステム、例えばアンチロックコントロールシステム（ＡＢＳ）、トラクションスリップコントロールシステム（ＡＳＲ）、走行安定性コントールシステム（ＦＳＲ，ＡＳＭＳ）のための入力量としての車輪回転数の測定である。このような装置は機械装置の他の回転運動を測定するために同様に適している。
車輪の回転数を検出するための装置は既に多くの実施形が知られ、かつ市販されている。基本的には歯付きホイールまたはエンコーダの形をした測定値発信器と、測定値ピックアップからなる測定装置は、パッシブ（受動）またはアクティブ（能動）システムまたはセンサとして形成可能である。今までは、技術的および価格的な理由から、誘導形センサ、すなわちパッシブ測定装置が多く用いられてきたがしかし、アクティブセンサも重要になってきている。
ＷＯ９５／１７６８０（Ｐ７８０５）には、アクティブ回転数センサが記載されている。この文献では、測定装置は基本的には、ホイールと共に回転するエンコーダと、バイアス磁石として役立つ永久磁石を備えた磁気抵抗センサ要素と、集積回路に収容された信号処理回路とからなっている。センサの出力信号は中央の評価回路に供給される。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４３４１８０号公報（Ｐ７７４８）により、アクティブセンサの出力信号を評価するための回路装置が知られている。センサの出力信号は２値電流信号である。この電流信号の周波数は回転運動に関する情報を含んでいる。アクティブセンサは負荷と無関係な電流を供給する制御可能な電源である。アクティブセンサは所属の評価回路を介して車両バッテリに接続され、このバッテリから電気エネルギーを供給される。
車輪回転数センサを備えた自動車コントロールシステムの場合、一般的に、個々のアクティブセンサの出力信号は２芯ケーブルを経て中央の評価回路に案内される。この評価回路は自動車バッテリに接続され、２芯ケーブルを経てアクティブセンサの運転のための電気エネルギーが供給される。１芯ケーブルを使用し、電流を車体に通して案内することによって第２の芯線を置き換えることが既に提案された（Ｐ８６９３）。
ヨーロッパ特許出願公開第０７２７６６６号公報には、車輪の回転状態を検出するための装置が開示されている。この装置は１個のセンサ要素を含むアクティブセンサと、変調器と、評価回路を備えている。この評価回路には、入力信号として、回転動作を示す信号が、２値センサまたはアナログセンサの重ね合わされたステータ信号または追加信号と共に供給される。その際、アクティブセンサまたは２値センサの信号としてそれぞれ電圧信号が、このセンサの電圧供給のために役立つ導線を経て、アクティブセンサの変調器と２値センサの変調器から評価回路に供給される。
米国特許第４，０７６，３３０号明細書により、車両ブレーキのためのアンチロックコントロールのためのセンサ装置が知られている。この文献は特に、監視装置を開示している。この監視装置は、センサの故障時あるいは電子装置内で、適当なコントロールチャンネルまたはコントローラ全体を遮断する。それによって、重大な制動距離の延びまたはヨートルクを防止することができる。
本発明根底をなす課題は、感知される情報の測定および評価のための全体コストと、特に個々のセンサと評価回路の間のケーブル敷設コストを低減すること、あるいは個々のアクティブセンサと（中央の）評価回路の間の必要な敷設ケーブルの利用を改善することである。
この課題は、請求項１に記載された装置によって解決される。この装置の特徴は、装置がセンサモジュールを備え、このセンサモジュールがセンサ要素、電源および変調器を含み、この変調器がセンサ要素の信号と、外部の信号源から供給されるかまたは付加的な端子を経て供給される外部信号とに依存して、電源を制御し、電源がセンサモジュールの出力信号として、回転状態を示す、負荷と無関係の電流信号を評価装置に供給することにある。
すなわち、本発明による装置により、アクティブセンサと評価回路の間の敷設ケーブルの多重利用が可能である。そのために、特別なシステム概念が用いられる。このスシテム概念の場合、センサ要素と制御可能な電源を含むセンサモジュールが変調器を備え、この変調器が付加的な外部信号に依存して、負荷と無関係の電流を供給する電源を制御し、センサの出力信号に付加的な信号を作用させるかまたは重ね合せるかあるいは制御信号を加え、中央の評価回路に供給する。すなわち、ケーブルが多重に利用される。
評価回路にはデコーダまたは識別回路が含まれる。この識別回路は制御信号または追加信号を識別し、評価する。
本発明の有利な実施形では、センサモジュールが他の回路、すなわちオブザーバを含んでいる。このオブザーバはセンサモジュールと評価回路を接続する信号線に接続され、かつこの信号線を経て情報を受け取り、この情報に依存して、オブザーバは追加端子から供給される情報または信号の受入れまたは処理を制御または監視する。例えば、オブザーバが付加的な端子を経て供給される情報を、所定の時間または所定の条件下でのみ質問し、考慮するようにすることができる。
本発明の他の実施形では、センサ要素が異なる判断基準で測定値発信器またはエンコーダを走査するためおよびまたは測定値を冗長的に認識するために複数のセンサユニットを含んでいる。測定値を冗長的に認識する場合、例えば適切な機能を監視することができる。
本発明の他の実施形では、センサモジュールの追加端子に外部の信号源が接続され、この信号源がセンサ要素と関係なく、エンコーダの回転運動または他の回転する測定値発信器の回転運動から派生する信号を発生する。センサで検出された他のステータス信号も、センサモジュールの付加的な端子を経て供給可能であり、変調器と信号線を介して評価回路に伝送される。このステータス信号が伝送される前に変調器内で調整または評価すると有利である。この過程はオブザーバによってチェック可能である。
本発明の他の特徴、効果および用途は、図に基づく本発明の実施の形態の詳細な次の説明から明らかになる。
図１は本発明による装置の重要な構成要素の概略的なブロック図、
図２は図１の装置のセンサ要素の例を示す概略的なブロック図、
図３は図１の装置の付加的な端子を接続するための例を示す概略的なブロック図、
図４は図１に示した種類のセンサモジュールの構造の例を示す図、そして
図５は評価回路に伝達される信号の基本的な経過と変調の例を示すグラフであり、図５ａと５ｂは、従来技術のグラフを示し、図５ｃと５ｄは、図１の本発明による装置のグラフを示す。
図１に示すように、本発明の装置はセンサモジュール１を備えている。このセンサモジュールは、公知のごとくエンコーダ３に磁気的に接続されたセンサ要素２（Ｓ1）を備えている。エンコーダ３または測定値発信器は、歯付きディスクまたは磁気領域を備えたホイールの形に形成可能である。エンコーダは回転状態を測定する物体と共に回転し、センサ要素２に磁気的に接続されている。従って、センサ要素２は交番信号を発し、この信号の周波数はエンコーダ３の回転速度に対応する。
本発明はアクティブ（能動）センサに関する。従って、センサモジュールは制御可能な電源４を含んでいる。この電源は負荷と無関係の（印加された）電流を供給する。センサ信号を伝達するためには、設定された２つの電流振幅の間の変化で充分である。電流振幅の変化の周波数または時間は、測定すべき回転数に関する情報を含んでいる。
センサモジュール１は更に、変調器５（Ｍ）を備えている。この変調器はセンサ要素２（Ｓ1）の出力信号と、付加的な端子Ｋ５を経て外部の信号源から供給される情報とに依存して、電源４を制御する。従って、付加的な端子Ｋ５を経て供給され、必要な場合には処理または評価される付加的な信号（ステータス信号でもある）は、回転数を示す２値電流信号に重ね合せられる。
図１に示した実施の形態において、センサモジュール１は更に、オブザーバ６と呼ばれる回路を備えている。この回路の入力部Ｅ1，Ｅ2は伝送線または信号線に接続されている。センサモジュール１の出力部Ｋ３，Ｋ４は接続線７，８に通じている。オブザーバ６は信号線７，８の予め設定された信号状態を認識する。この信号線はセンサモジュールと外部の評価回路９（ＥＣＵ）を接続している。オブザーバ６は接続線７，８の信号状態に依存して変調器５を監視および制御する。例えば、端子Ｋ５を経て供給される付加的な信号またはステータス信号の受信が、予め定められた判断基準、信号状態または時間設定に依存して、オブザーバ６を介して制御可能である。
図１に示した本発明の実施の形態では、評価回路９の端子Ｋ１，Ｋ２を経て、制御可能な電源４に電気エネルギーが供給される。端子Ｋ１，Ｋ２の間の電圧ＶBは例えば車両バッテリの電圧を示している。
付加端子Ｋ５を経て供給されたステータス信号または付加信号を識別および評価するデコーダまたは識別回路は同様に、評価回路９に含まれている。
図２ａ）〜２ｄ）では、センサ要素２（図１）の若干の例2.1〜2.4が示してある。各々のセンサ要素2.1，2.2．2.3．2.4には、調整回路ＳＣ１〜ＳＣ４が付設されている。この回路ＳＣ１〜ＳＣ４は勿論、変調器５（図１）またはセンサ要素（２）の構成要素として形成可能であり、従って図１には示していない。
図２ａ）の例では、センサ要素2.1が公知の磁場感知式検出器、例えば磁気抵抗ブリッジまたはホール要素を示している。このホール要素は所属の永久磁石と関連して、本発明の種類の装置にとって適していることが判った。このようなセンサ要素は例えば冒頭に述べた文献ＷＯ９５／１７６８０に説明されている。
図２ｂ）において、センサ要素2.2は２個の検出器Ｄ１，Ｄ２を備えている。この検出器によって、互いにローカル位相だけずれた信号が得られる。この信号から、公知の原理に従って、エンコーダ３の回転方向Ｖ／Ｒ（前／後）ひいては回転状態を測定される車輪の回転方向を決定するための１ビットステータス信号が導き出される。所属の信号評価回路ＳＣ２には、検出された信号を評価するための電子装置が設けられている。
図２ｃ）はセンサ要素2.3を象徴的に示している。このセンサ要素はエンコーダ３と協働して、信号調整回路ＳＣ３内で回転数情報ｆのほかに、いわゆる空隙リザーブのためのステータス信号ＬＬを発生する。このようなアクティブ運動センサはドイツ連邦共和国特許出願公開第４４３４９７７号公報（Ｐ７７２７）および同第４４３４９７８号公報（Ｐ７７２８）に記載されている。
図２ｄ）は、図２ｂ）と図２ｃ）に示した両センサ要素の機能を組み合わせることができることを示している。
図３ａ〜３ｃ）は異なる外部信号源が付加的な端子Ｋ５を介してセンサモジュール１の変調器５（Ｍ）に接続されていることを示している。最も簡単である図３ａ）の例では、端子Ｋ５のアース接続または開放保持によって、所定の情報が変調器５に供給される。例えば、このようなステータス信号を供給するブレーキライニング摩耗表示器が知られている。更に、ブレーキ液の状態を監視し、適当な方法で端子Ｋ５を介して信号化することができる。
図３ｂ）では、付加的な外部の車輪回転数センサ１０（Ｓ２）が端子Ｋ５を介して接続されている。この車輪回転数センサは、センサモジュール１に所属するセンサ要素２と同じエンコーダ３（Ｅ）を操作する。しかし、センサ１０はエンコーダ３の外周の異なる場所に配置されている。技術的状況のために、両回転方向の回転数検出のために別個の２つの回転数測定要素を使用する必要があるときに、このような設計の測定装置が有利である。この場合、先ず最初に、ローカル位相をずらした両回転数信号が変調器５（Ｍ）を経て評価装置９（ＥＣＵ）に伝達され、そして方向識別が行われる。
図３ｃ）では、外部の電子回路１１を用いて、幾つかのセンサのステータス信号ＳＴ１〜ＳＴｎを論理結合することによって合計ステータス信号が求められ、端子またはポートＫ５を経てセンサモジュール１に供給される。このような装置は例えば、個々のステータス信号の１つまたは複数がその目標状態と異なるときに、警報信号を発生するために適している。
図４は、本発明による装置のセンサモジュールの構造または外観を示す斜視図である。図４ａ）ではセンサモジュールがそれぞれケーシング内に収容された２つの機能ユニット１２，１３の組み合わせからなっている。エンコーダ３を操作するために使用される、図２ａ〜２ｄ）に示した、モジュール内部の特別なセンサユニット2.1〜2.4と、関連する信号調整回路ＳＣ１〜ＳＣ４とが、機能ユニット１２に埋め込まれている。機能ユニット１３には、制御可能な電源４を備えた変調器５と、オブザーバ６と呼ばれる回路装置が一体化されている。評価回路９（図１）と外部の信号源を接続するために、機能ユニット１３から外に端子Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５が延びている。機能ユニット１２，１３はひとまとめにして１４で示した４個の個々の導体によって互いに接続されている。導体は、図２に略示したすべての構成が実現できるように用いられている。図２ｄ）の場合のために、信号予備調整段は信号Ｖ／Ｒ，ＬＬを複雑なステータス信号に予備圧縮する。このステータス信号は導線を経て変調器５（Ｍ）に伝送される。
図４の側面１５はエンコーダ３の読取りトラックと相対的に、図示したセンサ本体を正確に配向するために役立つ。
図４では、センサモジュール全体がセンサや信号技術に関連するすべてのユニットを含む個々の部材からなっている。磁気感知式検出器はホール効果または磁気抵抗効果を利用する。
図４ａ），４ｂ）のセンサモジュールはエンコーダ特有のバイアス磁石なしで示してある。このような磁石は部材１２（図４ａ）に取付けられる。磁石は好ましくは、センサモジュールが強磁性エンコーダ（例えば鋼製歯付きホイール）と共に運転するため、および磁化されたエンコーダ（磁気的なＮ極とＳ極の交替する順序）と共に運転するために利用できるように選択されている。このようなセンサの詳細は前に述べたＷＯ９５／１７６８０から明らかである。
ステータス信号は重要性が異なる。例えば、回転方向情報Ｖ／Ｒは常に設けられるが、ブレーキライニング磨耗に関する情報は、質問されるときに示すだけでよい。回転運動を示すために有効な信号と、追加情報またはステータス情報を重ね合わせるために、いろいろな方法が知られている。しかしながら、追加情報を基準量に対する比率でコード化することが提案される。この比率的なコード化の場合、例えばバッテリ電圧または供給電圧の変化によって信号振幅が変化するときに、個々の信号成分の比は互いに同じである。基準量は基準パルス幅または基準電流振幅でもよい。図５ａ〜５ｄ）はコード化された信号の例を示す。この信号はセンサモジュール１から端子Ｋ３，Ｋ４を経て、評価回路９（ＥＣＵ）の端子Ｋ１，Ｋ２に伝達される。
図５において、回転数情報は周波数ｆまたはパルス１６の立上り側面の間隔に含まれる。図５ｂ）のグラフには付加的なパルス１７が示してある。このパルスはパルス１６と関連してエンコーダ回転の逆基準方向を示す。一方、図５ａ）では、シングルパルス１６またはパルス（１８）の不在は、基準方向においてエンコーダ回転を信号化する。パルスパターンはエンコーダ周波数で繰り返される。このエンコーダ周波数の周期は１００％によって示してある。時間ｔ1内で時間的な重み付け１，２，３，４を有する、パルス１７に続くパルス鎖は、次の例において付加的なステータス情報をコード化するために役立つ。
図５ｃ），５ｄ）では、コード化が重み付き電流振幅を介して行われる。この場合、Ｖ／Ｒ情報が各々の順序のスタート振幅にコード化される。振幅が目標値の８０％で始まると（図５ｃ））、これは、エンコーダ３（Ｅ）が基準方向に回転していることを意味する。振幅が１００％で始まると、これは、エンコーダ（Ｅ）が逆基準方向に回転していることを意味する。ｔ２の次の時間では、電流振幅２０％、４０％、６０％、８０％に重み付け１，２，３，４が含まれる。この重み付けは同時に、ｔ１の対応する％時点で予想される。
基本的には、ステータス信号または他の情報は、変化する振幅の負荷に依存しない電流によって示される実際の回転数信号に、非常に異なる方法で重ね合わせることが可能である。付加的な信号またはステータス信号は基本的には、図５ａ）や図５ｂ）のように、デンジタルコード化、比較的に高周波数の信号の重ね合せ、周波数変調またはパルス幅変調等によって、接続導線７，８を経て伝動可能である。図５ａ）〜５ｄ）は原理を説明するための任意の実施の形態にのみ関している。
【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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