JP3329171B2

JP3329171B2 - 回転速度検出装置

Info

Publication number: JP3329171B2
Application number: JP01798796A
Authority: JP
Inventors: 克彦岩▲崎▼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-02-02
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 2002-09-30
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: JPH09211011A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転速度を検出する
装置に関するものであり、特に回転速度に侵入した周期
的外乱を除去する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車輪速度は例えば、車輪のスリップ率や
制動・駆動力等、車輪の運動状態を制御して車両の運動
を制御する車両制御装置において使用される。さらに、
車輪のタイヤ空気圧等、車輪の特性を検出する車輪特性
検出装置においても使用される。

【０００３】車輪速度を検出する装置は一般に、車輪と
共に回転する回転体の回転を検出して車輪速度に応じた
パルス信号を発生させるパルス信号発生回路と、発生さ
せられた周期的信号に基づいて車輪速度を決定する車輪
速度決定回路とを有し構成される。

【０００４】このような車輪速度検出装置の車輪速度決
定回路に用いられるパルス計数装置として、例えば、特
開昭６０−９３８２４号公報に記載のものがある。この
装置はパルスを計数するゲートタイムを多分割し、この
多分割したゲートタイムの時間経過毎に計数したパルス
数をカウントして先頭のレジスタに記憶させ、時間経過
毎に後段のレジスタにシフトしてする構成をとってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来装置はカウントし
たパルス数を時間経過毎に複数のレジスタをシフトする
構成であるため、ゲートタイムの分割数に応じたレジス
タ数が必要となり、複数のレジスタを設定するためのメ
モリ容量を削減することが困難であり、大きなメモリ容
量が必要になるという問題があった。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
周期的パルス信号エッジ数と前回のキャリアとから導出
数を算出し、上記エッジ数とこの導出数とからキャリア
を算出することにより、レジスタ数を減少させメモリ容
量を削減できる回転速度検出装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、回転体の回転を検出して上記回転体の回転速度に応
じた周期的パルス信号を発生させ、上記パルス信号の周
期に基づいて回転速度を算出し、先に決定され複数のレ
ジスタに記憶されている複数の補正値のうち今回算出さ
れた回転速度と所定の関係にある補正値を読み出し、今
回算出した回転速度との演算により上記回転体に対する
周期的外乱を除去した回転速度を決定する回転速度検出
装置において、所定時間周期で上記パルス信号のエッジ
数をカウントするエッジカウント手段と、カウントされ
たエッジ数と前回の所定時間周期におけるキャリアとの
加算値を所定数で除算した値の整数部を今回の所定時間
周期における回転速度の格納回数に対応する導出数とし
て算出する導出数算出手段と、今回カウントされたエッ
ジ数と前回の所定時間周期におけるキャリアの加算値か
ら、上記導出数と上記所定数の乗算値を減算してキャリ
アを算出するキャリア算出手段とを有し、上記複数のレ
ジスタから上記導出数分だけの回転速度を読み出して周
期的外乱を除去した回転速度の決定に使用し、上記読み
出しを行ったレジスタの回転速度を更新する。

【０００８】このため、回転体の１回転で得られるエッ
ジ数を所定数で除算した数だけのレジスタを用意すれば
良く、従来必要としていたエッジ数分のレジスタからレ
ジスタ数を大幅に減少でき、従ってメモリ容量を大幅に
削減できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図２は本発明装置の一実施例のブ
ロック図を示す。同図中、１０はロータ、１２は電磁ピ
ックアップである。ロータ１０は図３に示す車輪１４と
共に回転するものであり、外周に多数の歯１６を備えて
いる。電磁ピックアップ１２はそれらの歯１６の通過に
応じて周期的に変化する電圧を発生する。この電圧は波
形整形器１８によって矩形波に整形され、コンピュータ
２０のＩ／Ｏポート２２に供給される。車輪１４は４個
あり、それらに設けられている各電磁ピックアップ１２
が全て波形整形器１８を経てコンピュータ２０に接続さ
れるが、図２には代表的に１組のみが図示されている。
すなわち、本実施例においては、各電磁ピックアップ１
２および波形整形器１８が互いに共同して矩形波の電圧
信号を周期的信号として出力する形式の周期的信号発生
装置の一例を構成しているのである。

【００１０】車輪１４は図３に示すように、ホイール２
４の外周にタイヤ２６が取り付けられたタイヤ付ホイー
ルであるが、図４に示すように、相対回転可能なリム側
部２８とベルト側部３０とがねじりばね３２によって連
結されたものと考えることができる。上記ロータ１０は
ホイール２４と一体的に回転するように取り付けられる
ため、電磁ピックアップ１２は厳密にはリム側部２８の
角速度を検出することになる。

【００１１】コンピュータ２０は図２に示すように処理
装置としてのＣＰＵ４０，第一記憶装置としてのＲＯＭ
４２および第二記憶装置としてのＲＡＭ４４を備えてお
り、ＲＯＭ４２に図５のフローチャートで表わされる制
御プログラムが格納されることによって、図１に示すリ
ム側部回転速度演算・補正部４５を構成している。この
コンピュータ２０は別のコンピュータ４７と接続されて
いる。このコンピュータ４７は処理装置としてのＣＰＵ
４８，第一記憶装置としてのＲＯＭ４９，第二記憶装置
としてのＲＡＭ５０および入出力装置としてのＩ／Ｏポ
ート５１を備えており、ＲＯＭ４９に図５，図１３のフ
ローチャートで表わされるルーチンを始めとする種々の
制御プログラムが格納されることによって、図１に示す
外乱オブザーバ５２，前処理部５４，相関演算部５６，
正規化部５８，定数補正部６０，判定部６２および車輪
速度出力部６４を構成している。

【００１２】コンピュータ４７のＩ／Ｏポート５１には
図２に示すように、判定部６２の判定結果を運転者に知
らせる表示装置６６が接続されている。表示装置６６は
本実施例においては液晶ディスプレイであるが、点灯あ
るいは点滅するランプ等別の表示装置を用いることも可
能であり、音声で運転者に知らせる音声報知装置などを
含めて種々の形態の報知装置を採用することが可能であ
る。

【００１３】コンピュータ４７のＩ／Ｏポート５１には
さらに、ホイール２４（リム側部２８）に加えられる駆
動・制動トルクを、ホイール２４の軸に取り付けられた
歪みゲージ等により検出する駆動・制動トルク検出装置
６８が接続されている。リム側部回転速度演算・補正部
４５は上記４個の車輪１４に対応する各電磁ピックアッ
プ１２および波形整形器１８から供給される矩形波信号
（以下、パルス信号ともいう）に基づいて各車輪１４の
回転速度を算出するとともに、後述の信号遅延・重ね合
わせ処理によって各車輪１４の回転速度を補正する。各
車輪１４およびロータ１０には製造，組立誤差が存在
し、これら誤差等に起因して周期的な回転速度誤差が発
生するため、この各車輪１４に固有の固有回転速度誤差
を除いた回転速度を求めるのである。図６に、車体速度
が１２０〔km/h〕、タイヤ半径が約３３０〔mm〕、タイ
ヤ空気圧が０．２〔MPa 〕である走行状況下において取
得された回転速度の周波数特性（周波数とパワースペク
トルとの関係）の一例をグラフで表わす。グラフから明
らかなように、基本周波数を約１６〔Hz〕とする複数の
高調波が発生しており、これが車輪１４の固有回転速度
誤差すなわち周期的外乱であり、これを除去するために
回転速度補正が行われるのである。すなわち、本実施例
においては、車輪１４の固有回転速度誤差が除去すべき
周期的外乱なのである。

【００１４】なお、車輪１４の回転速度は周速度で演算
されるが、そのためにはタイヤ２６の実質的な半径（タ
イヤが荷重で変形した状態における路面から車輪１４の
中心までの距離）が必要であり、これはタイヤ２６の空
気圧によって変わる。よって、当初は空気圧が正規であ
る場合の正規の半径が使用されるが、後に説明する処理
によってタイヤ２６の空気圧変化が判明した場合は、予
めＲＯＭ４２に格納されているタイヤ径テーブルからそ
の空気圧変化に対応したタイヤ半径が読み出されて使用
される。なお、回転速度が角速度で演算される場合に
は、タイヤ径テーブルは不要である。

【００１５】リム側部回転速度演算・補正部４５の機能
は図５に示す回転速度演算・補正ルーチン及び図１３に
示す外乱除去フィルタルーチンの実行により果たされる
が、まず、その原理を説明する。回転速度に侵入する外
乱は、車輪１４と共に１回転する周期性を有する。従っ
て、この周期性を利用し、回転速度の時間的変化のうち
先行する部分をちょうど１周期分だけ遅延させて後続す
る部分に重ね合わせることにより、周期的外乱を除去す
ることにする。

【００１６】信号遅延・重ね合わせ処理の伝達関数は図
７のブロック線図で表わすことができ、この場合の状態
方程式は、ｚ変数を用いれば、

【００１７】

【数１】

【００１８】となる。ただし、ｖ：入力回転速度ｖ₀の直流成分をカットした回転速
度ｙ：出力としての回転速度Ｌ：回転速度ｖのサンプリング周期Ｔを単位として記
述される遅延量ここで、ｚ^-1＝ｅ^-jω_n とおく。ただし、ｊ：虚数単位 ω_n：正規化角周波数なお、正規化角周波数ω_nは、１秒間を単位として記述
される実角周波数ω_Aではなく、サンプリング周期Ｔを
単位として記述される角周波数である。そのため、正規
化角周波数ω_nは、 ω_n＝ω_AＴで表わされる。

【００１９】その結果、周波数応答Ｈ（ω）が、

【００２０】

【数２】

【００２１】として求められる。この式から明らかなよ
うにω_nＬ＝（２ｎ＋１）πのとき（ｎは整数）、｜Ｈ
（ω）｜＝１となる。その結果、ω_nＬ＝（２ｎ＋１）
πのときには、ｙ＝ｖとなるのである。

【００２２】例えば、車体速度１２０ｋｍ／ｈの走行で
は、図６に示す如く車輪速に基本周波数１６Ｈｚの高調
波成分を有する外乱が存在する。ところで、（１）式で
は、 ω_nＬ＝２πｎのとき、ゲイン特性｜Ｈ（ω）｜は最小となるピークを
持つ。このフィルタの目的は、基本周波数１６Ｈｚの高
調波を削除することなので、基本周波数とフィルタのピ
ークとを一致させるように、遅延時間Ｌを選べばよい。

【００２３】ここで、基本周波数をｆ₁とすると、ｆ₁
は

【００２４】

【数３】

【００２５】の関係を満たす。ω_nＬ＝２πｎでｎ＝１
のときのフィルタのピークが基本周波数ｆ₁と一致させ
る、すなわち、等価とおけばよい。

【００２６】

【数４】

【００２７】Ｔ＝５ｍｓｅｃ、ｆ₁＝１６Ｈｚとすると
Ｌ＝１２となり、そのときの周波数応答が図８となる。
図６と図８から外乱のピークとフィルタのピークが一致
し、外乱が除去できることがわかる。この図８のグラフ
は縦軸に周波数応答Ｈ（ω）がｄＢ単位でとられている
ため、周波数応答Ｈ（ω）が１であることがグラフでは
０で表わされ、周波数応答Ｈ（ω）が０あることがグラ
フでは−∞で表わされることになる。従って、グラフか
ら明らかなように、１６〔Hz〕を基本周波数ｆ₁とする
複数の高調波が発生する周波数の各位置において周波数
応答Ｈ（ω）が十分に０に近くなり、それ以外の各位置
において周波数応答Ｈ（ω）が十分に１に近くなってい
る。

【００２８】次に、この原理に従って回転速度演算・補
正技術をコンピュータを用いて実施するための具体的技
術について説明する。まず、概略的に説明する。電磁ピ
ックアップ１２から各パルス（一連の矩形波を構成する
各単位波）が供給される毎に、各パルスの時間間隔に基
づいて元回転速度ｖが順に演算される。各パルスの時間
間隔は例えば、各パルスのエッジ間隔時間である。

【００２９】また、１サンプリング周期Ｔが経過する毎
に、その間に入力・演算された少なくとも１個の元回転
速度ｖ₀の平均値がサンプル回転速度ｖとして演算され
る。さらに、遮断周波数が１Ｈｚの高域通過フィルタに
よりサンプル変動回転速度Δｖ（図７における「ｖ」に
相当する）が求められる。

【００３０】ＲＡＭ４４には１回転分メモリが設けられ
ている。１回転分メモリは誤差値Ｅ（図７におけるＥに
相当する）を例えばロータ１０の各歯に関連付けて記憶
するものである。誤差値Ｅは、除去すべき周期的外乱、
すなわち、本実施例においては車輪の不均一性に起因す
る外乱がロータ１０の回転と共に変化する状態を示す値
であり、この取得方法については後に詳述する。１回転
分メモリはロータ１０が１回転する間に電磁ピックアッ
プ１２から出力されるパルスの数、すなわちロータ１０
の歯の数（例えば４８）と同数の記憶アドレスが設けら
れており、各記憶アドレスに各誤差値Ｅが順に記憶され
ることとなる。

【００３１】図９には、ロータ１０の歯数が８である場
合を例にとり、１回転分メモリの構成が概念的に示され
ている。図において、「１−１」は第１回転時において
第１番目に演算された誤差値Ｅを示し、「１−２」は第
１回転時において第２番目に演算された誤差値Ｅを示
し、「２−１」は第２回転時において第１番目に演算さ
れた誤差値Ｅを示すというように、ハイフンで連結され
た２個の数字のうち左側の数字は車輪１４が第何回転目
にあるかを示し、右側の数字は各パルスが各回転時にお
いて第何番目にあるかを示している。

【００３２】サンプリング周期Ｔが経過する毎に、この
１回転分メモリから誤差値Ｅが読み込まれる。１回転分
メモリに既に記憶されている少なくとも１個の誤差値Ｅ
のうち、今回のサンプル変動回転速度Δｖに係る少なく
とも１個の変動回転速度Δｖの各々とロータ１０のパル
ス発生回転位置が共通する誤差値群Ｅが読み込まれる。
すなわち、今回のサンプル変動回転速度Δｖよりちょう
どロータ１回転前に取得された誤差値群Ｅが旧誤差値群
Ｅとして読み出されるのである。読み出された旧誤差値
群Ｅについては平均値が求められ、平均旧誤差値Ｅ_MEAN
とされる。

【００３３】例えば、図９の例を用いて説明すれば、各
回のサンプリングにおいて変動回転速度Δｖが２個ずつ
得られると仮定すれば、図１０に示すように、例えば、
図９における「１−１」と「１−２」とが「１−」、
すなわち、第１回転時における第１番目の旧誤差値群Ｅ
を構成し、「１−１」と「１−２」でそれぞれ示される
２個の旧誤差値Ｅの平均値が「１−」で示される平均
旧誤差値Ｅ_MEANとされる。また、各回のサンプリングに
おいて変動回転速度Δｖが４個ずつ得られると仮定すれ
ば、図１１に示すように、例えば、図９における「１−
１」〜「１−４」が「１−」、すなわち、第１回転時
における第１番目の旧誤差値群Ｅを構成し、「１−１」
〜「１−４」でそれぞれ示される４個の旧誤差値Ｅの平
均値が「１−」で示される平均旧誤差値Ｅ_MEANとされ
る。

【００３４】このようにして求められた今回の平均旧誤
差値Ｅ_MEANと前記ゲインｇとの積が求められ、さらに、
今回のサンプル変動回転速度Δｖとの和が演算された
後、（２−ｇ）／２との積が演算されて、図７における
出力ｙとされる。すなわち、出力ｙが、（旧Ｅ_MEAN・ｇ＋ｖ）・（２−ｇ）／２として求められるのである。

【００３５】次に、今回の出力ｙと今回の平均旧誤差値
Ｅ_MEANとから新誤差値Ｅが求められる。すなわち、新誤
差値Ｅが、Ｅ＝旧Ｅ_MEAN＋ｙ・２／（２−ｇ）として求められるのである。ここにおいて、出力ｙを演
算する操作が出力フィードバック処理の一例である。

【００３６】新誤差値Ｅが求められたならば、１回転分
メモリにおいて誤差値Ｅの更新が行われる。すなわち、
今回の旧誤差値群Ｅを構成する各旧誤差値Ｅの各々がい
ずれも同じ新誤差値Ｅに書き換えられるのである。図１
０の例を用いて説明すれば、例えば、「２−」に対応
する新誤差値Ｅが演算された場合には、「１−」で示
される旧誤差値群Ｅを構成する「１−１」と「１−２」
でそれぞれ示される旧誤差値Ｅがいずれも同じ新誤差値
Ｅに書き換えられることになる。

【００３７】ただし、上記の処理が何回も繰り返される
ことによって１回転分メモリに記憶されている誤差値Ｅ
が除去すべき周期的外乱を正確に反映するに至れば、出
力ｙが０となり、ひいては新誤差値Ｅがすなわち旧誤差
値Ｅとなるから、この段階においては誤差値Ｅの書換え
が行われても誤差値Ｅは実質的に固定されることにな
る。

【００３８】ここで、１回転分メモリと遅延量Ｌとの関
係について説明する。本実施例においては、各パルスが
発生する毎に元回転速度ｖの演算が行われるが、平均誤
差値Ｅ_MEANの演算，出力ｙの演算および最終的回転速度
ｖの演算は各パルス毎にではなく、サンプリング周期Ｔ
（例えば６msec) が経過する毎に行われる。従って、１
回転分メモリは実質的には、車輪１４が１回転する間に
サンプリングされるパルスの数と同数の誤差値Ｅ（図１
０の例では４個、図１１の例では２個）が記憶されるメ
モリであるということができる。また、本実施例にお
いては、先に演算された元回転速度ｖをロータ１回転分
遅延させて後に演算される元回転速度ｖに重ね合わせる
際のその遅延量が、１回転分メモリに記憶されている誤
差値群Ｅの数（すなわち、サンプル回転速度ｖの数）と
等しくされる。

【００３９】サンプリング周期Ｔを単位として、Ｌ＝２πＲ／Ｖ／ＴＲはタイヤ半径Ｖは車体速度で表わされ、また、サンプリング周期Ｔは不変である。
従って、周期的外乱をその周期性を利用して除去するた
めには、遅延量Ｌを車体速度Ｖすなわち回転速度ｖに応
じて変化させることが必要となる。これに対し、本実施
例においては、前記のように、１回転分メモリの数がロ
ータ１０の歯数と同数とされ、常に最新かつロータ１回
転分の誤差値Ｅが記憶されるようにされる。しかも、サ
ンプリング周期Ｔが経過する毎に、その間に演算された
少なくとも１個の誤差値Ｅについて平均値が求められて
唯一の代表値として用いられることにより、１回転分メ
モリの記憶アドレスが実質的にはサンプリング周期Ｔ毎
に得られた元回転速度ｖの数に応じて分割され、結局、
その分割数が遅延量Ｌと等しくなっている。従って、本
実施例においては、回転速度ｖ毎に遅延量Ｌの異なる遅
延演算を行うことなく、遅延量Ｌが回転速度ｖに応じて
自動的に変化させられることになる。

【００４０】以上のようにして周期的外乱が除去された
出力ｙが演算されたならば、これに前記オフセット値が
加算されることにより、周期的外乱が除去された最終的
な回転速度ｖが演算される。なお、図１２には変動回転
速度Δｖの時間的変化の二例がそれぞれグラフで表わさ
れている。上側のグラフは回転速度ｖが遅いときの時間
的変化の一例を示し、下側のグラフは回転速度ｖが速い
ときの時間的変化の一例を示している。それらグラフを
対比すれば、回転速度ｖが速いほど１回のサンプリング
中に１回転分メモリに記憶される変動回転速度Δｖの数
（図において〜で表わす）が増加することが分か
り、さらに、回転速度ｖが速いほど１回の遅延量Ｌに対
応する変動回転速度群Δｖの数が減少することも分か
る。

【００４１】以上、回転速度演算・補正技術の内容を概
略的に説明したが、次に、図５の回転速度演算・補正ル
ーチンに基づいて具体的に説明する。まず、ステップＳ
５１（以下、単にＳ５１で表わす。他のステップについ
ても同じ）において、整数ｉの値が１に初期化され、次
に、Ｓ５２において、今回のサンプリング周期が開始さ
れるのを待つ状態となる。今回のサンプリング周期が開
始されたならば、Ｓ５３において、今回のサンプリング
周期が終了したか否かが判定される。今回は開始された
ばかりであるから、判定がＮＯとなり、Ｓ５４におい
て、電磁ピックアップ１２の出力するパルス（車輪速パ
ルス）の立上り及び立下りのエッジ検出パルスが出され
るのを待つ状態となる。なお、この車輪速パルスのエッ
ジ検出信号は例えばＡＢＳ（アンチロックブレーキシス
テム）から供給される。出されたならば判定がＹＥＳと
なり、Ｓ５５において、そのパルスの継続時間が計測さ
れ、Ｓ５６において、その継続時間に基づいて第ｉ番目
の元回転速度ｖ_(i)が演算され、演算値はＲＡＭ４４の
１サンプリング分メモリに記憶される。

【００４２】その後、Ｓ５７において、整数ｉの値が１
増加させられ、Ｓ５８において、整数ｉの現在値が最大
値ｉ_MAXを超えたか否かが判定される。最大値ｉ_MAXは
ロータ１０の歯数の２倍（車輪速パルスの立上り及び立
下りのエッジ検出パルスに対応）に設定されているか
ら、この判定は結局、１回転分の元回転速度ｖ_(i)が取
得されるごとにＹＥＳとなることになる。今回は整数ｉ
の現在値が最大値ｉ_MAXを超えてはいないと仮定すれば
判定がＮＯとなり、直ちにＳ５３に戻るが、超えている
と仮定すれば判定がＹＥＳとなり、Ｓ６６において整数
ｉの値が１にリセットされた後にＳ５３に戻ることにな
る。

【００４３】その後Ｓ５３〜Ｓ５８およびＳ６６の実行
が繰り返されるうちに今回のサンプリング周期が終了す
れば、Ｓ５３の判定がＹＥＳとなり、Ｓ６０の外乱除去
ルーチンに移行する。図１３は外乱除去ルーチンのフロ
ーチャートを示す。同図中、導出数算出手段であるＳ１
００では直前の所定時間（６msec）内にＡＢＳから供給
された車輪速パルスの立上り及び立下りのエッジ検出パ
ルスの数、つまり入力エッジ数に前回キャリアを加算
し、この加算値を係数（所定数）Ｎ（Ｎは２以上の整
数）で除算した値の整数部を導出パルス数（導出数）と
する。次にキャリア算出手段であるＳ１０２で入力エッ
ジ数と前回キャリアの加算値から導出パルス数に係数Ｎ
を乗算した値を減算して前回キャリアとする。ところで
Ｍは使用するレジスタの数であり、ロータ１０の歯数を
４８とするとき、Ｎ＝２ではＭ＝４８、Ｎ＝４ではＭ＝
２４、Ｎ＝８ではＭ＝１２となる。

【００４４】次にＳ１０４において導出パルス数が０を
越えているか否かを判別し、導出パルス数が０ならば処
理を終了する。導出パルス数が０でなければＳ１０６に
進む。Ｓ１０６では作業用のバッファ（buffer) に０を
セットし、変数ｊに現在のレジスタ番号ｎをセットし、
変数ｉを０にリセットする。この後、Ｓ１０８で変数ｉ
が導出パルス数未満か否かを判別し、ｉ＜導出パルス数
の場合はＳ１１０で変数ｊで指示されるレジスタ（regi
ster〔ｊ〕）の値をバッファの値と加算して再びバッフ
ァに格納する。この後、Ｓ１１２で変数ｊがレジスタ数
Ｍ未満かどうかを判別し、ｊ＜Ｍの場合はＳ１１４でｊ
の値を１だけインクリメントし、ｊ≧Ｍの場合はｊの値
を０にリセットする。これはレジスタ数Ｍであるために
変数ｊの値を０からＭ−１の間で順次インクリメントさ
せるためである。上記のＳ１１４又はＳ１１６の実行後
はＳ１１８に進み、変数ｉを１だけインクリメントして
Ｓ１０８に進む。一方、Ｓ１０８でｉ≧導出パルス数の
場合はＳ１２０に進む。

【００４５】ここで、Ｎ＝２、Ｍ＝４８とした場合、レ
ジスタ数は４８でロータの歯数と同一となり、レジスタ
はロータの歯に１対１で対応し、各レジスタには既に演
算された回転速度が格納されている。上記のＳ１０６〜
Ｓ１１８では６msecの所定時間内で演算された導出パル
ス数分の回転速度の総和をとってバッファに格納してい
る。

【００４６】Ｓ１２０ではバッファに格納されている回
転速度の総和を導出パルス数で除算し６msecの所定時間
における回転速度の平均値を求め、これをレジスタ出力
としている。このレジスタ出力とは図７における平均旧
誤差値Ｅ_MEANに対応する。次のＳ１２２では上記のレジ
スタ出力にゲインｇを乗算して高域通過フィルタを通し
た入力車輪速ｖに加算して新誤差値Ｅとする。

【００４７】次にＳ１２４で変数ｉを０にリセットす
る。この後、Ｓ１２６で変数ｉが導出パルス数未満か否
かを判別し、ｉ＜導出パルスの場合にはＳ１２８でレジ
スタ出力から新誤差値を減算してこれを現在のレジスタ
の番号を表わす変数ｎによって指示されるレジスタ（re
gister〔ｎ〕）に格納する。

【００４８】この後、Ｓ１３０で変数ｎがレジスタ数Ｍ
未満かどうかを判別し、ｎ＜Ｍの場合はＳ１３２でｎを
値を１だけインクリメントし、ｎ≧Ｍの場合はＳ１３４
でｎの値を０にリセットする。これはレジスタ数Ｍであ
るために現在のレジスタの番号を０からＭ−１の間で順
次インクリメントさせるためである。上記のＳ１３２，
Ｓ１３４の実行後はＳ１３６に進み、変数ｉを１だけイ
ンクリメントしてＳ１２６に進む。一方、Ｓ１２６でｉ
≧導出パルス数の場合はＳ１３８で新誤差値にゲイン
（２−ｇ）／２を乗算してフィルタ出力（図７の出力ｙ
に対応）を求め、処理を終了する。

【００４９】上記のＳ１２４〜Ｓ１３６では６msecの所
定時間内で導出パルス数分のレジスタに格納される回転
速度を更新している。図１４に所定時間６msec、Ｎ＝
２、Ｍ＝４８の場合における車輪速パルス、車輪速パル
スのエッジ数、このエッジ数から求めたパルス数、導出
パルス数夫々の変化の様子を示す。この所定時間内に演
算される回転速度Ｖ₁〜Ｖ₉はこの場合、ロータ１０の
各歯に対応する４８個のレジスタに順次格納される。こ
のため、回転体の１回転で得られるエッジ数を係数Ｎ
（所定数）で除算した数だけのレジスタを用意すれば良
く、従来必要としていたエッジ数分のレジスタからレジ
スタ数を大幅に減少でき、従って、メモリ容量を大幅に
削減できる。

【００５０】ここで、車体速度９０ｋｍ／ｈ定常走行の
実測データから求めたＮ＝２，Ｍ＝４８とした場合の外
乱除去フィルタのゲイン，位相夫々の周波数応答を図１
５（Ａ），（Ｂ）に示す。更にＮ＝４，Ｍ＝２４とした
場合の外乱除去フィルタのゲイン，位相夫々の周波数応
答を図１５（Ｃ），（Ｄ）に示す。これから明らかなよ
うに、レジスタ数を４８個から２４個に減少しても、外
乱除去フィルタのゲイン，位相夫々の周波数応答に大き
な変化はなく、外乱除去フィルタの性能劣化はほとんど
ない。つまり、性能劣化することなくレジスタ数の減
少、つまり、メモリ容量の削減が可能となる。

【００５１】次に、外乱オブザーバ５２について説明す
る。外乱オブザーバ５２は、車輪１４の図４に示すモデ
ルに基づいて構成されている。以下、この外乱オブザー
バ５２の構成について説明する。車輪１４を、慣性モー
メントＪ_Rのリム側部２８と慣性モーメントＪ_Bのベル
ト側部３０とがばね定数Ｋのねじりばね３２により接続
されたものとしてモデル化すれば、（２）〜（４）の状
態方程式が成立し、これによって線形システムが構成さ
れる。

【００５２】Ｊ_Rω_R′＝−Ｋθ_RB＋Ｔ₁・・・（２）Ｊ_Bω_B′＝−Ｋθ_RB−Ｔ_d・・・（３） θ_RB′＝ω_R−ω_B ・・・（４）ただし、 ω_R ：リム側部２８の角速度 ω_R′：リム側部２８の角加速度 ω_B ：ベルト側部３０の角速度 ω_B′：ベルト側部３０の角加速度 θ_RB ：リム側部２８とベルト側部３０とのねじり角Ｔ₁ ：駆動・制動トルク検出装置６８により検出され
る駆動・制動トルクＴ_d ：路面からの外乱トルクなお、実際にはリム側部２８とベルト側部３０との間に
はダンパが存在するが、その影響は比較的小さいため、
本実施例においてはその存在が無視されている。

【００５３】上記状態方程式をベクトルおよび行列を用
いて表わせば（５）式となる。

【００５４】

【数５】

【００５５】ここで、タイヤ２６の空気圧が変化し、ね
じりばね３２のばね定数がＫからＫ＋ΔＫに変化したと
きの車輪１４の運動は（６）式で表わされる。

【００５６】

【数６】

【００５７】すなわち、ばね定数ＫがΔＫだけ変化する
ことは正常なタイヤ２６に（６）式の右辺の最終項で表
わされる外乱が加えられるのと等価である。この外乱に
はばね定数Ｋの変化量ΔＫの情報が含まれており、か
つ、ばね定数Ｋはタイヤ２６の空気圧に応じて変化する
ので、この外乱を推定することによってタイヤの空気圧
の変化量を推定することができる。この外乱の推定に外
乱オブザーバの手法を用いるのであり、いま路面からの
トルクＴ_dをも外乱として扱うことにすれば、推定すべ
き外乱ｗは（７）式で表わされる。

【００５８】

【数７】

【００５９】しかし、理論上、外乱〔ｗ〕の中の一つの
要素しか推定することができないため、第２要素である
ｗ₂を推定することとする。外乱ｗ₂を（８）式で定義
すれば、車輪１４の状態方程式は（９）式のようになる
ため、この（９）式に基づいて外乱オブザーバを構成す
る。

【００６０】ｗ₂＝（−１／Ｊ_B）Ｔ_d＋（ΔＫ／Ｊ_B）θ_RB ・・・（８）

【００６１】

【数８】

【００６２】外乱オブザーバは外乱をシステムの状態変
数の一つとして推定するものである。そこで、（８）式
の外乱ｗ₂をシステムの状態に含めるために、推定すべ
き外乱のダイナミクスを（１０）式で近似する。ｗ₂′＝０・・・（１０）これは図１６に示すように連続して変化する外乱を段階
状に近似（零次近似）することを意味し、外乱オブザー
バ５２の外乱推定速度を推定すべき外乱の変化に比べて
十分速くすれば、この近似は十分に許容される。（１
０）式より、外乱ｗ₂をシステムの状態に含めると（１
１）式の拡張系が構成される。

【００６３】

【数９】

【００６４】（１１）式において、［ｗ_B θ_RB
ｗ₂］^Tが検出することができない状態となる。従っ
て、このシステムに基づいて外乱オブザーバ５２を構成
すれば、外乱ｗ₂と元々測定できない状態変数ω_B，θ
_RBとを推定することができる。記述を簡単にするため
に、（１１）式のベクトルおよび行列を分解して次のよ
うに表わすこととする。

【００６５】

【数１０】

【００６６】このとき、状態［Ｚ］＝［ω_B θ_RB
ｗ₂］^Tを推定する最小次元オブザーバの構成は
（１２）式で表わされる。［Ｚ_p′］＝［Ａ₂₁］［Ｘ_a］＋［Ａ₂₂］［Ｚ_p］＋［Ｂ₂］［ｕ］＋［Ｇ］｛［Ｘ_a′］−（［Ａ₁₁］［Ｘ_a］＋［Ａ₁₂］［Ｚ_p］＋［Ｂ₁］［ｕ］）｝＝（［Ａ₂₁］−［Ｇ］［Ａ₁₁］）［Ｘ_a］＋（［Ａ₂₂］−［Ｇ］［Ａ₁₂］）［Ｚ_p］＋［Ｇ］［Ｘ_a′］＋（［Ｂ₂］−［Ｇ］［Ｂ₁］）［ｕ］・・・（１２）ただし、［Ｚ_p］：［Ｚ］の推定値［Ｚ_p′］：推定値［Ｚ_p］の変化率［Ｇ］：外乱オブザーバ５２の推定速度を決めるゲ
インこの方程式をブロック図で表わすと図１７のようにな
る。なお、図において［Ｉ］は単位行列、ｓはラプラス
演算子である。

【００６７】また、真値［Ｚ］と推定値［Ｚ_p］との誤
差［ｅ］を［ｅ］＝［Ｚ］−［Ｚ_p］とおき、誤差
［ｅ］の変化率を［ｅ′］とすると、（１３）式の関係
を得る。［ｅ′］＝（［Ａ₂₂］−［Ｇ］［Ａ₁₂］）［ｅ］・・・（１３）これは外乱オブザーバ５２の推定特性を表わしており、
行列（［Ａ₂₂］−［Ｇ］［Ａ₁₂］）の固有値がすなわち
外乱オブザーバ５２の極となる。従って、この固有値が
ｓ平面の左半面において原点から離れるほど外乱オブザ
ーバ５２の推定速度が速くなる。オブザーバゲイン
［Ｇ］は希望の推定速度になるように決定すればよい。

【００６８】なお、以上は、外乱ｗ₂が前記（８）式、
すなわちｗ₂＝（−１／Ｊ_B）Ｔ_d＋（ΔＫ／Ｊ_B）θ
_RBで表わされるものとして、オブザーバ５２のうち、ね
じりばね３２のばね定数ＫがΔＫ変化した場合の外乱ｗ
₂を推定する部分の構成を説明したが、外乱オブザーバ
５２の、ベルト側部３０の慣性モーメントＪ_BがＪ_B＋
ΔＪ_Bに変化した場合、ならびにリム側部２８の慣性モ
ーメントＪ_RがＪ_R＋ΔＪ_Rに変化した場合の外乱をそ
れぞれ推定する部分も同様にして構成することができ
る。

【００６９】前処理部５４は、相関演算部５６における
演算の前処理を行う部分である。検出されたリム側部２
８の角速度ω_Rと外乱オブザーバ５２において推定され
たベルト側部３０の角速度推定値ω_Bpとから角加速度ω
_R′と角加速度推定値ω _Bp′とが求められるのである。

【００７０】上記外乱ｗ_2p，角速度ω_R，ω_Bp，角加速
度ω_R′，ω_Bp′，ねじり角θ_RBp等を用いて相関演算
部５６において相関演算が行われ、正規化部５８で正規
化が行われて、ねじりばね３２のばね定数Ｋの変化が求
められる。まず、相関演算部５６において、図１８のフ
ローチャートで表わされるばね定数変化取得用相関演算
ルーチンが実行される。

【００７１】Ｓ２１の初期設定において、整数ｉが１に
リセットされ、前記（８）式で表わされる外乱ｗ₂の推
定値ｗ_2pとねじり角推定値θ_RBpとの相互相関Ｃ
（ｗ_2p，θ _RBp）とねじり角推定値θ_RBpの自己相関Ｃ
（θ_RBp，θ_RBp）とが０にリセットされる。ＲＡＭ５
０の相互相関メモリおよび自己相関メモリの内容が０に
されるのである。

【００７２】続いて、Ｓ２２で現時点の外乱推定値ｗ
_2p(i)およびねじり角推定値θ_RBp(i)が読み込まれ、Ｓ
２３で外乱推定値ｗ_2p(i)とねじり角推定値θ_RBp(i)と
の積が演算され、相互相関Ｃ（ｗ_2p，θ_RBp）に加算さ
れる。ただし、最初にＳ２３が実行される際には相互相
関Ｃ（ｗ_2p，θ_RBp）が０であるため、相互相関メモリ
に外乱推定値ｗ_2p(i)とねじり角推定値θ_RBp(i)との積
が格納されるのみである。

【００７３】同様にＳ２４でねじり角推定値θ_RBp(i)の
二乗が演算され、自己相関メモリの自己相関Ｃ
（θ_RBp，θ_RBp）に加算される。Ｓ２５において整数
ｉが予め定められた整数Ｍ以上になったか否かが判断さ
れるが、当初は判定がＮＯであるため、Ｓ２６で整数ｉ
が１増加させられ、再びＳ２２〜Ｓ２４が実行される。

【００７４】この実行がＭ回繰り返されたときＳ２５の
判定がＹＥＳとなり、ばね定数変化取得用相関演算ルー
チンの１回の実行が終了する。相関演算部５６において
以上のようにして相互相関Ｃ（ｗ_2p，θ_RBp）と自己相
関Ｃ（θ_RBp，θ_RBp）とが求められた後、正規化部５
８において（２１）式によりＬ_K値が求められ、ＲＡＭ
５０のＬ_K値メモリに格納される。

【００７５】Ｌ_K＝Ｃ（ｗ_2p，θ_RBp）／Ｃ（θ_RBp，θ_RBp）・・・（２１）このＬ_K値は前記（８）式に基づき、（２２）式で表わ
される。Ｌ_K＝（−１／Ｊ_B）Ｃ₀＋ΔＫ／Ｊ_B ・・・（２２）ただし、Ｃ₀はＣ（Ｔ_dP，θ_RBp）／Ｃ（θ_RBp，θ
_RBp）で表わされる値であり、ばね定数Ｋの変化とは無
関係であるので、タイヤ空気圧が正常の状態で予め求め
ておくことによって補償することができる。また、Ｃ
（Ｔ_dP，θ_RBp）は外乱トルクＴ_dの推定値とねじり角
θ_RBの推定値との相互相関を表わしている。

【００７６】定数補正部６０においては、以上のように
して取得され、各Ｌ値メモリに格納されているＬ_K＝Ｃ
（ｗ_2p，θ_RBp）／Ｃ（θ_RBp，θ_RBp）に基づいてね
じりばね３２のばね定数Ｋの補正が行われる。Ｌ_Kは前
述のように、Ｌ_K＝（−１／Ｊ_B）Ｃ₀＋ΔＫ／Ｊ_B で表わされるため、予めＬ_kとΔＫの関係がばね定数変
化テーブルとしてＲＯＭ４９に格納されており、このテ
ーブルに基づいてばね定数変化量ΔＫが求められ、この
変化量だけ外乱オブザーバ５２のばね定数Ｋが補正され
るのである。

【００７７】車両のキースイッチがＯＮにされて後始め
て外乱オブザーバ５２が作動させられる際にはばね定数
Ｋ，慣性モーメントＪ_Rおよび慣性モーメントＪ_Bとし
て正規の値が使用されるが、一旦補正が行われれば、ば
ね定数Ｋとして補正後の値が使用される。従って、その
状態で得られたばね定数変化量ΔＫは補正後の値からの
補正量となる。

【００７８】しかるに、判定部６２においては正規の値
からの変化量が必要であるため、きースイッチがＯＮに
されたとき、ばね定数補正値メモリがクリアされ、定数
補正部６０において補正が行われる毎に補正値ΔＫがメ
モリの内容に加算される。判定部６２においては、ばね
定数補正値メモリに記憶されている補正値ΔＫがＲＯＭ
４９に格納されている基準値ΔＫ₀と比較される。補正
値ΔＫが負の値である基準値ΔＫ₀より小さい場合には
タイヤ２６の空気圧が異常に低いと判定されて、表示装
置６６により運転者に知らされる。なお、補正値ΔＫと
空気圧変化量ΔＰとの関係が予めＲＯＭ４９に格納され
ており、その関係に従って今回の補正値ΔＫに対応する
空気変化量ΔＰが演算される。

【００７９】車輪速度出力部６４においては、リム側部
回転速度演算・補正部４５から供給される回転速度ｖが
外乱オブザーバ５２により推定された外乱に基づいて補
正された上で出力される。前述のように、外乱オブザー
バ５２の（１１）式に基づいて構成される部分によって
推定される外乱ｗ_2pは、（８）式に示すように、ｗ_2p＝
（−１／Ｊ_B）Ｔ _d＋（ΔＫ／Ｊ_B）θ_RBで表わされる
が、この式の右辺の第２項は定数補正部６２において前
述のように継続的に補正され、かつ、急激に変化するも
のではないため、第１項に比較して無視できるほど小さ
い。従って、車輪速度出力部６４においては、外乱オブ
ザーバ５２の（１１）式に基づいて構成される部分によ
って推定される外乱ｗ_2pが（−１／Ｊ_B）Ｔ_dであると
みなして回転速度ｖの補正が行われる。

【００８０】具体的には、外乱ｗ_2p＝（−１／Ｊ_B）Ｔ
_dに−Ｊ_Bを掛けて外乱トルクＴ_dが求められ、（２
７）式で、その外乱トルクＴ_dにのみ起因するリム側部
２８の角速度推定値ω_Rpが求められる。 ω_Rp(s) ＝｛［Ｄ］（ｓ［Ｉ］−［Ｅ］^-1［Ｆ］｝Ｔ_d(s) ・・・（２７）ただし、［Ｉ］：単位行列ｓ：ラプラス演算子 ω_Rp(s) ：角速度推定値ω_Rpをラプラス変換した値Ｔ_d(s) ：外乱トルクＴ_dをラプラス変換した値また、［Ｄ］，［Ｅ］，［Ｆ］はそれぞれ次式で表わさ
れるベクトルおよび行列である。

【００８１】

【数１１】

【００８２】上記角速度推定値ω_Rpは、車輪１４の回転
速度ｖの乱れの、路面から車輪１４に加えられる外乱に
よる成分であるから、この角速度推定値ω_Rpを車輪１４
の周速度に換算した値だけ、リム側部回転速度演算・補
正部４５から供給される回転速度ｖが補正され、路面か
らの外乱に起因する回転速度ｖのノイズが除去される。

【００８３】

【発明の効果】上述の如く、請求項１に記載の発明は、
回転体の回転を検出して上記回転体の回転速度に応じた
周期的パルス信号を発生させ、上記パルス信号の周期に
基づいて回転速度を算出し、先に決定され複数のレジス
タに記憶されている複数の補正値のうち今回算出された
回転速度と所定の関係にある補正値を読み出し、今回算
出した回転速度との演算により上記回転体に対する周期
的外乱を除去した回転速度を決定する回転速度検出装置
において、所定時間周期で上記パルス信号のエッジ数を
カウントするエッジカウント手段と、カウントされたエ
ッジ数と前回の所定時間周期におけるキャリアとの加算
値を所定数で除算した値の整数部を今回の所定時間周期
における回転速度の格納回数に対応する導出数として算
出する導出数算出手段と、今回カウントされたエッジ数
と前回の所定時間周期におけるキャリアの加算値から、
上記導出数と上記所定数の乗算値を減算してキャリアを
算出するキャリア算出手段とを有し、上記複数のレジス
タから上記導出数分だけの回転速度を読み出して周期的
外乱を除去した回転速度の決定に使用し、上記読み出し
を行ったレジスタの回転速度を更新する。

【００８４】このため、回転体の１回転で得られるエッ
ジ数を所定数で除算した数だけのレジスタを用意すれば
良く、従来必要としていたエッジ数分のレジスタからレ
ジスタ数を大幅に減少でき、従ってメモリ容量を大幅に
削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機能ブロック図である。

【図２】本発明の構成ブロック図である。

【図３】車輪の一部を示す断面図である。

【図４】車輪の力学モデルを示す図である。

【図５】回転速度演算・補正ルーチンのフローチャート
である。

【図６】車輪速度検出値の周波数特性を示す図である。

【図７】外乱除去フィルタの伝達関数ブロック図であ
る。

【図８】外乱除去フィルタの周波数特性を示す図であ
る。

【図９】１回転分メモリの構成とその使用方法とを概念
的に示す図である。

【図１０】１回転分メモリにおける記憶内容とサンプリ
ング周期との関係を説明するための図である。

【図１１】１回転分メモリにおける記憶内容とサンプリ
ング周期との関係を説明するための図である。

【図１２】周期的外乱除去の原理を概念的に示すグラフ
である。

【図１３】外乱除去ルーチンのフローチャートである。

【図１４】外乱除去処理を説明するための図である。

【図１５】周期的外乱除去におけるメモリ容量の削減を
説明するためのグラフである。

【図１６】外乱のダイナミクスの近似を説明するための
図である。

【図１７】外乱オブザーバを示すブロック線図である。

【図１８】ばね定数変化取得用相関演算ルーチンのフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１０ロータ１２電磁ピックアップ１４車輪（タイヤ付ホイール）２０コンピュータ２４ホイール２６タイヤ２８リム側部３０ベルト側部３２ねじりばね４７コンピュータ５２外乱オブザーバ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 3/42 - 3/489 G01D 5/245

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体の回転を検出して上記回転体の回
転速度に応じた周期的パルス信号を発生させ、上記パル
ス信号の周期に基づいて回転速度を算出し、先に決定さ
れ複数のレジスタに記憶されている複数の補正値のうち
今回算出された回転速度と所定の関係にある補正値を読
み出し、今回算出した回転速度との演算により上記回転
体に対する周期的外乱を除去した回転速度を決定する回
転速度検出装置において、所定時間周期で上記パルス信号のエッジ数をカウントす
るエッジカウント手段と、カウントされたエッジ数と前回の所定時間周期における
キャリアとの加算値を所定数で除算した値の整数部を今
回の所定時間周期における回転速度の格納回数に対応す
る導出数として算出する導出数算出手段と、今回カウントされたエッジ数と前回の所定時間周期にお
けるキャリアの加算値から、上記導出数と上記所定数の
乗算値を減算してキャリアを算出するキャリア算出手段
とを有し、上記複数のレジスタから上記導出数分だけの回転速度を
読み出して周期的外乱を除去した回転速度の決定に使用
し、上記読み出しを行ったレジスタの回転速度を更新す
ることを特徴とする回転速度検出装置。