信号入力装置、信号出力装置、信号入出力装置及びこれを用いた車輪の状態監視装置
【課題】 各信号が論理信号として２つの状態を表す複数の信号を、各信号の何れの信号の状態にも依存されることなく重ね合わせ、少ない信号線で複数の信号が有する情報を復元可能な状態で伝達することのできる技術を提供する。
【解決手段】 信号入力装置は、各信号が論理信号として２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号Ｓ１、Ｓ２を重畳し、複数の信号の総数をｎとして、信号レベルによって２のｎ乗の状態を表す階段状の信号ＳＳを生成する。信号出力装置は、複数の信号の総数をｎとして、２のｎ乗から１を減じた種類のしきい値ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３により判定する比較部と、この比較部の判定結果に基づいて複数の信号Ｓ１、Ｓ２がそれぞれ表す２つの状態を再現するデコード部とを有する。上記信号出力装置と、信号入力装置とを備えて、信号入出力装置を構成する。
【解決手段】 信号入力装置は、各信号が論理信号として２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号Ｓ１、Ｓ２を重畳し、複数の信号の総数をｎとして、信号レベルによって２のｎ乗の状態を表す階段状の信号ＳＳを生成する。信号出力装置は、複数の信号の総数をｎとして、２のｎ乗から１を減じた種類のしきい値ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３により判定する比較部と、この比較部の判定結果に基づいて複数の信号Ｓ１、Ｓ２がそれぞれ表す２つの状態を再現するデコード部とを有する。上記信号出力装置と、信号入力装置とを備えて、信号入出力装置を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各信号が２つの状態を表す複数の信号を、それぞれの信号が有する情報を失わずに重畳して出力する信号出力装置に関する。また、各信号が２つの状態を表す複数の信号が重畳された信号から、元の複数の信号が表していた状態を再現する信号入力装置に関する。また、このような信号出力装置と信号入力装置とを備えた信号入出力装置に関する。さらに、このような信号入出力装置を備えた車輪の状態監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような信号入力装置、信号出力装置、信号入出力装置として、下記に示す特許文献１には、車輪の回転検出装置やブレーキライニングの磨耗等を含めた車輪の状態監視装置に適用可能な技術が示されている。これは、各信号がそれぞれ有する情報を、これらの信号を重ね合わせることにより1つの信号上で表す情報の重ね合わせ方法に関するものである。この技術によれば、一方の信号は２つの所定レベル（ハイ（Ｈｉｇｈ）、ロー（Ｌｏｗ））を有し、２つのレベルのアナログ的な周期変化によって情報を表す信号である（特許文献１ではアナログ信号と称する。）。他方の信号は、情報をデジタルデータワード（digital data word）の形で表すデジタル信号を含んだものである。そして、重ね合わせユニットにより、周期によって回転速度を表すアナログ信号のハイ状態の始めに、デジタルデータワードが存在するようにしている。つまり、２つの所定レベルを有するアナログ信号のデューティー比を１対１から、３対７や７対３などに変更し、割合の多い方（例えば７対３の７の方）のレベルの一部を使ってデジタルデータワードを表している。特許文献１によれば、最大回転速度周波数が３ｋＨｚの時、これから可能な３０〜７０％のデューティー比において、約１００マイクロ秒の最大データワード長を取ることが可能である。
【０００３】
また、下記に示す特許文献２には、回転速度（回転周波数）だけでなく、例えば回転方向や自己診断結果等の情報を付加した出力を出力可能な回転センサの検出信号出力方法やこの方法を用いた検出信号処理装置の技術が示されている。この技術では、回転方向等の回転速度とは異なる情報を、回転速度に応じたタイミングで出力する。つまり、パルス幅の異なる２つのパルスを用いて、これらのパルスをそれぞれ論理値の”１”及び”０”に対応させ、回転速度に応じたタイミングで出力する。出力タイミングにより回転速度を表し、パルス幅により例えば論理値”１”の場合に正回転、論理値”０”の場合に逆回転を表している。ここで、回転体が正方向又は逆方向への回転を始め、回転速度が所定の速度を超えた状態では、回転方向が急激に変化することはない。そこで、所定の速度を超えると、回転方向を示さなくとも同じ回転方向を維持しているとみなすことができるとしている。そして、正方向、逆方向の回転方向を示す波形のパルス幅を論理値の”１”、”０”のデータ符号に対応させて、回転速度に応じたタイミングで自己診断結果等のデジタル情報を出力するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−７０５２４号公報（第２〜１６段落、第４３〜５０段落、第４図、第７図）
【特許文献２】特開２００１−１６５９５１号公報（第８〜１０段落、第７〜１２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１及び２に記載の技術は簡単な構成で、良好に２つ以上の情報を表す信号を1つの信号に重ね合わせることが可能なものである。しかし、特許文献１に記載の技術では、アナログ信号の周期が短くなった場合（例えば、回転体が高速回転した場合）、パルス間隔が狭くなり充分に他の情報（デジタルデータワード）を重ね合わせることができなくなることがある。また、特許文献１及び特許文献２の技術では、例えば回転体の回転速度を示す信号など、一方の信号のパルスに同期させて他の情報を重ね合わせている。従って、この一方の信号のパスルが出力されない状況においては、他の情報を重ね合わせることもできない。つまり、特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、共に、他の情報の重ね合わせの可否が、一方の信号の状態に依存するという課題を有している。
【０００６】
本願発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、各信号が論理信号として２つの状態を表す複数の信号を、各信号の何れの信号の状態にも依存することなく重ね合わせ、少ない信号線で複数の信号が有する情報を復元可能な状態で伝達することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するための本発明に係る信号出力装置の特徴構成は、各信号が論理信号として２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号を重畳し、前記複数の信号の総数をｎとして、前記重畳された信号の信号レベルによって２のｎ乗の状態を表す階段状の信号を生成する点にある。
【０００８】
重畳前の各信号は、それぞれの信号レベルによって２つの状態を表す信号（論理信号）である。本特徴構成によれば、これら各信号の重畳後の信号は、信号の総数をｎとして、２のｎ乗の信号レベルを有する階段状の信号となる。例えば、信号の総数が２であれば４つの信号レベルを有し、信号の総数が３であれば８つの信号レベルを有する信号となる。従って、元の各信号が有していた情報を損なうことなく、複数の信号を1つの信号に重ね合わせることができる。また、複数の信号のうち、何れかの信号にも同期させる必要はなく、各信号の独立性を保って１つの信号に重ね合わせることができる。その結果、少ない信号線によって複数の信号が有する情報を伝達することのできる信号出力装置を提供することができる。
【０００９】
尚、各信号をそれぞれの振幅を加算することにより重畳する場合、各信号が電圧出力信号であると、トランジスタ等の能動素子や演算増幅器などを用いた加算回路が必要となる。しかし、各信号が電流出力信号であると、このような加算回路は必要ではない。つまり、各信号の信号線を１本の信号線に短絡することにより、キルヒホッフ（Kirchhoff）の法則に従って各信号の電流値が加算される。従って、重畳前の複数の信号が、電流出力信号であると、小さな回路規模によって、複数の信号を重ね合わせることが可能となる。
【００１０】
また、前記複数の信号の総数が２であり、これら２つの信号のうち一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の４０％以上６０％以下であると好適である。
【００１１】
複数の信号の中の何れか１つの信号の振幅が、他の２つ以上の信号の振幅の和と一致、又は判別が困難な程度に極めて近い場合、重畳後の信号は、重畳前の信号の総数をｎとして２のｎ乗の状態を明確に区別できるものとはならない。重畳前の複数の信号の中の任意の２つ以上の振幅の和と、他の２つ以上の信号の振幅の和との関係についても同様である。重畳後の信号において明確に区別できる状態が、２のｎ乗よりも少ない場合、元の信号が有していた情報が一部重複してしまうこととなる。つまり、結果として重畳後の信号において情報量が欠落することとなる。このように情報量が欠落すると、1つの信号に重ね合わせることはできても、この重ね合わせた信号を利用する価値が著しく低下する。従って、重畳前の複数の信号の中の任意の２つ以上の振幅の和が、他の２つ以上の信号の振幅の和、及び他の何れか１つの信号の振幅と異なる関係であるとよい。
【００１２】
複数の信号の総和が２である場合、上記のように一方の信号の振幅が他方の振幅の４０％以上６０％以下、さらに好ましくは５０％程度であれば、重畳後の信号が有する４つの状態（２の２乗＝４）の区別が明確となる。例えば、一方の信号（Ｍ）の振幅が他方の信号（Ｎ）の振幅の５０％である場合、重畳後の信号の有する４つの状態（信号レベル）は以下のようになる。最も低いレベルは両信号の振幅がローレベルの場合であり、次に低いレベルは信号（Ｍ）がハイレベルで信号（Ｎ）がローレベルの場合で信号（Ｎ）の振幅の５０％である。次に低いレベルは信号（Ｍ）がローレベルで信号（Ｎ）がハイレベルの場合で信号２の振幅の１００％である。最も高いレベルは両信号の振幅が共にハイレベルの場合で信号（Ｎ）の振幅の１５０％である。このように、重畳後の信号の有する各レベルは、信号（Ｎ）の振幅の５０％を差分として均等となる。その結果、単数の信号によって複数の信号が有する情報を良好に伝達することのできる信号を得ることが可能となる。
【００１３】
尚、前記複数の信号の総数が３以上の場合、前記複数の信号の中の２つの信号の一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の４０％以上６０％以下であるという関係が、前記複数の信号の中で重複することなく、且つ全ての信号が何れかの信号に対して満足されるとよい。
さらには、前記複数の信号の中の２つの信号の一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の５０％に対し、＋−（プラスマイナス）ｍ以内であるという関係が、前記複数の信号の中で重複されることなく、且つ全ての信号が何れかの信号に対して満足されるとよい。尚、ｍの値は、前記複数の信号の中の最小振幅の１／３以下、さらには信号の総数ｎに対し、１／（２ｎ−１）以下であることが望ましい。
【００１４】
また、本発明に係る信号入力装置の特徴構成は、各信号が信号レベルによって２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号を重畳した階段状の信号が表すそれぞれの信号レベルを、前記複数の信号の総数をｎとして、２のｎ乗から１を減じた数のしきい値により判定する比較部と、この比較部の判定結果に基づいて前記複数の信号がそれぞれ表す２つの状態を再現するデコード部とを有する点にある。
【００１５】
上述したように各信号が信号レベルによって２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号を重畳した階段状の信号は、複数の信号の総数をｎとして２のｎ乗の信号レベルを有する。従って、２のｎ乗種類のそれぞれの信号レベルに対して、２のｎ乗から１を減じた種類のしきい値を設定すれば、２のｎ乗種類の全ての信号レベルを特定することができる。この各信号レベルは、重畳前の複数の信号の各信号レベルの組合せの中で唯一のものを特定するものである。従って、信号レベルを特定できれば、重畳前の各信号の信号レベルを再現することができる。
【００１６】
尚、前記複数の信号及び前記階段状の信号が電流出力信号である場合、電流出力信号が有する各信号レベルを判定するには、信号入力装置に電流検出回路を備える必要がある。この場合、信号入力装置に電流出力信号を電圧出力信号に変換する電流電圧変換部が備えられているとよい。電流出力信号を電圧出力信号に変換すると、比較部は、電圧値で設定された前記しきい値に基づいて判定することができる。つまり、汎用の比較器等を利用して簡単に比較部を構成することができる。また、Ａ／Ｄコンバータ等を用いて重畳後の信号をデジタル変換し、マイクロコンピュータ等を用いて演算すことにより比較、判定することも可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る信号出力装置と信号入力装置とを有する信号入出力装置を備え、前記複数の信号に、車両の車輪の回転速度に応じた頻度で矩形波状の回転検出信号を出力する回転センサの出力信号と、前記車輪の空気圧の情報を表す矩形波状の信号とを含む車輪の状態監視装置を構成すると好適である。
【００１８】
本発明に係る信号入出力装置は、複数の信号を良好に1つの信号に重畳する信号出力装置と、１つの信号に重畳された信号から元の複数の信号が有していた情報を再現する信号入力装置とを有して構成される。従って、上述したように信号出力装置と信号入力装置との間の配線を最小限に抑えて情報伝達が可能な信号入出力装置を構成することができる。また、上述したように、入出力装置間において情報量を損なわず、また何れか１つの信号の状態に依存されることもない。
【００１９】
回転センサの回転検出信号は、回転体の回転に応じた頻度で出力される。従って、回転体が高速回転する場合には、回転検出信号の出力頻度が高くなる。従って、回転検出信号の出力頻度に同期して他の情報を有する信号を重ね合わせると、出力頻度が高い場合には他の信号を重ねる区間を確保できないことがある。一方、回転体が停止を含む低速回転する場合には、回転検出信号の出力頻度は低くなる。また、回転体が非常に低速な場合には、迅速に他の信号の情報を伝達できない。さらに、回転体が停止している場合には全く伝達することができない。
【００２０】
車輪の空気圧は車輪が回転している状態では測定することができない。従って、回転体の回転検出信号に同期して、空気圧の測定情報を伝達する方法では、車輪の停止時に空気圧を測定し、車輪が回転を始めた後に測定した空気圧情報を重畳することになる。このため、迅速に空気圧の情報を伝達することができない。しかし、本発明の車輪の状態監視装置では、上述したように、回転検出信号の出力の有無には全く依存されずに、空気圧の測定情報を重ね合わせることができる。その結果、良好に情報伝達が可能な車輪の状態監視装置を構成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施により、互いに振幅の異なる２つの矩形波状（パルス状）の信号を重畳する例を示す波形図である。図に示すように、第一パルス信号Ｓ１及び第二パルス信号Ｓ２は、各信号が論理信号として２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の信号である。重畳信号ＳＳ（ＳＳ２）は、第一パルス信号Ｓ１と第二パルス信号Ｓ２とを重畳して得られた信号である。
【００２２】
第二パルス信号Ｓ２は、信号の１周期の区間Ａや区間Ｂにおいて、ハイレベル（以下、Ｈレベル）Ｈ２と、ローレベル（以下、Ｌレベル）Ｌ２との２つの状態（信号レベル）を有している。区間Ａのように前半がＨレベル、後半がＬレベルの場合にはデータ”０”を表し、区間Ｂのように前半がＬレベル、後半がＨレベルの場合にはデータ”１”を表すマンチェスターコードで、情報を表している。
【００２３】
第一パルス信号Ｓ１は、区間Ｘにおいて、論理信号としてＨレベルＨ１と、ＬレベルＬ１との２つの状態を有している。そして、このパルス状の信号の周期によって情報を表している。区間Ｙにおいては、パルス状の信号が存在しない場合を示している。例えば、区間Ｘは、ある事象を検出している区間であり、区間Ｙはある事象が発生しない区間であるということができる。
【００２４】
重畳信号ＳＳは、互いに異なる振幅である第一パルス信号Ｓ１と第二パルス信号Ｓ２とを重畳して得られた信号であり、４つの信号レベルＨＨ、ＨＬ、ＬＨ、ＬＬを有した階段状の信号である。この４つの信号レベルについて、図２を利用して詳述する。
【００２５】
図２は、互いに振幅の異なる２つの矩形波状の信号を重畳する基本原理を説明する波形図である。図１と同様に、第一パルス信号Ｓ１は、ＨレベルＨ１とＬレベルＬ１との２つの状態を有し、振幅Ｐ１の矩形波である。同様に第二パルス信号Ｓ２は、ＨレベルＨ２とＬレベルＬ２とを有し、振幅Ｐ２の矩形波である。ここで、第一パルス信号と第二パルス信号との何れか一方の振幅は、何れか一方の振幅が、他方の振幅の４０〜６０％の間である関係を満足している。図２に示した原理図では、第二パルス信号Ｓ２の振幅が、第一パルス信号Ｐ１の振幅の５０％である。
【００２６】
第一パルス信号Ｓ１の振幅Ｐ１と第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２とが、上述したような関係であると、第一パルス信号Ｓ１と第二パルス信号Ｐ２とを重畳した重畳波形ＳＳ２（ＳＳ）は、図２に示すように４つの信号レベルを有する階段状の波形となる。４つの信号レベルは、第一レベルＬＬ、第二レベルＬＨ、第三レベルＨＬ、第四レベルＨＨである。
第一レベルＬＬは、第一パルス信号Ｓ１のＬレベルＬ１と第二パルス信号Ｓ２のＬレベルＬ２との和である。第二レベルＬＨは、第一パルス信号Ｓ１のＬレベルＬ１と第二パルス信号Ｓ２のＨレベルＨ２との和である。第三レベルＨＬは、第一パルス信号Ｓ１のＨレベルＨ１と第二パルス信号Ｓ２のＬレベルＬ２との和である。第四レベルＨＨは、第一パルス信号Ｓ１のＨレベルＨ１と第二パルス信号Ｓ２のＨレベルＨ２との和である。
【００２７】
上述したように、第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２は、第一パルス信号Ｓ１の振幅Ｐ１の５０％である。第二レベルＬＨと、第三レベルＨＬとの差である重畳信号ＳＳ２の第二振幅ＳＲ２は、第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２とほぼ等しくなる。また、第三レベルＨＬと、第四レベルＨＨとの差である重畳信号ＳＳ２の第三振幅ＳＲ３も、第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２とほぼ等しくなる。第一レベルＬＬと、第二レベルＬＨとの差である重畳信号ＳＳ２の第一振幅ＳＲ１は、第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２そのものである。このように、重畳信号ＳＳ２の最大振幅ＰＳ２は、第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２でほぼ三等分される。重畳信号ＳＳ２の信号レベルが、第一レベルから第四レベルの何れであるかを判定するには、第一振幅ＳＲ１、第二振幅ＳＲ２、第三振幅ＳＲ３のそれぞれの範囲内において、それぞれしきい値を設定すればよい。つまり、図２に示すように、第一振幅ＳＲ１のほぼ中央値に第一しきい値ＴＨ１、第二振幅ＳＲ２のほぼ中央値に第二しきい値ＴＨ２、第三振幅ＳＲ３のほぼ中央値に第三しきい値ＴＨ３を設定すればよい。上述したように、第一から第三振幅ＳＲ１〜ＳＲ３の振幅は、均等であるから、良好にしきい値を設定することができる。このように、振幅の異なる２つの矩形波状の信号を重畳する場合、一方の振幅が他方の振幅の５０％となるように（４０％〜６０％の範囲となるように）すれば、重畳信号の有する信号レベルを円滑に判定できる重畳信号を得ることができる。
【００２８】
上述したように３つのしきい値ＴＨ１〜ＴＨ３により、重畳信号ＳＳ２の４つの信号レベルが以下のように判定される。
ＳＳ２の信号レベルがＴＨ１未満の場合 ：第一レベルＬＬ
ＳＳ２の信号レベルがＴＨ１以上ＴＨ２未満の場合：第二レベルＬＨ
ＳＳ２の信号レベルがＴＨ２以上ＴＨ３未満の場合：第三レベルＨＬ
ＳＳ２の信号レベルがＴＨ３以上の場合 ：第四レベルＨＨ
そして、第一パルス信号Ｓ１が有していた情報の論理値は、重畳信号ＳＳ２の信号レベルに対応して、以下のように判定される。
第一レベルＬＬ、第二レベルＬＨの場合：０（Ｌ１）
第三レベルＨＬ、第四レベルＨＨの場合：１（Ｈ１）
また、第二パルス信号Ｓ２が有していた情報の論理値は、以下となる。
第一レベルＬＬ、第三レベルＨＬの場合：０（Ｌ２）
第二レベルＬＨ、第四レベルＨＨの場合：１（Ｈ２）
このように、重畳信号ＳＳ２から、良好に元の矩形波状の信号が有した情報を取り出すことが可能である。
【００２９】
出力信号のレベルが大きいときや、出力信号のレベルが小さくても信号解析を高精度に行い得る場合には、一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の４０〜６０％の範囲内であるという関係に限られず、本発明を適用可能である。図３に示す波形の例では、一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の７５％である。この場合、図３に示すように、第一振幅ＳＲ１０と、第三振幅ＳＲ３０とは、大きな振幅となるが、第二振幅ＳＲ２０は、第一振幅ＳＲ１０や第三振幅ＳＲ３０と比べて非常に小さい振幅となる。その結果、第一振幅ＳＲ１０と第三振幅ＳＲ３０とは、その範囲内にしきい値ＴＨ１０としきい値ＴＨ３０とを設定することが容易であるが、第二振幅ＳＲ２０はしきい値ＴＨ２０の設定が容易ではない。従って、図２に示した波形例と比較して、図３に示した波形例では、重畳信号ＳＳ２０から、元の矩形波状の信号が有した情報を取り出すことが、一般的には容易ではない。しかし、この場合であっても出力信号のレベルが大きければ、相対的に第二振幅ＳＲ２０の振幅が狭いものであっても、絶対値としての振幅は、しきい値ＴＨ２０を充分に設定可能である場合がある。また、第二振幅ＳＲ２０の絶対値が狭い場合であっても、信号解析を高精度に行い得る場合には、しきい値ＴＨ２０を充分に設定可能である場合がある。
【００３０】
以上、各信号が信号レベルによって２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の２つの信号を重畳し、信号レベルによって４つの状態を表す階段状の信号を生成する原理について説明した。これは、２つの信号を重畳する場合に留まらず、任意の複数の信号を重畳する場合にも適用可能である。つまり、各信号が信号レベルによって２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号を重畳し、２のｎ乗の状態を表す階段状の信号を生成することができる。ここで、ｎは、互いに異なる振幅を有する複数の矩形波状の信号の総数である。また、複数の信号の中の何れか1つの信号の振幅は、他の２つ以上の信号の振幅の和と異なる関係であれば、好ましい重畳信号が得られる。この基本原理を、各信号が信号レベルによって２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する３つの矩形波状の信号を重畳する場合の例である図４に基づいて説明する。
【００３１】
第一パルス信号Ｓ１と第二パルス信号Ｓ２については、図１及び図２と同様である。図４に示す基本原理では、これに第三パルス信号Ｓ３を加えて、３つの信号を重畳して重畳信号ＳＳ３を得る。第三パルス信号Ｓ３は、第一パルス信号Ｓ１の振幅Ｐ１の２倍の振幅Ｐ３を有する矩形波状の信号である。従って、第一パルス信号Ｓ１の振幅Ｐ１は、第三パルス信号Ｓ３の振幅Ｐ３の５０％である。第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２は、第一パルス信号Ｓ１の振幅Ｐ１の５０％であるから、３つの矩形波状の信号は、互いに異なる振幅を有している。また、３つの矩形波状の信号の任意の２つの信号の振幅の和は、他の１つの振幅と異なる。例えば、振幅Ｐ１と振幅Ｐ２との和と振幅Ｐ３とは等しくない。他の組合せについても同様に任意の２つの信号の振幅の和と他の１つの振幅とは異なっている。また、複数の信号の中の２つの信号の一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の４０％以上６０％以下であるという関係が、複数の信号の中で重複することなく、且つ全ての信号が何れかの信号との間で満足されているともいえる。
【００３２】
３つの信号が、このような関係であると、図３に示すように、２の３乗の信号レベルを有する階段状の重畳信号ＳＳ３が得られる。重畳信号ＳＳ３は、図３に示すように第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２の幅で重畳信号ＳＳ３の最大振幅ＰＳ３を７（＝２3−１）等分し、第一振幅ＳＲ１〜第七振幅ＳＲ７を有する。そして、それぞれ第一振幅ＳＲ１〜第七振幅ＳＲ７の範囲内に、第一しきい値ＴＨ１〜第七しきい値ＴＨ７を設定することにより、重畳される前の３つの信号が有する信号レベルを再現することが可能である。
【００３３】
上述したように７つ（＝２3−１）のしきい値ＴＨ１〜ＴＨ７により、重畳信号ＳＳ３の８つの信号レベルが以下のように判定される。
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ１未満の場合 ：第一レベルＬＬＬ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ１以上ＴＨ２未満の場合：第二レベルＬＬＨ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ２以上ＴＨ３未満の場合：第三レベルＬＨＬ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ３以上ＴＨ４未満の場合：第四レベルＬＨＨ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ４以上ＴＨ５未満の場合：第五レベルＨＬＬ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ５以上ＴＨ６未満の場合：第六レベルＨＬＨ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ６以上ＴＨ７未満の場合：第七レベルＨＨＬ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ７以上の場合 ：第八レベルＨＨＨ
そして、第一パルス信号Ｓ１が有していた情報の論理値は、重畳信号ＳＳ３の信号レベルに対応して以下のように判定される。
第一、第二、第五、第六レベルＬＬＬ、ＬＬＨ、ＨＬＬ、ＨＬＨ：０（Ｌ１）
第三、第四、第七、第八レベルＬＨＬ、ＬＨＨ、ＨＨＬ、ＨＨＨ：１（Ｈ１）
また、第二パルス信号Ｓ２が有していた情報の論理値は、以下となる。
第一、第三、第五、第七レベルＬＬＬ、ＬＨＬ、ＨＬＬ、ＨＨＬ：０（Ｌ２）
第二、第四、第六、第八レベルＬＬＨ、ＬＨＨ、ＨＬＨ、ＨＨＨ：１（Ｈ２）
また、第三パルス信号Ｓ３が有していた情報の論理値は、以下となる。
第一、第二、第三、第四レベルＬＬＬ、ＬＬＨ、ＬＨＬ、ＬＨＨ：０（Ｌ３）
第二、第四、第六、第八レベルＨＬＬ、ＨＬＨ、ＨＨＬ、ＨＨＨ：１（Ｈ３）
このように、重畳信号ＳＳ３から、良好に重畳される前の矩形波状の信号がそれぞれ有していた情報を取り出すことが可能である。
【００３４】
〔信号出力装置〕
図５は、本発明に係る信号出力装置１０の構成原理を示す概略ブロック図である。この原理図では、３つの信号を重畳する場合について示している。即ち、第一パルス信号Ｓ１と、第二パルス信号Ｓ２と、第三パルス信号Ｓ３とは、対等に信号重畳手段１８において重畳される。そして、信号重畳手段１８から、重畳信号ＳＳとして出力される。これら複数のパルス信号が、電圧出力信号である場合には、信号重畳手段１８を演算増幅器等を用いた加算回路により構成することで、複数の信号を互いに重畳することができる。
【００３５】
複数の信号が電流出力信号である場合には、上記のような加算回路を用いずに互いの信号を重畳することができる。図６に示すように、各信号線を接続点Ｑで接続することにより、各信号が有する電流を加算することができる。キルヒホッフの法則によれば、一点（接続点Ｑ）に流れ込む電流の総和と、一点（接続点Ｑ）から流れ出す電流の総和とは、等しくなる。従って、第一、第二、第三パルス信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３から接続点Ｑに流れ込む電流の総和は、接続点Ｑから重畳信号ＳＳに流れ出す電流と等しくなる。その結果、それぞれが電流出力信号である複数の信号は、各信号を接続点Ｑで接続することにより、互いに重畳される。尚、電流出力信号は高インピーダンス出力であるので、外来ノイズの影響を受け易い。そこで、図７に示すように重畳信号ＳＳを電流電圧変換部１９で電圧変換した後に出力してもよい。電圧出力信号に変換された重畳信号ＳＳ＿Ｖは、低インピーダンス出力となり、出力後に伝送線路上で受ける外来ノイズに対する耐性を強くすることができる。図７に示した電流電圧変換部１９による電圧変換では、変換後の重畳信号ＳＳ＿Ｖの電圧値は、重畳信号ＳＳの電流値をＩとして、Ｖｒｅｆ−Ｒ×Ｉとなる。また、図８に示すように、重畳信号ＳＳを入力されて、元の矩形波上の信号が有していた情報を再現する信号入力装置２０に電流電圧変換部２９を備えてもよい。
【００３６】
〔信号入力装置〕
以下、上記のようにして重畳された重畳信号ＳＳ（ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ＿Ｖ）から、元の矩形波状の信号が有していた情報を再現する方法について説明する。図９は、本発明の実施により、互いに振幅の異なる２つの矩形波状の信号が重畳された信号（図１参照）から元の矩形波状が有していた情報を再現する例を示す波形図である。また、図１０及び１１は、重畳信号ＳＳ２（ＳＳ、ＳＳ＿Ｖ）から第一パルス信号Ｓ１及び第二パルス信号Ｓ２が有していた情報を再現する信号入力装置の構成例である。図１０及び図１１に示した構成例では、説明を容易にするために、重畳信号ＳＳが、電流電圧変換部１９あるいは２９を経た電圧出力信号の場合を示している。重畳信号ＳＳが電流出力信号である場合でも技術思想は同様である。
【００３７】
図１０及び図１１に示す比較部２１は、重畳信号ＳＳの信号レベルを判定するために、しきい値ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３を基準電圧とする比較器２１ａ、２１ｂ、２１ｃを備えている。図９に示す例では、重畳信号ＳＳは、２つの信号が重畳されているので、２2種類（＝４種類）の信号レベルＬＬ、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨを有している。従って、２2−１種類（＝３種類）のしきい値ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３により、各信号レベルが判定される。図９〜１１に示す判定出力ｃ３は、比較器２１ｃの出力であり、重畳信号ＳＳの信号レベルが、第三しきい値ＴＨ３以上の時にＨレベルを出力する。判定出力ｃ２は、比較器２１ｂの出力であり、重畳信号ＳＳが、第二しきい値ＴＨ２以上の時にＨレベルを出力する。判定出力ｃ１は、比較器２１aの出力であり、重畳信号ＳＳが、第一しきい値ＴＨ１以上の時にＨレベルを出力する。
【００３８】
重畳される前の矩形波状の信号は、信号レベルによって２つの状態を表している。つまり、信号レベルがＨレベルの時を”１”、Ｌレベルの時を”０”として論理値により情報を表している。図９から明らかなように、判定出力ｃ２の示す論理値は、第一パルス信号Ｓ１と同一である。第一パルス信号Ｓ１と、判定出力ｃ２とは、一方が電流出力で他方が電圧出力であったり、双方が電圧出力信号であってもその信号レベルが異なったりするなど、異なった信号となることが多い。しかし、第一パルス信号Ｓ１と判定出力ｃ２とが表す情報、即ち両信号が表す論理値は、一致している。従って、判定出力ｃ２は、第一パルス信号Ｓ１の表す情報を再現したデコード信号ｄ１となる。
【００３９】
一方、第二パルス信号Ｓ２の表す情報を再現するデコード信号ｄ２の論理値は、デコード信号ｄ１のように比較器２１ａ〜２１ｃの判定出力の何れか1つの論理値と、単純に一致するものではない。比較器２１ｃの判定出力ｃ３は、第一パルス信号Ｓ１がＨレベルであって、第二パルス信号Ｓ２がＨレベルである場合を示している。また、比較器２１ａの判定出力ｃ１は、第一パルス信号Ｓ１がＨレベルであるか、あるいは第一パルス信号Ｓ１の信号レベルに拘らず第二パルス信号Ｓ２がＨレベルである場合を示している。第一パルス信号Ｓ１の信号レベルと第二パルス信号Ｓ２の信号レベルとは独立してその状態が変化する。従って、判定出力ｃ３のみでは第二パルス信号Ｓ２がＨレベルである状態を全て取り出せてはいない。また、判定出力ｃ１には、第二パルス信号Ｓ２がＨレベルであることと、第一パルス信号Ｓ１がＨレベルであることとの２つの状態が混合されている。そこで、図１０及び図１１に示すデコード部２２において、判定出力ｃ１〜ｃ３より、重畳される前に第二パルス信号Ｓ２が有していた信号レベルの状態を再現している。
【００４０】
図１０に示す信号入力装置２０の構成例では、デコード部２２にマルチプレクサ２２ａを備えている。そして、判定出力ｃ２の論理値に応じて判定出力ｃ３あるいは判定出力ｃ１の何れかを選択し、デコード信号ｄ２として出力している。つまり、判定出力ｃ２がＨレベルの場合には判定出力ｃ３を、判定出力ｃ２がＬレベルの場合には判定出力ｃ１をデコード信号ｄ２とする。このようにすることで、重畳前の第二パルス信号Ｓ２が有していた信号レベルの状態だけを再現している。
【００４１】
また、デコード部２２のマルチプレクサ２２ａに替えて、図１１に示すように論理回路を用いてもよい。図１１に示す論理回路を用いると、判定出力ｃ２とｃ１とによって、デコード信号ｄ０が得られる。具体的には、判定出力ｃ２の反転論理と、判定出力ｃ１との論理積を取ることにより、第一パルス信号Ｓ１がＬレベルであって、第二パルス信号Ｓ２がＨレベルである場合を示すデコード信号ｄ０が得られる。判定出力ｃ３は、上述したように第一パルス信号Ｓ１がＨレベルであって、第二パルス信号Ｓ２がＨレベルである場合を示すものである。従って、デコード信号ｄ０と判定出力ｃ３との論理和を取ると（デコード信号ｄ２）、第一パルス信号Ｓ１の信号レベルの影響を排除して、第二パルス信号Ｓ２が有する情報（論理値）を再現することができる。
【００４２】
図９に示すように、第二パルス信号Ｓ２とデコード信号ｄ２とは、電流出力と電圧出力との違いがあったり、双方が電圧出力信号であってもその信号レベルが異なったりする場合がある。しかし、第二パルス信号Ｓ２とデコード信号ｄ２とが表す情報、即ち両信号が表す論理値は、良好に一致している。図９に示すように、両信号の波形が示す論理値は同一であり、この波形によってマンチェスターコード化されたデータの論理値も同一である。従って、デコード信号ｄ２は、第二パルス信号Ｓ２の表す情報を良好に再現しているということができる。
【００４３】
また、信号入力装置２０を図１２のように構成してもよい。図１２は、電流電圧変換部１９（２９）を経た後の重畳信号ＳＳを、マイクロコンピュータ等のプロセッサを用いて解析（判定及び情報の復元）する場合の例である。この構成例では、重畳信号ＳＳは、Ａ／Ｄコンバータ２３にて、多ビットのデジタル値に変換される。重畳信号ＳＳが有する各信号レベルを判定するためのしきい値は、レジスタ２４にデジタル値として記憶されている。比較部２１は、レジスタ２４に記憶されたしきい値と、デジタル変換された重畳信号ＳＳのデジタル値とを比較する。デコード部２２は、比較部２１の比較結果に基づいて、重畳前の信号が有していた情報を再現する。尚、図１２に示した各部は、機能としての分割を示したものであり、物理的に各部が独立している必要はない。同一のハードウェア上において、それぞれの機能を有するソフトウェアによって実現されてもよい。また、比較部２１とデコード部２２とが、1つのマイクロコンピュータによって構成されてもよい。そして、この場合統合されたソフトウェアによって比較判定及び情報の復元を一括して実行してもよい。
【００４４】
尚、上述した信号出力装置１０と、信号入力装置２０とを備えると、各信号が２つの状態を表す複数の信号を、各信号の何れの信号の状態にも依存されることなく重ね合わせ、少ない信号数で複数の信号が有する情報を復元可能な状態で伝達することのできる信号入出力装置を得ることができる。以下、このような信号入出力装置を回転体の回転を検出する回転検出装置や車輪の状態監視装置に適用する適用例について説明する。
【００４５】
〔適用例〕
図１３は、回転体４０の回転を回転センサ５０によって検出する例を示す概略ブロック図である。車輪４０には、異極が隣合うように周回して磁性体が備えられている。回転センサ５０は、ホールＩＣなどの磁気センサ５１が備えられており、車輪４０に備えられた磁極を検出して検出信号を出力する。磁気センサ５１は、一対のセンサ素子５１ａと５１ｂとからなる。センサ素子５１ａと５１ｂとは、互いに、車輪４０に備えられた磁性体のピッチの整数倍の距離に１／２あるいは１／４の距離を加減算した距離をおいて配置される。これは後述するように、信号処理部５２において回転方向を検出するためである。回転方向を検出しない用途では、単一のセンサ素子により、磁気センサ５１を構成してもよい。回転センサ５０の検出結果は、回転センサ５０と共に、又は別途備えられた情報処理部（不図示）に入力され、回転速度や回転方向などが数値化される。そして、情報処理部や、他の制御装置（不図示）によって、種々の制御に用いられる。回転センサ５０と情報処理部とによって、回転検出装置が構成される。
【００４６】
図１４には、回転体４０の回転を回転センサ５０にて検出した検出信号の波形の例を示している。信号ＭＳＡは、センサ素子５１ａによる回転検出結果である。矩形波状の信号の周期により、回転速度を表している。信号ＭＳＢは、センサ素子５１ｂによる回転検出結果である。信号ＭＳＡと同様に、矩形波状の信号の周期により、回転速度を表している。上述したように、センサ素子５１ａと、５１ｂとは、回転体４０に備えられた磁性体の取り付けピッチの整数倍と少しずれたピッチで設置されている。そのため、信号ＭＳＡと信号ＭＳＢとの位相は、図１４に示すようにずれを有している。このずれは、何れか一方の信号（ＭＳＡ、ＭＳＢ）を基準とした場合、回転体４０の回転方向によって１８０度異なる方向に現れる。例えば、回転体４０が前進方向に回転している場合、信号ＭＳＡを基準としてセンサ素子５１ｂが信号ＭＳＢ＿Ｆを出力するとする。回転体４０が後退方向に回転している場合には、信号ＭＳＡを基準としてセンサ素子５１ｂは信号ＭＳＢ＿Ｂを出力する。信号ＭＳＢ＿Ｆと信号ＭＳＢ＿Ｂとは、このように１８０度位相の異なる信号となる。ここで、信号処理部５２において、信号ＭＳＡと信号ＭＳＢとの論理積を採ると、回転体４０が前進回転する場合には、回転方向信号Ｄが、信号Ｄ＿Ｆとして出力される。回転体４０が後退運転する場合には、回転方向信号Ｄが、信号Ｄ＿Ｂとして出力される。
【００４７】
ここで、信号ＭＳＡ（又はＭＳＢ）を回転速度信号、信号Ｄを回転方向信号と称することとする。信号処理部５２において、回転速度信号ＭＳＡと、回転方向信号Ｄとは互いの振幅を異ならせて、好適には一方の振幅が他方の振幅の５０％となるように信号処理されて出力される。例えば、図１４に示す波形例では、回転方向信号Ｄが、回転速度信号ＭＳＡの振幅の５０％としている。そして、図１６に示すように、回転速度信号ＭＳＡと、回転方向信号Ｄとを信号重畳手段１８で重畳する。尚、信号重畳手段１８を含む信号出力装置１０を信号処理部５０に備えていてもよい。また、重畳信号ＳＳは、車体側に備えられた不図示のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に入力される。ＥＣＵは、本発明の信号入力装置２０に相当する。つまり、図１〜図１２を用いて説明したような本発明に係る信号入力装置１０、信号出力装置２０、信号入出力装置を備えて、回転検出装置を構成することができる。回転速度信号ＭＳＡ及び回転方向信号Ｄは、図１〜図１２を用いて説明した第一〜第三パルス信号Ｓ１〜Ｓ３に相当するものである。
【００４８】
また、回転センサ５０の検出結果と、回転センサ５０とは異なるセンサの検出結果とを重畳してもよい。図５は、回転体４０としての車輪４０Ａの断面図である。車輪４０は、タイヤホイール４２にタイヤ４１を支持し、車軸４３を回転中心として回転する。回転センサ５０は、車輪４０Ａの回転（回転方向、回転速度）を検出する。尚、回転センサ５０は、上述したように磁気センサを用いた方式のものでもよいし、オプティカルエンコーダを用いた光学式のものでもよい。空気圧センサ６０は、タイヤ４１に空気を注入するバルブ部に備えられており、タイヤ４１の空気圧やタイヤ内の温度を測定する。測定された空気圧は、例えば無線送信により車体側の受信部（不図示）に伝達される。空気圧センサによる測定結果は、複数ビットのデジタル信号がマンチェスターコード等にコード化されて伝達される。そして、図１７に示すように、回転速度信号ＭＳＡと、空気圧情報信号とを信号重畳手段１８で重畳する。
【００４９】
尚、回転センサ５０の内部に、空気圧センサ６０からの無線信号を受信し、ミキシングし、復調する受信部を備えていてもよい。そして、この場合は、さらに信号重畳手段１８を含む信号入力装置１０を信号処理部５０に備えていてもよい。また、この場合、図１８に示すように、回転速度信号ＭＳＡと、回転方向信号Ｄと、空気圧情報信号とを信号重畳手段１８で重畳してもよい。さらにタイヤ温度情報信号を重畳してもよい。
【００５０】
空気圧センサ６０や、回転センサ５０により取得された情報は、重畳信号ＳＳによって、車体側に備えられた不図示のＥＣＵに入力される。ＥＣＵでは、重畳信号ＳＳから重畳前の信号が有していた情報が復元される。そして、ＥＣＵやこのＥＣＵと接続される他の制御装置は、空気圧情報や回転速度、回転方向などの情報に基づいて、車両の種々の制御を実施する。空気圧センサ６０と、回転センサ５０と、ＥＣＵとは、本発明の車輪の状態監視装置を構成する。つまり、図１〜図１２を用いて説明したような本発明に係る信号入力装置１０、信号出力装置２０、信号入出力装置を備えて、車輪の状態監視装置を構成することができる。回転速度信号ＭＳＡ、回転方向信号Ｄ、空気圧情報信号及びタイヤ温度情報信号は、図１〜図１２を用いて説明した第一〜第三パルス信号Ｓ１〜Ｓ３に相当するものである。
【００５１】
以上説明したように、各信号が２つの状態を表す複数の信号を、各信号の何れの信号の状態にも依存されることなく重ね合わせ、少ない信号線で複数の信号が有する情報を復元可能な状態で伝達することのできる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施により、互いに振幅の異なる２つの矩形波状の信号を重畳する例を示す波形図
【図２】互いに振幅の異なる２つの矩形波状の信号を重畳する本発明の基本原理を説明する波形図
【図３】互いに振幅の異なる２つの矩形波状の信号を重畳する場合の一例を説明する波形図
【図４】互いに振幅の異なる３つの矩形波状の信号を重畳する本発明の基本原理を説明する波形図
【図５】本発明に係る信号出力装置の構成原理を示す概略ブロック図
【図６】本発明に係る信号出力装置の構成例を示す概略ブロック図
【図７】本発明に係る信号出力装置の他の構成例を示す概略ブロック図
【図８】本発明に係る信号入力装置の電流電圧変換部の一例を示す概略回路図
【図９】本発明の実施により、互いに振幅の異なる２つの矩形波状の信号が重畳された信号から元の矩形波状が有していた情報を再現する例を示す波形図
【図１０】本発明に係る信号入力装置の構成例を示す概略ブロック図
【図１１】図１０のデコード部の他の構成例を示す概略ブロック図
【図１２】本発明に係る信号入力装置の他の構成例を示す概略ブロック図
【図１３】本発明に係る回転検出装置が備える回転センサの一例を示す概略ブロック図
【図１４】図１１に示す回転センサの出力信号の一例を示す波形図
【図１５】図１３に示す回転体の一例としての車輪の断面図
【図１６】本発明に係る回転検出装置が備える信号出力部の構成例を示す概略ブロック図
【図１７】本発明に係る車輪の状態監視装置が備える信号出力部の構成例を示す概略ブロック図
【図１８】本発明に係る車輪の状態監視装置が備える信号出力部の他の構成例を示すブロック図
【符号の説明】
【００５３】
１０ 信号出力装置
２０ 信号入力装置
２１ 比較部
２２ デコード部
Ｓ１ 第一パルス信号
Ｓ２ 第二パルス信号
ＳＳ 重畳信号
ＴＨ１ 第一しきい値
ＴＨ２ 第二しきい値
ＴＨ３ 第三しきい値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各信号が２つの状態を表す複数の信号を、それぞれの信号が有する情報を失わずに重畳して出力する信号出力装置に関する。また、各信号が２つの状態を表す複数の信号が重畳された信号から、元の複数の信号が表していた状態を再現する信号入力装置に関する。また、このような信号出力装置と信号入力装置とを備えた信号入出力装置に関する。さらに、このような信号入出力装置を備えた車輪の状態監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような信号入力装置、信号出力装置、信号入出力装置として、下記に示す特許文献１には、車輪の回転検出装置やブレーキライニングの磨耗等を含めた車輪の状態監視装置に適用可能な技術が示されている。これは、各信号がそれぞれ有する情報を、これらの信号を重ね合わせることにより1つの信号上で表す情報の重ね合わせ方法に関するものである。この技術によれば、一方の信号は２つの所定レベル（ハイ（Ｈｉｇｈ）、ロー（Ｌｏｗ））を有し、２つのレベルのアナログ的な周期変化によって情報を表す信号である（特許文献１ではアナログ信号と称する。）。他方の信号は、情報をデジタルデータワード（digital data word）の形で表すデジタル信号を含んだものである。そして、重ね合わせユニットにより、周期によって回転速度を表すアナログ信号のハイ状態の始めに、デジタルデータワードが存在するようにしている。つまり、２つの所定レベルを有するアナログ信号のデューティー比を１対１から、３対７や７対３などに変更し、割合の多い方（例えば７対３の７の方）のレベルの一部を使ってデジタルデータワードを表している。特許文献１によれば、最大回転速度周波数が３ｋＨｚの時、これから可能な３０〜７０％のデューティー比において、約１００マイクロ秒の最大データワード長を取ることが可能である。
【０００３】
また、下記に示す特許文献２には、回転速度（回転周波数）だけでなく、例えば回転方向や自己診断結果等の情報を付加した出力を出力可能な回転センサの検出信号出力方法やこの方法を用いた検出信号処理装置の技術が示されている。この技術では、回転方向等の回転速度とは異なる情報を、回転速度に応じたタイミングで出力する。つまり、パルス幅の異なる２つのパルスを用いて、これらのパルスをそれぞれ論理値の”１”及び”０”に対応させ、回転速度に応じたタイミングで出力する。出力タイミングにより回転速度を表し、パルス幅により例えば論理値”１”の場合に正回転、論理値”０”の場合に逆回転を表している。ここで、回転体が正方向又は逆方向への回転を始め、回転速度が所定の速度を超えた状態では、回転方向が急激に変化することはない。そこで、所定の速度を超えると、回転方向を示さなくとも同じ回転方向を維持しているとみなすことができるとしている。そして、正方向、逆方向の回転方向を示す波形のパルス幅を論理値の”１”、”０”のデータ符号に対応させて、回転速度に応じたタイミングで自己診断結果等のデジタル情報を出力するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−７０５２４号公報（第２〜１６段落、第４３〜５０段落、第４図、第７図）
【特許文献２】特開２００１−１６５９５１号公報（第８〜１０段落、第７〜１２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１及び２に記載の技術は簡単な構成で、良好に２つ以上の情報を表す信号を1つの信号に重ね合わせることが可能なものである。しかし、特許文献１に記載の技術では、アナログ信号の周期が短くなった場合（例えば、回転体が高速回転した場合）、パルス間隔が狭くなり充分に他の情報（デジタルデータワード）を重ね合わせることができなくなることがある。また、特許文献１及び特許文献２の技術では、例えば回転体の回転速度を示す信号など、一方の信号のパルスに同期させて他の情報を重ね合わせている。従って、この一方の信号のパスルが出力されない状況においては、他の情報を重ね合わせることもできない。つまり、特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、共に、他の情報の重ね合わせの可否が、一方の信号の状態に依存するという課題を有している。
【０００６】
本願発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、各信号が論理信号として２つの状態を表す複数の信号を、各信号の何れの信号の状態にも依存することなく重ね合わせ、少ない信号線で複数の信号が有する情報を復元可能な状態で伝達することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するための本発明に係る信号出力装置の特徴構成は、各信号が論理信号として２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号を重畳し、前記複数の信号の総数をｎとして、前記重畳された信号の信号レベルによって２のｎ乗の状態を表す階段状の信号を生成する点にある。
【０００８】
重畳前の各信号は、それぞれの信号レベルによって２つの状態を表す信号（論理信号）である。本特徴構成によれば、これら各信号の重畳後の信号は、信号の総数をｎとして、２のｎ乗の信号レベルを有する階段状の信号となる。例えば、信号の総数が２であれば４つの信号レベルを有し、信号の総数が３であれば８つの信号レベルを有する信号となる。従って、元の各信号が有していた情報を損なうことなく、複数の信号を1つの信号に重ね合わせることができる。また、複数の信号のうち、何れかの信号にも同期させる必要はなく、各信号の独立性を保って１つの信号に重ね合わせることができる。その結果、少ない信号線によって複数の信号が有する情報を伝達することのできる信号出力装置を提供することができる。
【０００９】
尚、各信号をそれぞれの振幅を加算することにより重畳する場合、各信号が電圧出力信号であると、トランジスタ等の能動素子や演算増幅器などを用いた加算回路が必要となる。しかし、各信号が電流出力信号であると、このような加算回路は必要ではない。つまり、各信号の信号線を１本の信号線に短絡することにより、キルヒホッフ（Kirchhoff）の法則に従って各信号の電流値が加算される。従って、重畳前の複数の信号が、電流出力信号であると、小さな回路規模によって、複数の信号を重ね合わせることが可能となる。
【００１０】
また、前記複数の信号の総数が２であり、これら２つの信号のうち一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の４０％以上６０％以下であると好適である。
【００１１】
複数の信号の中の何れか１つの信号の振幅が、他の２つ以上の信号の振幅の和と一致、又は判別が困難な程度に極めて近い場合、重畳後の信号は、重畳前の信号の総数をｎとして２のｎ乗の状態を明確に区別できるものとはならない。重畳前の複数の信号の中の任意の２つ以上の振幅の和と、他の２つ以上の信号の振幅の和との関係についても同様である。重畳後の信号において明確に区別できる状態が、２のｎ乗よりも少ない場合、元の信号が有していた情報が一部重複してしまうこととなる。つまり、結果として重畳後の信号において情報量が欠落することとなる。このように情報量が欠落すると、1つの信号に重ね合わせることはできても、この重ね合わせた信号を利用する価値が著しく低下する。従って、重畳前の複数の信号の中の任意の２つ以上の振幅の和が、他の２つ以上の信号の振幅の和、及び他の何れか１つの信号の振幅と異なる関係であるとよい。
【００１２】
複数の信号の総和が２である場合、上記のように一方の信号の振幅が他方の振幅の４０％以上６０％以下、さらに好ましくは５０％程度であれば、重畳後の信号が有する４つの状態（２の２乗＝４）の区別が明確となる。例えば、一方の信号（Ｍ）の振幅が他方の信号（Ｎ）の振幅の５０％である場合、重畳後の信号の有する４つの状態（信号レベル）は以下のようになる。最も低いレベルは両信号の振幅がローレベルの場合であり、次に低いレベルは信号（Ｍ）がハイレベルで信号（Ｎ）がローレベルの場合で信号（Ｎ）の振幅の５０％である。次に低いレベルは信号（Ｍ）がローレベルで信号（Ｎ）がハイレベルの場合で信号２の振幅の１００％である。最も高いレベルは両信号の振幅が共にハイレベルの場合で信号（Ｎ）の振幅の１５０％である。このように、重畳後の信号の有する各レベルは、信号（Ｎ）の振幅の５０％を差分として均等となる。その結果、単数の信号によって複数の信号が有する情報を良好に伝達することのできる信号を得ることが可能となる。
【００１３】
尚、前記複数の信号の総数が３以上の場合、前記複数の信号の中の２つの信号の一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の４０％以上６０％以下であるという関係が、前記複数の信号の中で重複することなく、且つ全ての信号が何れかの信号に対して満足されるとよい。
さらには、前記複数の信号の中の２つの信号の一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の５０％に対し、＋−（プラスマイナス）ｍ以内であるという関係が、前記複数の信号の中で重複されることなく、且つ全ての信号が何れかの信号に対して満足されるとよい。尚、ｍの値は、前記複数の信号の中の最小振幅の１／３以下、さらには信号の総数ｎに対し、１／（２ｎ−１）以下であることが望ましい。
【００１４】
また、本発明に係る信号入力装置の特徴構成は、各信号が信号レベルによって２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号を重畳した階段状の信号が表すそれぞれの信号レベルを、前記複数の信号の総数をｎとして、２のｎ乗から１を減じた数のしきい値により判定する比較部と、この比較部の判定結果に基づいて前記複数の信号がそれぞれ表す２つの状態を再現するデコード部とを有する点にある。
【００１５】
上述したように各信号が信号レベルによって２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号を重畳した階段状の信号は、複数の信号の総数をｎとして２のｎ乗の信号レベルを有する。従って、２のｎ乗種類のそれぞれの信号レベルに対して、２のｎ乗から１を減じた種類のしきい値を設定すれば、２のｎ乗種類の全ての信号レベルを特定することができる。この各信号レベルは、重畳前の複数の信号の各信号レベルの組合せの中で唯一のものを特定するものである。従って、信号レベルを特定できれば、重畳前の各信号の信号レベルを再現することができる。
【００１６】
尚、前記複数の信号及び前記階段状の信号が電流出力信号である場合、電流出力信号が有する各信号レベルを判定するには、信号入力装置に電流検出回路を備える必要がある。この場合、信号入力装置に電流出力信号を電圧出力信号に変換する電流電圧変換部が備えられているとよい。電流出力信号を電圧出力信号に変換すると、比較部は、電圧値で設定された前記しきい値に基づいて判定することができる。つまり、汎用の比較器等を利用して簡単に比較部を構成することができる。また、Ａ／Ｄコンバータ等を用いて重畳後の信号をデジタル変換し、マイクロコンピュータ等を用いて演算すことにより比較、判定することも可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る信号出力装置と信号入力装置とを有する信号入出力装置を備え、前記複数の信号に、車両の車輪の回転速度に応じた頻度で矩形波状の回転検出信号を出力する回転センサの出力信号と、前記車輪の空気圧の情報を表す矩形波状の信号とを含む車輪の状態監視装置を構成すると好適である。
【００１８】
本発明に係る信号入出力装置は、複数の信号を良好に1つの信号に重畳する信号出力装置と、１つの信号に重畳された信号から元の複数の信号が有していた情報を再現する信号入力装置とを有して構成される。従って、上述したように信号出力装置と信号入力装置との間の配線を最小限に抑えて情報伝達が可能な信号入出力装置を構成することができる。また、上述したように、入出力装置間において情報量を損なわず、また何れか１つの信号の状態に依存されることもない。
【００１９】
回転センサの回転検出信号は、回転体の回転に応じた頻度で出力される。従って、回転体が高速回転する場合には、回転検出信号の出力頻度が高くなる。従って、回転検出信号の出力頻度に同期して他の情報を有する信号を重ね合わせると、出力頻度が高い場合には他の信号を重ねる区間を確保できないことがある。一方、回転体が停止を含む低速回転する場合には、回転検出信号の出力頻度は低くなる。また、回転体が非常に低速な場合には、迅速に他の信号の情報を伝達できない。さらに、回転体が停止している場合には全く伝達することができない。
【００２０】
車輪の空気圧は車輪が回転している状態では測定することができない。従って、回転体の回転検出信号に同期して、空気圧の測定情報を伝達する方法では、車輪の停止時に空気圧を測定し、車輪が回転を始めた後に測定した空気圧情報を重畳することになる。このため、迅速に空気圧の情報を伝達することができない。しかし、本発明の車輪の状態監視装置では、上述したように、回転検出信号の出力の有無には全く依存されずに、空気圧の測定情報を重ね合わせることができる。その結果、良好に情報伝達が可能な車輪の状態監視装置を構成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施により、互いに振幅の異なる２つの矩形波状（パルス状）の信号を重畳する例を示す波形図である。図に示すように、第一パルス信号Ｓ１及び第二パルス信号Ｓ２は、各信号が論理信号として２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の信号である。重畳信号ＳＳ（ＳＳ２）は、第一パルス信号Ｓ１と第二パルス信号Ｓ２とを重畳して得られた信号である。
【００２２】
第二パルス信号Ｓ２は、信号の１周期の区間Ａや区間Ｂにおいて、ハイレベル（以下、Ｈレベル）Ｈ２と、ローレベル（以下、Ｌレベル）Ｌ２との２つの状態（信号レベル）を有している。区間Ａのように前半がＨレベル、後半がＬレベルの場合にはデータ”０”を表し、区間Ｂのように前半がＬレベル、後半がＨレベルの場合にはデータ”１”を表すマンチェスターコードで、情報を表している。
【００２３】
第一パルス信号Ｓ１は、区間Ｘにおいて、論理信号としてＨレベルＨ１と、ＬレベルＬ１との２つの状態を有している。そして、このパルス状の信号の周期によって情報を表している。区間Ｙにおいては、パルス状の信号が存在しない場合を示している。例えば、区間Ｘは、ある事象を検出している区間であり、区間Ｙはある事象が発生しない区間であるということができる。
【００２４】
重畳信号ＳＳは、互いに異なる振幅である第一パルス信号Ｓ１と第二パルス信号Ｓ２とを重畳して得られた信号であり、４つの信号レベルＨＨ、ＨＬ、ＬＨ、ＬＬを有した階段状の信号である。この４つの信号レベルについて、図２を利用して詳述する。
【００２５】
図２は、互いに振幅の異なる２つの矩形波状の信号を重畳する基本原理を説明する波形図である。図１と同様に、第一パルス信号Ｓ１は、ＨレベルＨ１とＬレベルＬ１との２つの状態を有し、振幅Ｐ１の矩形波である。同様に第二パルス信号Ｓ２は、ＨレベルＨ２とＬレベルＬ２とを有し、振幅Ｐ２の矩形波である。ここで、第一パルス信号と第二パルス信号との何れか一方の振幅は、何れか一方の振幅が、他方の振幅の４０〜６０％の間である関係を満足している。図２に示した原理図では、第二パルス信号Ｓ２の振幅が、第一パルス信号Ｐ１の振幅の５０％である。
【００２６】
第一パルス信号Ｓ１の振幅Ｐ１と第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２とが、上述したような関係であると、第一パルス信号Ｓ１と第二パルス信号Ｐ２とを重畳した重畳波形ＳＳ２（ＳＳ）は、図２に示すように４つの信号レベルを有する階段状の波形となる。４つの信号レベルは、第一レベルＬＬ、第二レベルＬＨ、第三レベルＨＬ、第四レベルＨＨである。
第一レベルＬＬは、第一パルス信号Ｓ１のＬレベルＬ１と第二パルス信号Ｓ２のＬレベルＬ２との和である。第二レベルＬＨは、第一パルス信号Ｓ１のＬレベルＬ１と第二パルス信号Ｓ２のＨレベルＨ２との和である。第三レベルＨＬは、第一パルス信号Ｓ１のＨレベルＨ１と第二パルス信号Ｓ２のＬレベルＬ２との和である。第四レベルＨＨは、第一パルス信号Ｓ１のＨレベルＨ１と第二パルス信号Ｓ２のＨレベルＨ２との和である。
【００２７】
上述したように、第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２は、第一パルス信号Ｓ１の振幅Ｐ１の５０％である。第二レベルＬＨと、第三レベルＨＬとの差である重畳信号ＳＳ２の第二振幅ＳＲ２は、第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２とほぼ等しくなる。また、第三レベルＨＬと、第四レベルＨＨとの差である重畳信号ＳＳ２の第三振幅ＳＲ３も、第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２とほぼ等しくなる。第一レベルＬＬと、第二レベルＬＨとの差である重畳信号ＳＳ２の第一振幅ＳＲ１は、第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２そのものである。このように、重畳信号ＳＳ２の最大振幅ＰＳ２は、第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２でほぼ三等分される。重畳信号ＳＳ２の信号レベルが、第一レベルから第四レベルの何れであるかを判定するには、第一振幅ＳＲ１、第二振幅ＳＲ２、第三振幅ＳＲ３のそれぞれの範囲内において、それぞれしきい値を設定すればよい。つまり、図２に示すように、第一振幅ＳＲ１のほぼ中央値に第一しきい値ＴＨ１、第二振幅ＳＲ２のほぼ中央値に第二しきい値ＴＨ２、第三振幅ＳＲ３のほぼ中央値に第三しきい値ＴＨ３を設定すればよい。上述したように、第一から第三振幅ＳＲ１〜ＳＲ３の振幅は、均等であるから、良好にしきい値を設定することができる。このように、振幅の異なる２つの矩形波状の信号を重畳する場合、一方の振幅が他方の振幅の５０％となるように（４０％〜６０％の範囲となるように）すれば、重畳信号の有する信号レベルを円滑に判定できる重畳信号を得ることができる。
【００２８】
上述したように３つのしきい値ＴＨ１〜ＴＨ３により、重畳信号ＳＳ２の４つの信号レベルが以下のように判定される。
ＳＳ２の信号レベルがＴＨ１未満の場合 ：第一レベルＬＬ
ＳＳ２の信号レベルがＴＨ１以上ＴＨ２未満の場合：第二レベルＬＨ
ＳＳ２の信号レベルがＴＨ２以上ＴＨ３未満の場合：第三レベルＨＬ
ＳＳ２の信号レベルがＴＨ３以上の場合 ：第四レベルＨＨ
そして、第一パルス信号Ｓ１が有していた情報の論理値は、重畳信号ＳＳ２の信号レベルに対応して、以下のように判定される。
第一レベルＬＬ、第二レベルＬＨの場合：０（Ｌ１）
第三レベルＨＬ、第四レベルＨＨの場合：１（Ｈ１）
また、第二パルス信号Ｓ２が有していた情報の論理値は、以下となる。
第一レベルＬＬ、第三レベルＨＬの場合：０（Ｌ２）
第二レベルＬＨ、第四レベルＨＨの場合：１（Ｈ２）
このように、重畳信号ＳＳ２から、良好に元の矩形波状の信号が有した情報を取り出すことが可能である。
【００２９】
出力信号のレベルが大きいときや、出力信号のレベルが小さくても信号解析を高精度に行い得る場合には、一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の４０〜６０％の範囲内であるという関係に限られず、本発明を適用可能である。図３に示す波形の例では、一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の７５％である。この場合、図３に示すように、第一振幅ＳＲ１０と、第三振幅ＳＲ３０とは、大きな振幅となるが、第二振幅ＳＲ２０は、第一振幅ＳＲ１０や第三振幅ＳＲ３０と比べて非常に小さい振幅となる。その結果、第一振幅ＳＲ１０と第三振幅ＳＲ３０とは、その範囲内にしきい値ＴＨ１０としきい値ＴＨ３０とを設定することが容易であるが、第二振幅ＳＲ２０はしきい値ＴＨ２０の設定が容易ではない。従って、図２に示した波形例と比較して、図３に示した波形例では、重畳信号ＳＳ２０から、元の矩形波状の信号が有した情報を取り出すことが、一般的には容易ではない。しかし、この場合であっても出力信号のレベルが大きければ、相対的に第二振幅ＳＲ２０の振幅が狭いものであっても、絶対値としての振幅は、しきい値ＴＨ２０を充分に設定可能である場合がある。また、第二振幅ＳＲ２０の絶対値が狭い場合であっても、信号解析を高精度に行い得る場合には、しきい値ＴＨ２０を充分に設定可能である場合がある。
【００３０】
以上、各信号が信号レベルによって２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の２つの信号を重畳し、信号レベルによって４つの状態を表す階段状の信号を生成する原理について説明した。これは、２つの信号を重畳する場合に留まらず、任意の複数の信号を重畳する場合にも適用可能である。つまり、各信号が信号レベルによって２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号を重畳し、２のｎ乗の状態を表す階段状の信号を生成することができる。ここで、ｎは、互いに異なる振幅を有する複数の矩形波状の信号の総数である。また、複数の信号の中の何れか1つの信号の振幅は、他の２つ以上の信号の振幅の和と異なる関係であれば、好ましい重畳信号が得られる。この基本原理を、各信号が信号レベルによって２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する３つの矩形波状の信号を重畳する場合の例である図４に基づいて説明する。
【００３１】
第一パルス信号Ｓ１と第二パルス信号Ｓ２については、図１及び図２と同様である。図４に示す基本原理では、これに第三パルス信号Ｓ３を加えて、３つの信号を重畳して重畳信号ＳＳ３を得る。第三パルス信号Ｓ３は、第一パルス信号Ｓ１の振幅Ｐ１の２倍の振幅Ｐ３を有する矩形波状の信号である。従って、第一パルス信号Ｓ１の振幅Ｐ１は、第三パルス信号Ｓ３の振幅Ｐ３の５０％である。第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２は、第一パルス信号Ｓ１の振幅Ｐ１の５０％であるから、３つの矩形波状の信号は、互いに異なる振幅を有している。また、３つの矩形波状の信号の任意の２つの信号の振幅の和は、他の１つの振幅と異なる。例えば、振幅Ｐ１と振幅Ｐ２との和と振幅Ｐ３とは等しくない。他の組合せについても同様に任意の２つの信号の振幅の和と他の１つの振幅とは異なっている。また、複数の信号の中の２つの信号の一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の４０％以上６０％以下であるという関係が、複数の信号の中で重複することなく、且つ全ての信号が何れかの信号との間で満足されているともいえる。
【００３２】
３つの信号が、このような関係であると、図３に示すように、２の３乗の信号レベルを有する階段状の重畳信号ＳＳ３が得られる。重畳信号ＳＳ３は、図３に示すように第二パルス信号Ｓ２の振幅Ｐ２の幅で重畳信号ＳＳ３の最大振幅ＰＳ３を７（＝２3−１）等分し、第一振幅ＳＲ１〜第七振幅ＳＲ７を有する。そして、それぞれ第一振幅ＳＲ１〜第七振幅ＳＲ７の範囲内に、第一しきい値ＴＨ１〜第七しきい値ＴＨ７を設定することにより、重畳される前の３つの信号が有する信号レベルを再現することが可能である。
【００３３】
上述したように７つ（＝２3−１）のしきい値ＴＨ１〜ＴＨ７により、重畳信号ＳＳ３の８つの信号レベルが以下のように判定される。
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ１未満の場合 ：第一レベルＬＬＬ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ１以上ＴＨ２未満の場合：第二レベルＬＬＨ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ２以上ＴＨ３未満の場合：第三レベルＬＨＬ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ３以上ＴＨ４未満の場合：第四レベルＬＨＨ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ４以上ＴＨ５未満の場合：第五レベルＨＬＬ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ５以上ＴＨ６未満の場合：第六レベルＨＬＨ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ６以上ＴＨ７未満の場合：第七レベルＨＨＬ
ＳＳ３の信号レベルがＴＨ７以上の場合 ：第八レベルＨＨＨ
そして、第一パルス信号Ｓ１が有していた情報の論理値は、重畳信号ＳＳ３の信号レベルに対応して以下のように判定される。
第一、第二、第五、第六レベルＬＬＬ、ＬＬＨ、ＨＬＬ、ＨＬＨ：０（Ｌ１）
第三、第四、第七、第八レベルＬＨＬ、ＬＨＨ、ＨＨＬ、ＨＨＨ：１（Ｈ１）
また、第二パルス信号Ｓ２が有していた情報の論理値は、以下となる。
第一、第三、第五、第七レベルＬＬＬ、ＬＨＬ、ＨＬＬ、ＨＨＬ：０（Ｌ２）
第二、第四、第六、第八レベルＬＬＨ、ＬＨＨ、ＨＬＨ、ＨＨＨ：１（Ｈ２）
また、第三パルス信号Ｓ３が有していた情報の論理値は、以下となる。
第一、第二、第三、第四レベルＬＬＬ、ＬＬＨ、ＬＨＬ、ＬＨＨ：０（Ｌ３）
第二、第四、第六、第八レベルＨＬＬ、ＨＬＨ、ＨＨＬ、ＨＨＨ：１（Ｈ３）
このように、重畳信号ＳＳ３から、良好に重畳される前の矩形波状の信号がそれぞれ有していた情報を取り出すことが可能である。
【００３４】
〔信号出力装置〕
図５は、本発明に係る信号出力装置１０の構成原理を示す概略ブロック図である。この原理図では、３つの信号を重畳する場合について示している。即ち、第一パルス信号Ｓ１と、第二パルス信号Ｓ２と、第三パルス信号Ｓ３とは、対等に信号重畳手段１８において重畳される。そして、信号重畳手段１８から、重畳信号ＳＳとして出力される。これら複数のパルス信号が、電圧出力信号である場合には、信号重畳手段１８を演算増幅器等を用いた加算回路により構成することで、複数の信号を互いに重畳することができる。
【００３５】
複数の信号が電流出力信号である場合には、上記のような加算回路を用いずに互いの信号を重畳することができる。図６に示すように、各信号線を接続点Ｑで接続することにより、各信号が有する電流を加算することができる。キルヒホッフの法則によれば、一点（接続点Ｑ）に流れ込む電流の総和と、一点（接続点Ｑ）から流れ出す電流の総和とは、等しくなる。従って、第一、第二、第三パルス信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３から接続点Ｑに流れ込む電流の総和は、接続点Ｑから重畳信号ＳＳに流れ出す電流と等しくなる。その結果、それぞれが電流出力信号である複数の信号は、各信号を接続点Ｑで接続することにより、互いに重畳される。尚、電流出力信号は高インピーダンス出力であるので、外来ノイズの影響を受け易い。そこで、図７に示すように重畳信号ＳＳを電流電圧変換部１９で電圧変換した後に出力してもよい。電圧出力信号に変換された重畳信号ＳＳ＿Ｖは、低インピーダンス出力となり、出力後に伝送線路上で受ける外来ノイズに対する耐性を強くすることができる。図７に示した電流電圧変換部１９による電圧変換では、変換後の重畳信号ＳＳ＿Ｖの電圧値は、重畳信号ＳＳの電流値をＩとして、Ｖｒｅｆ−Ｒ×Ｉとなる。また、図８に示すように、重畳信号ＳＳを入力されて、元の矩形波上の信号が有していた情報を再現する信号入力装置２０に電流電圧変換部２９を備えてもよい。
【００３６】
〔信号入力装置〕
以下、上記のようにして重畳された重畳信号ＳＳ（ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ＿Ｖ）から、元の矩形波状の信号が有していた情報を再現する方法について説明する。図９は、本発明の実施により、互いに振幅の異なる２つの矩形波状の信号が重畳された信号（図１参照）から元の矩形波状が有していた情報を再現する例を示す波形図である。また、図１０及び１１は、重畳信号ＳＳ２（ＳＳ、ＳＳ＿Ｖ）から第一パルス信号Ｓ１及び第二パルス信号Ｓ２が有していた情報を再現する信号入力装置の構成例である。図１０及び図１１に示した構成例では、説明を容易にするために、重畳信号ＳＳが、電流電圧変換部１９あるいは２９を経た電圧出力信号の場合を示している。重畳信号ＳＳが電流出力信号である場合でも技術思想は同様である。
【００３７】
図１０及び図１１に示す比較部２１は、重畳信号ＳＳの信号レベルを判定するために、しきい値ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３を基準電圧とする比較器２１ａ、２１ｂ、２１ｃを備えている。図９に示す例では、重畳信号ＳＳは、２つの信号が重畳されているので、２2種類（＝４種類）の信号レベルＬＬ、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨを有している。従って、２2−１種類（＝３種類）のしきい値ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３により、各信号レベルが判定される。図９〜１１に示す判定出力ｃ３は、比較器２１ｃの出力であり、重畳信号ＳＳの信号レベルが、第三しきい値ＴＨ３以上の時にＨレベルを出力する。判定出力ｃ２は、比較器２１ｂの出力であり、重畳信号ＳＳが、第二しきい値ＴＨ２以上の時にＨレベルを出力する。判定出力ｃ１は、比較器２１aの出力であり、重畳信号ＳＳが、第一しきい値ＴＨ１以上の時にＨレベルを出力する。
【００３８】
重畳される前の矩形波状の信号は、信号レベルによって２つの状態を表している。つまり、信号レベルがＨレベルの時を”１”、Ｌレベルの時を”０”として論理値により情報を表している。図９から明らかなように、判定出力ｃ２の示す論理値は、第一パルス信号Ｓ１と同一である。第一パルス信号Ｓ１と、判定出力ｃ２とは、一方が電流出力で他方が電圧出力であったり、双方が電圧出力信号であってもその信号レベルが異なったりするなど、異なった信号となることが多い。しかし、第一パルス信号Ｓ１と判定出力ｃ２とが表す情報、即ち両信号が表す論理値は、一致している。従って、判定出力ｃ２は、第一パルス信号Ｓ１の表す情報を再現したデコード信号ｄ１となる。
【００３９】
一方、第二パルス信号Ｓ２の表す情報を再現するデコード信号ｄ２の論理値は、デコード信号ｄ１のように比較器２１ａ〜２１ｃの判定出力の何れか1つの論理値と、単純に一致するものではない。比較器２１ｃの判定出力ｃ３は、第一パルス信号Ｓ１がＨレベルであって、第二パルス信号Ｓ２がＨレベルである場合を示している。また、比較器２１ａの判定出力ｃ１は、第一パルス信号Ｓ１がＨレベルであるか、あるいは第一パルス信号Ｓ１の信号レベルに拘らず第二パルス信号Ｓ２がＨレベルである場合を示している。第一パルス信号Ｓ１の信号レベルと第二パルス信号Ｓ２の信号レベルとは独立してその状態が変化する。従って、判定出力ｃ３のみでは第二パルス信号Ｓ２がＨレベルである状態を全て取り出せてはいない。また、判定出力ｃ１には、第二パルス信号Ｓ２がＨレベルであることと、第一パルス信号Ｓ１がＨレベルであることとの２つの状態が混合されている。そこで、図１０及び図１１に示すデコード部２２において、判定出力ｃ１〜ｃ３より、重畳される前に第二パルス信号Ｓ２が有していた信号レベルの状態を再現している。
【００４０】
図１０に示す信号入力装置２０の構成例では、デコード部２２にマルチプレクサ２２ａを備えている。そして、判定出力ｃ２の論理値に応じて判定出力ｃ３あるいは判定出力ｃ１の何れかを選択し、デコード信号ｄ２として出力している。つまり、判定出力ｃ２がＨレベルの場合には判定出力ｃ３を、判定出力ｃ２がＬレベルの場合には判定出力ｃ１をデコード信号ｄ２とする。このようにすることで、重畳前の第二パルス信号Ｓ２が有していた信号レベルの状態だけを再現している。
【００４１】
また、デコード部２２のマルチプレクサ２２ａに替えて、図１１に示すように論理回路を用いてもよい。図１１に示す論理回路を用いると、判定出力ｃ２とｃ１とによって、デコード信号ｄ０が得られる。具体的には、判定出力ｃ２の反転論理と、判定出力ｃ１との論理積を取ることにより、第一パルス信号Ｓ１がＬレベルであって、第二パルス信号Ｓ２がＨレベルである場合を示すデコード信号ｄ０が得られる。判定出力ｃ３は、上述したように第一パルス信号Ｓ１がＨレベルであって、第二パルス信号Ｓ２がＨレベルである場合を示すものである。従って、デコード信号ｄ０と判定出力ｃ３との論理和を取ると（デコード信号ｄ２）、第一パルス信号Ｓ１の信号レベルの影響を排除して、第二パルス信号Ｓ２が有する情報（論理値）を再現することができる。
【００４２】
図９に示すように、第二パルス信号Ｓ２とデコード信号ｄ２とは、電流出力と電圧出力との違いがあったり、双方が電圧出力信号であってもその信号レベルが異なったりする場合がある。しかし、第二パルス信号Ｓ２とデコード信号ｄ２とが表す情報、即ち両信号が表す論理値は、良好に一致している。図９に示すように、両信号の波形が示す論理値は同一であり、この波形によってマンチェスターコード化されたデータの論理値も同一である。従って、デコード信号ｄ２は、第二パルス信号Ｓ２の表す情報を良好に再現しているということができる。
【００４３】
また、信号入力装置２０を図１２のように構成してもよい。図１２は、電流電圧変換部１９（２９）を経た後の重畳信号ＳＳを、マイクロコンピュータ等のプロセッサを用いて解析（判定及び情報の復元）する場合の例である。この構成例では、重畳信号ＳＳは、Ａ／Ｄコンバータ２３にて、多ビットのデジタル値に変換される。重畳信号ＳＳが有する各信号レベルを判定するためのしきい値は、レジスタ２４にデジタル値として記憶されている。比較部２１は、レジスタ２４に記憶されたしきい値と、デジタル変換された重畳信号ＳＳのデジタル値とを比較する。デコード部２２は、比較部２１の比較結果に基づいて、重畳前の信号が有していた情報を再現する。尚、図１２に示した各部は、機能としての分割を示したものであり、物理的に各部が独立している必要はない。同一のハードウェア上において、それぞれの機能を有するソフトウェアによって実現されてもよい。また、比較部２１とデコード部２２とが、1つのマイクロコンピュータによって構成されてもよい。そして、この場合統合されたソフトウェアによって比較判定及び情報の復元を一括して実行してもよい。
【００４４】
尚、上述した信号出力装置１０と、信号入力装置２０とを備えると、各信号が２つの状態を表す複数の信号を、各信号の何れの信号の状態にも依存されることなく重ね合わせ、少ない信号数で複数の信号が有する情報を復元可能な状態で伝達することのできる信号入出力装置を得ることができる。以下、このような信号入出力装置を回転体の回転を検出する回転検出装置や車輪の状態監視装置に適用する適用例について説明する。
【００４５】
〔適用例〕
図１３は、回転体４０の回転を回転センサ５０によって検出する例を示す概略ブロック図である。車輪４０には、異極が隣合うように周回して磁性体が備えられている。回転センサ５０は、ホールＩＣなどの磁気センサ５１が備えられており、車輪４０に備えられた磁極を検出して検出信号を出力する。磁気センサ５１は、一対のセンサ素子５１ａと５１ｂとからなる。センサ素子５１ａと５１ｂとは、互いに、車輪４０に備えられた磁性体のピッチの整数倍の距離に１／２あるいは１／４の距離を加減算した距離をおいて配置される。これは後述するように、信号処理部５２において回転方向を検出するためである。回転方向を検出しない用途では、単一のセンサ素子により、磁気センサ５１を構成してもよい。回転センサ５０の検出結果は、回転センサ５０と共に、又は別途備えられた情報処理部（不図示）に入力され、回転速度や回転方向などが数値化される。そして、情報処理部や、他の制御装置（不図示）によって、種々の制御に用いられる。回転センサ５０と情報処理部とによって、回転検出装置が構成される。
【００４６】
図１４には、回転体４０の回転を回転センサ５０にて検出した検出信号の波形の例を示している。信号ＭＳＡは、センサ素子５１ａによる回転検出結果である。矩形波状の信号の周期により、回転速度を表している。信号ＭＳＢは、センサ素子５１ｂによる回転検出結果である。信号ＭＳＡと同様に、矩形波状の信号の周期により、回転速度を表している。上述したように、センサ素子５１ａと、５１ｂとは、回転体４０に備えられた磁性体の取り付けピッチの整数倍と少しずれたピッチで設置されている。そのため、信号ＭＳＡと信号ＭＳＢとの位相は、図１４に示すようにずれを有している。このずれは、何れか一方の信号（ＭＳＡ、ＭＳＢ）を基準とした場合、回転体４０の回転方向によって１８０度異なる方向に現れる。例えば、回転体４０が前進方向に回転している場合、信号ＭＳＡを基準としてセンサ素子５１ｂが信号ＭＳＢ＿Ｆを出力するとする。回転体４０が後退方向に回転している場合には、信号ＭＳＡを基準としてセンサ素子５１ｂは信号ＭＳＢ＿Ｂを出力する。信号ＭＳＢ＿Ｆと信号ＭＳＢ＿Ｂとは、このように１８０度位相の異なる信号となる。ここで、信号処理部５２において、信号ＭＳＡと信号ＭＳＢとの論理積を採ると、回転体４０が前進回転する場合には、回転方向信号Ｄが、信号Ｄ＿Ｆとして出力される。回転体４０が後退運転する場合には、回転方向信号Ｄが、信号Ｄ＿Ｂとして出力される。
【００４７】
ここで、信号ＭＳＡ（又はＭＳＢ）を回転速度信号、信号Ｄを回転方向信号と称することとする。信号処理部５２において、回転速度信号ＭＳＡと、回転方向信号Ｄとは互いの振幅を異ならせて、好適には一方の振幅が他方の振幅の５０％となるように信号処理されて出力される。例えば、図１４に示す波形例では、回転方向信号Ｄが、回転速度信号ＭＳＡの振幅の５０％としている。そして、図１６に示すように、回転速度信号ＭＳＡと、回転方向信号Ｄとを信号重畳手段１８で重畳する。尚、信号重畳手段１８を含む信号出力装置１０を信号処理部５０に備えていてもよい。また、重畳信号ＳＳは、車体側に備えられた不図示のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に入力される。ＥＣＵは、本発明の信号入力装置２０に相当する。つまり、図１〜図１２を用いて説明したような本発明に係る信号入力装置１０、信号出力装置２０、信号入出力装置を備えて、回転検出装置を構成することができる。回転速度信号ＭＳＡ及び回転方向信号Ｄは、図１〜図１２を用いて説明した第一〜第三パルス信号Ｓ１〜Ｓ３に相当するものである。
【００４８】
また、回転センサ５０の検出結果と、回転センサ５０とは異なるセンサの検出結果とを重畳してもよい。図５は、回転体４０としての車輪４０Ａの断面図である。車輪４０は、タイヤホイール４２にタイヤ４１を支持し、車軸４３を回転中心として回転する。回転センサ５０は、車輪４０Ａの回転（回転方向、回転速度）を検出する。尚、回転センサ５０は、上述したように磁気センサを用いた方式のものでもよいし、オプティカルエンコーダを用いた光学式のものでもよい。空気圧センサ６０は、タイヤ４１に空気を注入するバルブ部に備えられており、タイヤ４１の空気圧やタイヤ内の温度を測定する。測定された空気圧は、例えば無線送信により車体側の受信部（不図示）に伝達される。空気圧センサによる測定結果は、複数ビットのデジタル信号がマンチェスターコード等にコード化されて伝達される。そして、図１７に示すように、回転速度信号ＭＳＡと、空気圧情報信号とを信号重畳手段１８で重畳する。
【００４９】
尚、回転センサ５０の内部に、空気圧センサ６０からの無線信号を受信し、ミキシングし、復調する受信部を備えていてもよい。そして、この場合は、さらに信号重畳手段１８を含む信号入力装置１０を信号処理部５０に備えていてもよい。また、この場合、図１８に示すように、回転速度信号ＭＳＡと、回転方向信号Ｄと、空気圧情報信号とを信号重畳手段１８で重畳してもよい。さらにタイヤ温度情報信号を重畳してもよい。
【００５０】
空気圧センサ６０や、回転センサ５０により取得された情報は、重畳信号ＳＳによって、車体側に備えられた不図示のＥＣＵに入力される。ＥＣＵでは、重畳信号ＳＳから重畳前の信号が有していた情報が復元される。そして、ＥＣＵやこのＥＣＵと接続される他の制御装置は、空気圧情報や回転速度、回転方向などの情報に基づいて、車両の種々の制御を実施する。空気圧センサ６０と、回転センサ５０と、ＥＣＵとは、本発明の車輪の状態監視装置を構成する。つまり、図１〜図１２を用いて説明したような本発明に係る信号入力装置１０、信号出力装置２０、信号入出力装置を備えて、車輪の状態監視装置を構成することができる。回転速度信号ＭＳＡ、回転方向信号Ｄ、空気圧情報信号及びタイヤ温度情報信号は、図１〜図１２を用いて説明した第一〜第三パルス信号Ｓ１〜Ｓ３に相当するものである。
【００５１】
以上説明したように、各信号が２つの状態を表す複数の信号を、各信号の何れの信号の状態にも依存されることなく重ね合わせ、少ない信号線で複数の信号が有する情報を復元可能な状態で伝達することのできる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施により、互いに振幅の異なる２つの矩形波状の信号を重畳する例を示す波形図
【図２】互いに振幅の異なる２つの矩形波状の信号を重畳する本発明の基本原理を説明する波形図
【図３】互いに振幅の異なる２つの矩形波状の信号を重畳する場合の一例を説明する波形図
【図４】互いに振幅の異なる３つの矩形波状の信号を重畳する本発明の基本原理を説明する波形図
【図５】本発明に係る信号出力装置の構成原理を示す概略ブロック図
【図６】本発明に係る信号出力装置の構成例を示す概略ブロック図
【図７】本発明に係る信号出力装置の他の構成例を示す概略ブロック図
【図８】本発明に係る信号入力装置の電流電圧変換部の一例を示す概略回路図
【図９】本発明の実施により、互いに振幅の異なる２つの矩形波状の信号が重畳された信号から元の矩形波状が有していた情報を再現する例を示す波形図
【図１０】本発明に係る信号入力装置の構成例を示す概略ブロック図
【図１１】図１０のデコード部の他の構成例を示す概略ブロック図
【図１２】本発明に係る信号入力装置の他の構成例を示す概略ブロック図
【図１３】本発明に係る回転検出装置が備える回転センサの一例を示す概略ブロック図
【図１４】図１１に示す回転センサの出力信号の一例を示す波形図
【図１５】図１３に示す回転体の一例としての車輪の断面図
【図１６】本発明に係る回転検出装置が備える信号出力部の構成例を示す概略ブロック図
【図１７】本発明に係る車輪の状態監視装置が備える信号出力部の構成例を示す概略ブロック図
【図１８】本発明に係る車輪の状態監視装置が備える信号出力部の他の構成例を示すブロック図
【符号の説明】
【００５３】
１０ 信号出力装置
２０ 信号入力装置
２１ 比較部
２２ デコード部
Ｓ１ 第一パルス信号
Ｓ２ 第二パルス信号
ＳＳ 重畳信号
ＴＨ１ 第一しきい値
ＴＨ２ 第二しきい値
ＴＨ３ 第三しきい値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各信号が論理信号として２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号を重畳し、前記複数の信号の総数をｎとして、前記重畳された信号の信号レベルによって２のｎ乗の状態を表す階段状の信号を生成する信号出力装置。
【請求項２】
前記複数の信号の総数が２であり、これら２つの信号のうち一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の４０％以上６０％以下である請求項１に記載の信号出力装置。
【請求項３】
各信号が信号レベルによって２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号を重畳した階段状の信号が表すそれぞれの信号レベルを、前記複数の信号の総数をｎとして、２のｎ乗から１を減じた数のしきい値により判定する比較部と、この比較部の判定結果に基づいて前記複数の信号がそれぞれ表す２つの状態を再現するデコード部とを有する信号入力装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の信号出力装置と、請求項３に記載の信号入力装置とを有する信号入出力装置を備え、前記複数の信号は、車両の車輪の回転速度に応じた頻度で矩形波状の回転検出信号を出力する回転センサの出力信号と、前記車輪の空気圧の情報を表す矩形波状の信号とを含む車輪の状態監視装置。
【請求項１】
各信号が論理信号として２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号を重畳し、前記複数の信号の総数をｎとして、前記重畳された信号の信号レベルによって２のｎ乗の状態を表す階段状の信号を生成する信号出力装置。
【請求項２】
前記複数の信号の総数が２であり、これら２つの信号のうち一方の信号の振幅が他方の信号の振幅の４０％以上６０％以下である請求項１に記載の信号出力装置。
【請求項３】
各信号が信号レベルによって２つの状態を表すと共に互いに異なる振幅を有する矩形波状の複数の信号を重畳した階段状の信号が表すそれぞれの信号レベルを、前記複数の信号の総数をｎとして、２のｎ乗から１を減じた数のしきい値により判定する比較部と、この比較部の判定結果に基づいて前記複数の信号がそれぞれ表す２つの状態を再現するデコード部とを有する信号入力装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の信号出力装置と、請求項３に記載の信号入力装置とを有する信号入出力装置を備え、前記複数の信号は、車両の車輪の回転速度に応じた頻度で矩形波状の回転検出信号を出力する回転センサの出力信号と、前記車輪の空気圧の情報を表す矩形波状の信号とを含む車輪の状態監視装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００７−１３４５３（Ｐ２００７−１３４５３Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９０３０８（Ｐ２００５−１９０３０８）
【出願日】平成１７年６月２９日（２００５．６．２９）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２９日（２００５．６．２９）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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