CN100588910C - 方向舵偏角传感器 - Google Patents

方向舵偏角传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN100588910C
CN100588910C CN200710084806A CN200710084806A CN100588910C CN 100588910 C CN100588910 C CN 100588910C CN 200710084806 A CN200710084806 A CN 200710084806A CN 200710084806 A CN200710084806 A CN 200710084806A CN 100588910 C CN100588910 C CN 100588910C
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
data
meticulous
gear
angle sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN200710084806A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101101222A (zh
Inventor
松田雅博
岩城义则
中村纳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Denso Co Ltd
Original Assignee
Toyo Denso Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Denso Co Ltd filed Critical Toyo Denso Co Ltd
Publication of CN101101222A publication Critical patent/CN101101222A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100588910C publication Critical patent/CN100588910C/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

一种更高精度的方向舵偏角传感器，它是固定到转向轴(105)用于测量所述转向轴(105)的绝对角度的传感器，其包括：用于测量转动预定次数的转向轴的转角的粗略信号测量机构(45)和精细信号测量机构(15)，所述粗略信号测量机构(45)输出粗略信号，并且所述精细信号测量机构(15)输出精细信号；以及根据分别由所述粗略信号和所述精细信号转换成的粗略信号测量数据和精细信号测量数据计算所述转向轴(105)绝对角度的计算机构(39)，其中，所述计算机构(39)包括用于检测和消除从所述测量数据中的偏离预定范围的异常数据的异常数据检测和消除单元。由此，主传动齿轮(转向轴)转角的检测精度变得更高。因此实现所述方向舵偏角传感器精度的提高。

Description

方向舵偏角传感器
技术领域
本发明涉及一种用于检测安装在车辆(例如汽车)上的主传动齿轮(转向轴)的旋转角度的方向舵偏角传感器。
背景技术
例如在专利文献1中描述了一种目前已知的方向舵偏角传感器(以下相应地称为“第一传统传感器”)。所述方向舵偏角传感器包括与主传动齿轮(转向轴)联锁以进行旋转的第一齿轮以及与所述第一齿轮联锁从而以比所述第一齿轮的速度高的速度旋转的第二齿轮。在所述第一传统传感器中，要求高度精确地检测转向轴的旋转角度，因而在其中设置了与所述第一齿轮接合的第三齿轮作为达到该要求的部件。
[专利文献1]日本专利申请公开No.2004-198287(参见第0016段和图3)
另外，在专利文献2中公开的方向舵偏角传感器(以下相应地称为“第二传统传感器”)用于检测四轮操纵车辆前轮的方向舵偏角(转向轴的旋转角度)，并且根据所检测的前轮方向舵偏角确定用于操纵后车轮的目标后车轮方向舵偏角。为了防止受在所检测的前轮方向舵偏角中的微小变化的影响，所述第二传统传感器被构造成下述形式，在预定的时间间隔进行采样，并且根据前轮方向舵偏角(在该时刻前已经在预定时刻采样)的加权平均值计算后轮的目标转向角。作为采用这种结构的原因，专利文献2中说明，旨在当所检测的前轮方向舵偏角中出现微小变化时防止该微小变化影响加权平均值。
[专利文献2]日本专利申请公开No.H07-25349(参见第0010段至0020段以及图3)
此外，在专利文献3中公开的方向舵偏角传感器(以下相应地称为“第三传统传感器”)构成为包括霍尔元件和磁体。在所述第三传统传感器中，需要以高精度检测转向轴的转角，作为实现该要求的手段，围绕所述磁体设置有环形的铁磁材料。由于检测装置由多个磁性检测部件构成，在各磁体之间存在相互的磁场干扰。专利文献3中说明，这种干扰导致转角检测值中的精度减低的问题，但是，由于第三传统传感器围绕磁体设置有环形铁磁材料，并且磁体和ARM元件之间的距离被限制成磁体和环形铁磁材料之间距离的大约十分之一或者更小，可非常有效地防止两个磁体产生的磁力线的耗散，由此可在各磁体的磁场不互相干扰的条件下保持检测的高精度。
[专利文献3]日本专利申请公开No.2004-271427(参见第0017段、0023段以及图1)
不用提，方向舵偏角传感器要求具有高精度，但存在各种因素影响该高精度。例如，由于在使用汽车的周围环境中的变化，在包括所述方向舵偏角传感器的电子零件中会产生温度、湿度等的变动。在该情形中，由于上述变化的反作用可能导致异常数据并最终影响检测精度。在使用仅采用齿轮组合的第一传统传感器时无法避免这种异常的数据。另外，即使使用采用前轮方向舵偏角采样的加权平均值的第二传统传感器的方向舵偏角检测，也无法避免这种异常数据。这是因为第二传统传感器仅构造为用于消除在前轮方向舵偏角中的微小变化的影响。而且，在使用第三传统传感器时，不能完全消除磁体的影响。尽管第三传统传感器表明，由于磁体和霍尔元件(ARM元件)之间的距离限定成磁体和铁磁材料之间距离的大约十分之一或更小(如上所述，第0023段)，所以磁场没有相互干扰，但是，该距离取决于磁体的磁力之间的相互关系，因此，很难说完全避免了检测精度的降低。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种更高精度的方向舵偏角传感器，这通过如下方式实现，首先，根据异常数据检测来避免转角检测精度的减低，其次，消除磁场的相互干扰。
本发明的发明人进行了研发工作，以解决上述问题，并且获得了通过下述方式来增加转向轴转角的检测精度的方法，即，获取粗略信号和精细信号的测量数据，并且还通过在预定时间间隔处仅测量一次正常测量的位置进行持续的额外测量获得额外测量数据，从所获得的数据中消除偏离预定范围的异常数据，并且消除磁场的相互影响。已经就此观点完成了本发明。下面将描述其具体内容。要注意的是，根据某一权利要求解释的本发明术语的定义等在它们的可能特性范围内同样适用于根据其它权利要求的本发明。
(本发明第一个方面中描述的本发明的特征)
在本发明第一个方面中描述的根据本发明的方向舵偏角传感器(以下相应地称为“第一个方面的方向舵偏角传感器”)是固定到转向轴用于测量该转向轴的绝对角度的传感器。具体地说，该方向舵偏角传感器包括：用于测量旋转预定次数的转向轴的转角的粗略信号测量机构和精细信号测量机构，所述粗略信号测量机构输出粗略信号，并且所述精细信号测量机构输出精细信号；以及计算机构，其根据分别由所述粗略信号和精细信号转换得到的粗略信号测量数据和精细信号测量数据来计算所述转向轴的绝对角度。此处，所述计算机构包括异常数据检测和消除单元，其用于检测和消除与测量数据偏离预定范围的异常数据。
采用第一个方面的方向舵偏角传感器时，所述粗略信号测量机构输出粗略信号，并且所述精细信号测量机构输出精细信号。在接收到由所述粗略信号和精细信号转换得到的粗略信号测量数据和精细信号测量数据时，所述计算机构根据这两种信号来计算所述转向轴的绝对角度。包含于所述计算机构中的所述异常数据检测和消除单元检测测量数据中偏离预定范围的异常数据，并且去除所检测到的异常数据。异常数据的检测和消除非常有助于大大增加绝对角度的精度。具体地说，通过消除所述异常数据，消除了在不执行消除时必然会产生的转向轴绝对角度的反作用，由此增加了绝对角度的精度。
(本发明第二个方面中描述的本发明的特征)
在本发明第二个方面中描述的根据本发明的方向舵偏角传感器(以下相应地称为“第二个方面的方向舵偏角传感器”)中，除了第一个方面的方向舵偏角传感器包括的基本结构外，所述测量机构还分别包括过采样单元，其至少从所述精细信号进行多次额外测量。
在使用第二个方面的方向舵偏角传感器时，除了第一个方面的方向舵偏角传感器的操作和效果，所述测量机构至少从所述精细信号进行多次额外测量的过采样，从而改善精度。应注意的是，过采样必须至少在精细信号上进行，但是优选的是也在粗略信号上进行。与所述精细信号类似，粗略信号可包括异常数据，并且在包括异常数据时，这种异常数据导致对转向轴的绝对值的反作用。因此，对于增加绝对角度精度，优选的是还消除与粗略信号相关的异常数据。
(本发明第三个方面中描述的本发明的特征)
在本发明第三个方面中描述的根据本发明的方向舵偏角传感器(以下相应地称为“第三个方面的方向舵偏角传感器”)中，除了第一或第二个方面的方向舵偏角传感器包括的基本结构外，所述计算机构还包括数据插值处理单元，其将从测量数据和额外测量数据中任意选出的作为被消除的异常数据的替代的所选数据进行插值处理。
在使用第三个方面的方向舵偏角传感器时，除了第一或第二个方面的方向舵偏角传感器的操作和效果，可通过插值法最大化绝对角度的精度。具体地说，由于消除了异常数据，在测量数据中出现缺失，如果任由这种缺失存在，这种缺失的量将减低精度。因此，通过将计算机构构造为包括数据插值处理单元，可通过从现存的数据中选择的所选数据用插值法插入由于消除而缺失的量，由此增加测量精度。具体地说，在没有设置过采样单元的第一个方面的情形中，在从第一个方面的方向舵偏角传感器的基本结构获得的测量数据中进行异常数据的检测和消除，可通过从现存的数据中选择的所选数据用插值法插入由于消除而缺失的量，由此增加测量数据的可靠性。具体地说，能够防止测量精度的降低。此处，从现存数据中选择所选数据的原因在于，与假设数据相比，现存数据更接近实际情况，因为它是实际数据并且可知其具有更高精度。此外，在设置有过采样单元的第二个方面的情形中，在进行异常数据的检测和消除后，可补偿从通过进行过采样获得的多个数据选择的数据，并由此最大化进行过采样的效果。
(本发明第四个方面中描述的本发明的特征)
在本发明第四个方面中描述的根据本发明的方向舵偏角传感器(以下相应地称为“第四个方面的方向舵偏角传感器”)中，除了第一个方面的方向舵偏角传感器包括的基本结构外，所述计算机构还包括数据插值处理单元，其在从所测量的数据消除异常数据之前和之后立即计算数据的平均值，并且将该平均值进行插值处理，作为被消除的异常数据的替代。
在使用第四个方面的方向舵偏角传感器时，除了第二个方面的方向舵偏角传感器的操作和效果，由于消除了异常数据，在测量获得的数据中出现缺失，如果任由这种缺失存在，这种缺失的量将降低取样的精度。因此，所述计算机构包括数据插值处理单元，并且该数据插值处理单元用对缺失数据之前和之后的数据求平均获得的平均值来补偿由于消除而造成的缺失量，由此最大化取样效果。使用平均值作为待插入数据的原因在于，平均值是通过对在连续数据列中以十分紧密时间间隔分布的数据求平均获得的，可想到该平均值与假定数据相比更接近实际情况，换句话说，具有更高精度。
(本发明第五个方面中描述的本发明的特征)
本发明第五个方面中描述的根据本发明的方向舵偏角传感器(以下相应地称为“第五个方面的方向舵偏角传感器”)是固定到转向轴用于测量该转向轴的绝对角度的方向舵偏角传感器。更具体地说，所述方向舵偏角传感器包括：与所述转向轴联锁以反向旋转的主传动齿轮；第一检测部件，其检测与所述主传动齿轮联锁以进行旋转的精细信号齿轮的转角；以及第二检测部件，其检测与所述主传动齿轮联锁以进行旋转的粗略信号齿轮的转角。所述方向舵偏角传感器的特征在够防止测量精度的降低。此处，从现存数据中选择所选数据的原因在于，与假设数据相比，现存数据更接近实际情况，因为它是实际数据并且可知其具有更高精度。此外，在设置有过采样单元的第二个方面的情形中，在进行异常数据的检测和消除后，可补偿从通过进行过采样获得的多个数据选择的数据，并由此最大化进行过采样的效果。
(本发明第四个方面中描述的本发明的特征)
在本发明第四个方面中描述的根据本发明的方向舵偏角传感器(以下相应地称为“第四个方面的方向舵偏角传感器”)中，除了第一个方面的方向舵偏角传感器包括的基本结构外，所述计算机构还包括数据插值处理单元，其在从所测量的数据消除异常数据之前和之后立即计算数据的平均值，并且将该平均值进行插值处理，作为被消除的异常数据的替代。
在使用第四个方面的方向舵偏角传感器时，除了第二个方面的方向舵偏角传感器的操作和效果，由于消除了异常数据，在测量获得的数据中出现缺失，如果任由这种缺失存在，这种缺失的量将降低取样的精度。因此，所述计算机构包括数据插值处理单元，并且该数据插值处理单元用对缺失数据之前和之后的数据求平均获得的平均值来补偿由于消除而造成的缺失量，由此最大化取样效果。使用平均值作为待插入数据的原因在于，平均值是通过对在连续数据列中以十分紧密时间间隔分布的数据求平均获得的，可想到该平均值与假定数据相比更接近实际情况，换句话说，具有更高精度。
(本发明第五个方面中描述的本发明的特征)
本发明第五个方面中描述的根据本发明的方向舵偏角传感器(以下相应地称为“第五个方面的方向舵偏角传感器”)是固定到转向轴用于测量该转向轴的绝对角度的方向舵偏角传感器。更具体地说，所述方向舵偏角传感器包括：与所述转向轴联锁以反向旋转的主传动齿轮；第一检测部件，其检测与所述主传动齿轮联锁以进行旋转的精细信号齿轮的转角；以及第二检测部件，其检测与所述主传动齿轮联锁以进行旋转的粗略信号齿轮的转角。所述方向舵偏角传感器的特征在个方面的方向舵偏角传感器包括的基本结构外，所述计算机构的特征在于，其通过公式θa＝θb/m±(360°/m)×n提供了绝对角度θa，其中，θb为精细信号齿轮的转角，θc为粗略信号齿轮的转角，m是主传动齿轮和精细信号齿轮之间的齿轮齿数比，并且n是使[θc-{θb/m±(360°/m)×n}]的绝对值最小化的整数。
在使用第七个方面的方向舵偏角传感器时，除了第六个方面的方向舵偏角传感器的操作和效果，通过采用所述计算方式的计算机构，能够获得方便且精确计算绝对角度的效果。
(本发明第八个方面中描述的本发明的特征)
本发明第八个方面中描述的根据本发明的方向舵偏角传感器(以下相应地称为“第八个方面的方向舵偏角传感器”)的特征在于，除了第七个方面的方向舵偏角传感器包括的基本结构外，所述计算机构还包括：过采样单元，其从所述精细信号和粗略信号中的至少精细信号进行绝对角度θa的多次额外测量，并且输出额外测量数据；异常数据检测和消除单元，其在过采样单元进行额外测量和输出额外测量数据时检测和消除绝对角度θa的异常数据；以及插值处理单元，其从所述额外测量数据中任选数据，或者还从任选的数据计算平均值，并且将任选的数据或者平均值进行插值处理，作为被消除的异常数据的替代。
在使用第八个方面的方向舵偏角传感器时，除了第七个方面的方向舵偏角传感器的操作和效果，在首先检测的绝对角度θa上进行过采样并且消除异常数据，从而极大地改进最终输出的数据的可靠性。因此，能够提供一种由于改进可靠性而具有高精度的方向舵偏角传感器。
使用根据本发明的方向舵偏角传感器，能够避免由于在检测转向轴转角时的异常数据的精度降低，并且由于没有相邻磁体，不存在磁场的相互干扰。因此，能够提供一种具有更高精度的方向舵偏角传感器。
附图说明
图1是示出了各实施方式中方向舵偏角传感器的固定位置的概况的透视图；
图2是实施方式1中的方向舵偏角传感器的俯视图；
图3是其中图2所示方向舵偏角传感器的支撑基板被移除的状态的俯视图；
图4是实施方式1中的方向舵偏角传感器的分解透视图；
图5是沿着图2所示方向舵偏角传感器上的A-A线截取的剖视图；
图6是示出了实施方式1中的方向舵偏角传感器的电气结构的框图；
图7是示出了各实施方式中的精细信号的视图；
图8是示出了各实施方式中的粗略信号的视图；
图9是示出了各实施方式中的过采样单元、计算机构和其周围的框图；
图10是未设置过采样单元的情形的框图；
图11是用于解释图9所示成对的过采样单元的视图；
图12是用于解释图9所示一对异常数据检测单元和一对异常数据消除单元的视图；
图13是实施方式2中的方向舵偏角传感器的俯视图；
图14是其中图13所示方向舵偏角传感器的支撑基板被移除的状态的俯视图；
图15是实施方式2中的方向舵偏角传感器的分解透视图；
图16是沿着图13所示方向舵偏角传感器上的A-A线截取的剖视图；
图17是示出了实施方式2中的方向舵偏角传感器的电气结构的框图；
图18是示出了实施方式2中的精细信号的视图；
图19是示出了实施方式2中的粗略信号的视图；以及
图20是示出了实施方式2中的过采样单元、计算机构和其周围的框图。
具体实施方式
下面将说明用于执行本发明的优选实施方式(以下称为“实施方式”)。作为实施方式的有实施方式1和实施方式2，首先说明实施方式1，然后解释实施方式2。
(实施方式1)
将参照附图说明该实施方式1。图1是示出了实施方式1中方向舵偏角传感器的固定位置的概况的透视图。应注意，图1还是示出了将在后面进行说明的实施方式2中方向舵偏角传感器的固定位置的概况的透视图。图2是实施方式1中的方向舵偏角传感器的俯视图。图3是其中图2所示方向舵偏角传感器的支撑基板被移除的状态的俯视图。图4是实施方式1中的方向舵偏角传感器的分解透视图。图5是沿着图2所示方向舵偏角传感器上的A-A线截取的剖视图。应注意，图5示出了转动环和固定环的侧视图而不是剖视图。图6是示出了实施方式1中的方向舵偏角传感器的电气结构的框图。图7是示出了实施方式1中的精细信号的视图。图8是示出了实施方式1中的粗略信号的视图。图9是示出了实施方式1中的过采样单元、计算机构和其周围的框图。图10是未设置过采样单元的情形的框图。图11是用于解释图9所示成对的过采样单元的视图。图12是用于解释图9所示一对异常数据检测单元和一对异常数据消除单元的视图。应注意，图6所示附图标记105表示在使用时将与方向舵偏角传感器装配在一起的转向轴。
将参照图1说明方向舵偏角传感器的固定位置的一个例子。方向舵偏角传感器1通常设置在转向柱103内，该转向柱103固定到车辆的方向盘101。与该方向盘101一体旋转的转向轴105(见图4)固定到该方向盘101。方向舵偏角传感器1是用于检测转向轴105的转向轴转角的传感器，并且该方向舵偏角传感器1自身并不转动，但是其具有转动环7(将在下面进行说明)，该转动环7被构造成与转向轴105一体旋转。
(方向舵偏角传感器的示意性结构)
将参照图2至图5说明方向舵偏角传感器的示意性结构。方向舵偏角传感器1包括由合成树脂制成的外壳3，并且该外壳3形成方向舵偏角传感器1的主要外观。该外壳3主要包括底部3a和从底部3a的周边竖起的周边壁部分3b。该外壳3可根据例如内部结构(诸如包括在其中的齿轮的尺寸和数量)的不同、外部结构(诸如固定方向舵偏角传感器1的固定环境)的不同等形成为各种形状，并且在厚度方向包括轴孔4，转向轴105穿过该轴孔4。该轴孔4为圆形，并且在其周边处形成有从底部3a竖起与周边壁部分3b平行地的环形内侧凸缘3c以及在该内侧凸缘3c外侧竖起的类似的环形外侧凸缘3d。外侧凸缘3d形成为部分切除的形状，并且该外侧凸缘3d被切除张开的一端通过连接凸缘3e连接到周边壁部分3b，张开的外侧凸缘3d的另一端通过连接凸缘3f连接到周边壁部分3b。另外，还是在连接凸缘3e和连接凸缘3f之间形成将外侧凸缘3d连接到周边壁部分3b的连接凸缘3g和3h。连接凸缘3e、3f、3g和3h都被形成得与外侧凸缘3d一样高。与外侧凸缘3d等一起，连接凸缘3e、3f、3g和3h用于加强外壳3并且从下侧支撑位于其上的支撑基板5，并且还用于在外壳3的底部3a和支撑基板5之间形成用于容纳从动齿轮12等(将在下面进行说明)的空间(所述空间由连接凸缘3e、连接凸缘3f和周边壁部分3b围绕)等。应注意的是，附图标记3j、3k表示从外壳3的侧部(沿垂直于周边壁部分3b的方向)伸出的连接件，从而方向舵偏角传感器1能够被固定到预定位置。附图标记3p表示与所述外壳3一体模制而成的壳体，用于容纳连接销(未示出)，以便将安装在支撑基板5上的电子零件等电连接到外部。
支撑基板5被形成为占据外壳3的大致整个内部区域的形状(尺寸)，以有效使用该内部区域。因此，支撑基板5被形成为与外壳3的形状大致相同但比其略小的形状。在支撑基板5中形成在被容纳在外壳3中时与轴孔4同轴的圆形支撑孔5h，以供轴105穿过。所述支撑孔5h形成有比轴孔4大的直径，并且其周边被形成为可安装在外壳3的外侧凸缘3d和连接凸缘3e、3f上，以从下侧得到支撑。当支撑基板5安装在外侧凸缘3d等上时，在支撑基板5的支撑孔5h的周边和外壳3的内侧凸缘3c之间(在内侧凸缘3c和外侧凸缘3d之间)存在环形空间10(在俯视图中可见，见图3)。如图4和5所示，支撑基板5包括对着外壳3的底部3a的相对面5a(图5中右侧的面)和位于相对面5a的背面的连接面5b。除了包含于连接面5b中的支撑孔5h周围的区域外，在支撑基板5上适当地安装有各种类型的电子零件，包括图6所示的零件。
将基于图2至图5说明转动环7。转动环7是具有中空部分7h、由合成树脂一体模制而成的环形构件，该转动环7主要包括环形凸缘部分7a和从该环形凸缘部分7a的其中一个面竖起的环形壁部分7b。环形壁部分7b与环形凸缘部分7a同轴地形成并且从该环形凸缘部分7a竖起，由此其外径比环形凸缘部分7a的外径小。在转动环7中形成阶梯部分7c，其在中空部分7h侧凸出(见图4)。阶梯部分7c的主要作用是在固定环9(下面进行说明)插入其中时防止该固定环9脱离。所述固定环9是一个固定构件，用于使转向轴105与转动环7联锁以进行反向旋转，并且该固定环9被形成为能够插入转向轴105与转动环7之间和从该处拆装。在从环形壁部分7b的环形凸缘部分7a观看时末端部分的外周表面中，形成有用于使转动环7用作主传动齿轮的齿轮部分7g。环形壁部分7b和主传动齿轮7g被形成为能够插入在支撑基板5的支撑孔5h的周边和外壳3的内侧凸缘3c之间的环形空间10中。而且，插入环形空间10中的环形壁部分7b和主传动齿轮7g相对于支撑孔5h(外侧凸缘3d)的周边和内侧凸缘3c同样地沿周向转动。
(从动齿轮和精细信号测量机构的结构)
将参照图2至图6说明从动齿轮和精细信号测量机构。设置从动齿轮12，使其围绕从外壳3的底部3a竖起的支撑销12p(见图3)转动，并且能够与主传动齿轮7g啮合。在实施方式1中，在主传动齿轮7g和从动齿轮12之间的增速比设定为大约1∶3。
精细信号测量机构15主要包括小直径测量齿轮17、与小直径测量齿轮17啮合以被驱动旋转的测量从动齿轮19、与测量从动齿轮19同轴并一体转动的盘形磁体21(参见图3、图6)以及包括霍尔元件33和35以检测盘形磁体21的磁场的检测电路31。所述霍尔元件33和35设置在如下位置，所述位置以大约90度分开设置在与盘形磁体21(测量从动齿轮19)共中心的圆周上，以检测由转动的盘形磁体21产生的磁场。小直径测量齿轮17与从动齿轮12同轴并一体地设置，且小直径测量齿轮17被构成为与从动齿轮12一体地围绕支撑销12p旋转。应注意的是，如下所述，存在在精细信号测量机构15中设置和不设置过采样单元的情形。在设置过采样单元的情形中(见图9)，精细信号测量机构15包括A/D转换器37-1、角度结合单元37-2和过采样单元38-2a。在未设置过采样单元的情形中(见图10)，精细信号测量机构15包括A/D转换器37-1和角度结合单元37-2。此处，过采样指的是执行多于一次的额外采样。
借助霍尔元件33和35从精细信号测量机构15输入到计算机构的信号被称为精细信号，其在0度至360度范围内指示转向轴105的转向轴转角。应注意的是，所述精细信号的检测也可通过除了借助上述机构的方法之外的检测方法来进行，并且作为这类检测方法，存在使用例如MR元件和可变电阻器的各种方法。
(检测电路和粗略信号检测机构)
如图6所示，除了上述的霍尔元件33和35，检测电路31包括角度转换电路37、MPU 39、重置IC 41、E2PROM 43、CAN收发器44和粗略信号测量机构45。角度转换电路37是用于将从霍尔元件33和35获得的带有不同相位的检测信号转换成结合角度(参见图7)的电路。
如下所述，MPU 39不是控制整个方向舵偏角传感器1，而是用作计算机构。重置IC 41是用于防止MPU 39失控的IC。E2PROM 43是用于存储例如校正值的装置，该校正值用于修正由于在主传动齿轮7g和从动齿轮12啮合时发生的齿隙而导致的相移。CAN收发器44用于通信，将指示转向轴105的转向轴转角的信号输出到外部。
粗略信号测量机构45为用于检测转向轴105的转向(顺时针或逆时针方向)和转动次数(见图4)的检测构件、检测机构等，对所采用的构件或者机构没有限制，只要它能够进行这种检测，其中，在实施方式1中采用了电位计，因为其相对便宜并且运行稳定。该电位计通过旋转输出与转角大致成比例的信号。由粗略信号测量机构45输出的信号一般称为粗略信号，并且它是用于确定转向轴105的转角的信号。在实施方式1中，粗略信号测量机构45输出的信号如图8所示显示出大致线性特性。具体地说，实施方式1中的转向轴105被构造成转动四转(如下所述)，并且粗略信号测量机构45被构成为在转向轴转动四转时转动一次。粗略信号测量机构45的转动不必限定为一次，其可根据情况被构成为转动多次。粗略信号测量机构45包括位于其周边的齿轮单元45g，并且由如下所述的机构转动。具体地说，首先，测量从动齿轮19的转动已经说明过，并且该测量从动齿轮19设有与之同轴并一体地旋转的小直径传递齿轮20。该小直径传递齿轮20位于测量从动齿轮19的后侧，如图3所示，因此在该图中以虚线示出。小直径传递齿轮20被构成为与由支撑销23p可转动地支撑的中间大直径齿轮23啮合，并作为驱动轮使中间大直径齿轮23旋转。作为从动齿轮由小直径传递齿轮20旋转的中间大直径齿轮23使中间小直径齿轮25一体地转动，该中间小直径齿轮25与中间大直径齿轮23共轴并成为一体，且中间小直径齿轮25使齿轮单元45g、即粗略信号测量机构45与之啮合以进行旋转。通过使由上述结构输出的粗略信号和前述显示0度至360度范围内的角度的精细信号结合(以下将根据精细信号进行的转动称为“精细转动”)，能够检测转向轴105的转角。应注意，如下所述，存在在粗略信号测量机构45中设置和未设置过采样单元的的情形。在设置过采样单元的的情形中(见图9)，粗略信号测量机构45包括A/D转换器38-1和过采样单元38-2b。在未设置过采样单元的情形中(见图10)，粗略信号测量机构45包括A/D转换器39-1。
将以具体例子说明粗略信号和精细信号之间的关系。此处，假定转向轴105能够分别沿着顺时针和逆时针方向转动720度(-720度至+720度)。这样，从顺时针转动开始到逆时针转动结束存在四转转动(720°x2/360°)。另外，在四转转动之一中的转角(精细转动的转角)假定为例如顺时针15度(+15度)。当有精细信号时，可知转向轴105已转动+15度，但还不知该+15度精细转动属于四转转动中的哪个。也不能区分它是四转转动中的第一次360度转动内的+15度精细转动，或还是第二转360度转动内的+15度精细转动。因此，设置了能够通过精细信号和粗略信号的结合正确确定该精细转动属于四转转动中的哪个和该精细转动程度的机构。应注意的是，转向轴的转角不限于上述720度，在设定中所需的变化不受限制。例如，如将在下面描述的实施方式2中那样，转角可以是790度。
(转向轴绝对角度的测量)
下面将参照图9和图10说明使用精细信号和粗略信号的结合测量转向轴105的转向轴转角(绝对角度)的流程。在实施方式1中，为尽可能提高测量精度，按照如下方式处理借助霍尔元件33和35从所述精细信号测量机构15获得的精细信号和从所述粗略信号测量机构(电位计)45获得的粗略信号。此外，将一起说明角度转换电路37和MPU 39的具体结构。具体地说，构成部分检测电路31的角度转换电路37包括：A/D转换器37-1，其用于将关于借助霍尔元件33和35获得的精细信号的两个带有不同相位的模拟量转换成数字量；以及角度结合单元37-2，其用于将带有不同相位的两个数字量结合成精细信号(结合信号)。
还用作计算机构的MPU 39主要包括：处理精细信号的精细信号处理系统、处理粗略信号的粗略信号处理系统、精细信号处理系统和粗略信号处理系统共用的绝对角度计算转换器39-9，以及仅设置于粗略信号处理系统中的A/D转换器38-1。A/D转换器38-1具有将由粗略信号测量机构45输出的粗略信号(模拟量)转换成数字量的功能。此后，将按照精细信号处理系统(粗略信号处理系统)和绝对角度计算转换器的顺序进行说明。应注意的是，尽管精细信号和粗略信号之间存在差别，在精细信号处理系统的结构和粗略信号处理系统的结构之间没有差别。因此，在说明精细信号处理系统的结构时，与该精细信号处理系统的元件名称等相对应的粗略信号处理系统的元件名称等在以后仅仅在精细信号处理系统的元件名称等之后加括号说明，在可行的程度上省略用于粗略信号处理的元件的说明。
具体地说，MPU 39(计算机构)包括：作为精细信号处理系统(粗略信号处理系统)的平均角度计算处理单元39-4a(平均角度计算处理单元39-4b)、异常数据检测单元39-5a(异常数据检测单元39-5b)、异常数据消除单元39-6a(异常数据消除单元39-6b)、数据插值处理单元39-7a(数据插值处理单元39-7b)以及插值处理后精细信号输出单元39-8a(插值处理后粗略信号输出单元39-8b)。
如在上一部分中说明的(从动齿轮和精细信号测量机构)，存在在精细信号测量机构15中设置和未设置过采样单元的情形。因此，先说明设置过采样单元的情形(见图9)，然后说明未设置过采样单元的情形(见图10)。应注意的是，在精细信号处理系统和粗略信号处理系统两种处理系统中都设置过采样单元的原因在于，方向舵偏角传感器1的精度可以通过不仅对要求更高精度的精细信号而且对粗略信号进行过采样而极大地改善。因此，下面将仅说明精细信号处理系统。
在精细信号处理系统中设置过采样单元38-2a的情形中(参照图9)，过采样单元38-2a可用来获得关于以如下方式从角度结合单元37-2获得的精细信号的额外测量数据(精细信号额外测量数据)，即，如图11所示，在时刻tn-1和tn之间持续地获得八次测量数据(在tn-1和tn之间的“O”位置处测量八次，八倍过采样)，而获取一次正常测量数据(在tn轴线上的“Δ”位置处测量一次)。如上所述，在实施方式1中的过采样被设定为正常采样的八倍。这种设置通过重复计算试验获得，且在必要时不需要限制该设置的变化。应注意的是，在时刻tn至tn+1进行类似的处理。
平均角度计算处理单元39-4a可用来执行从过采样单元38-2a获得的精细信号测量数据的平均角度Xm的计算处理。异常数据检测单元39-5a可用于检测精细信号测量数据的平均角度Xm中的偏离预定范围的异常数据。异常数据消除单元39-6a可用来消除由异常数据检测单元39-5a检测到的异常数据。数据插值处理单元39-7a可用来将从测量数据中选出的数据进行插值处理，作为异常数据的替代。插值处理后精细信号输出单元39-8a可用来输出进行插值处理后的精细信号。
在接收到包括所检测信号的实际测量值的采样曲线(图11)时，异常数据检测单元39-5a分别检测粗略信号和精细信号的异常数据。在图12中示出了如下情况的采样曲线，其中，测量数据从平均值Xm的上限Xm+ε到下限Xm-ε的范围(预定范围)内偏离。结果，异常数据检测单元39-5a检测到采样曲线的突出部分，并且异常数据消除单元39-6a剔除所检测的异常数据。精细信号处理系统的结构如上所述，而且尽管精细信号和粗略信号存在差别，但精细信号处理系统和粗略信号处理系统基本具有相同的功能。这一点上面已经提及。因此，通过将精细信号替换为粗略信号，对精细信号处理系统的上述说明也适用于粗略信号处理系统。
作为从测量数据中消除的异常数据的替代，数据插值处理单元39-7a(数据插值处理单元39-7b)基于例如在紧靠被消除的异常数据之前或之后的测量数据选择预定的数据列，并获取该数据列的平均值。这是因为可通过用平均值补偿因消除而缺失的量来最大化过采样效果。
如图10所示，在其中没有在精细信号处理系统中设置过采样单元的情形中，即，在没有进行过采样的条件下进行检测和消除的情形中，如下所述地检测其是否是异常数据。例如，当在时刻tn进行测量时，平均角度计算处理单元39-4a在时刻tn前在预定时间间隔(tn-1至tn-k，例如k＝5)计算持续测量数据的平均值Xm。然后，在异常数据检测单元39-5a中参照平均值Xm检测其是否是从预定范围偏离的异常数据。当所述数据异常时，异常数据消除单元39-6a消除该数据，并且在数据插值处理单元39-7a中对所选择的数据进行插值处理，作为被消除数据的替代。由插值处理后精细信号输出单元39-8a输出插值处理后的数据。如上所述，在设置和未设置过采样单元的情形中，要在数据插值处理单元中选择的数据是不同的。以下说明适用于设置上述过采样单元的情形和未设置过采样单元的情形。
应注意的是，作为与上述插值方法不同的插值方法，存在使用平均数据的方法。具体地说，当异常数据的实际值偏离上限Xm+ε到下限Xm-ε的预定范围时，假定异常数据产生时间为ti，数据插值处理单元39-7a(数据插值处理单元39-7b)通过紧邻其之前的ti-1处和紧邻其之后的ti+1处的数据的平均值、即(ti-1处的数据+ti+1处的数据)/2简单持续地进行计算和插值运算。这样，由于通过预报值的预报函数(线性函数y＝ax+b(a、b为常数，横轴x为时间，纵轴y为角度))进行插值，可以很高的精度测量数据。
绝对角度计算转换器39-9可用来计算由插值处理后精细信号输出单元39-8a输出的插值处理后精细信号和由插值处理后粗略信号输出单元39-8b输出的插值处理后粗略信号，并且根据其测量结果计算转向轴的绝对角度。具体地说，插值处理后精细信号和插值处理后粗略信号均被输入绝对角度计算转换器39-9，在绝对角度计算转换器39-9中两种信号都被转换成转向轴的绝对角度。计算出的转向轴转角借助TX线传递到CAN收发器44。
实施方式1不限于上述例子，可想到它的各种改变和变型。例如，当插值处理测量数据时，预报值的预报函数不限于近似于直线的线性函数，其中插值处理可采用近似于二次或更高次多项式的曲线进行。在异常数据的数量很大时这样是有利的，可通过获得采样曲线而提高精度，通过使用最小二次方方法、样条逼近等获得预报值的预报函数(近似函数)来进行插值。
(实施方式2)
将参照图18至21说明实施方式2。为了说明实施方式2，照原样使用实施方式1的附图中的图1和图10至12。另外，对于用于说明实施方式1的图2至6，图13至17分别对应于这些图。这是因为其中还增加了附图标记45p来说明实施方式2。而且，增加了图18至20用于说明。应注意的是，图18是示出了实施方式2中的精细信号的视图。图19是示出了实施方式2中的粗略信号的视图。图20是示出了实施方式2中的计算机构和其周围的框图。
下面可能有对上述实施方式1的说明的重复，但是为了明确再次给出该说明。
如图1所示，方向舵偏角传感器1通常设置在转向柱103内，该转向柱103固定到车辆的方向盘101。与该方向盘101一体旋转的转向轴105(见图4)固定到该方向盘101。方向舵偏角传感器1是用于检测转向轴105的转向轴转角的传感器，并且该方向舵偏角传感器1自身并不转动，但是其具有转动环7(将在下面进行说明)，该转动环7被构造成与转向轴105一体旋转。这一点与在实施方式1中的相同。
(方向舵偏角传感器的示意性结构)
如图13至图17所示，实施方式2的方向舵偏角传感器的示意性结构如下。方向舵偏角传感器1具有由合成树脂制成的外壳3，并且该外壳3形成方向舵偏角传感器1的主要外观。该外壳3主要包括底部3a和从底部3a的周边竖起的周边壁部分3b。这一点与在实施方式1中说明的方向舵偏角传感器1的示意性结构相同。因此，此处略去了其说明；其细节参照实施方式1的示意性结构的说明。
如图14至图17所示，实施方式2中的支撑基板5被形成为占据外壳3的大致整个内部区域的形状(尺寸)，以有效使用该内部区域。因此，支撑基板5被形成为与外壳3的形状大致相同但比其略小的形状。这一点与在实施方式1中说明的支撑基板5的结构相同。因此，此处略去了对其的说明；其细节参照实施方式1的支撑基板5的说明。
将基于图13至图16说明实施方式2中的转动环7(主传动齿轮7)。转动环7是具有中空部分7h、由合成树脂一体模制而成的环形构件，该转动环7主要包括环形凸缘部分7a和从该环形凸缘部分7a的其中一个面竖起的环形壁部分7b。这一点与在实施方式1中说明的转动环7的结构相同。因此，此处略去了其说明；其细节参照实施方式1中的说明。应注意的是，实施方式2中的转动环7(主传动齿轮7)设置在外壳3的大致中央，以便可根据转向轴105的操作反向转动。
(从动齿轮和第一检测部件的结构)
将参照图13至图17说明从动齿轮和第一检测部件(精细信号测量机构)。设置从动齿轮12，使其围绕从外壳3的底部3a竖起的支撑销12p(见图14)转动，并且能够与齿轮单元7g(主传动齿轮7g)啮合。应注意的是，在主传动齿轮7g(齿轮单元7g)和从动齿轮12之间的增速比设定为大约1∶3。这一点与在实施方式1中说明的相同。
第一检测部件(精细信号测量机构)15主要包括小直径测量齿轮17、与小直径测量齿轮17啮合以被驱动旋转的精细信号齿轮(测量从动齿轮)19、与精细信号齿轮(测量从动齿轮)19同轴并一体转动的盘形磁体21(参见图14、图17)以及包括霍尔元件33和35以检测盘形磁体21的磁场的检测电路31。将在下面进行说明的第二检测部件不包括任何磁体，由此在其中没有设置磁轭(yoke)。所述霍尔元件33和35设置在如下位置，所述位置以大约90度分开设置在与盘形磁体21(精细信号齿轮(测量从动齿轮)19)共中心的圆周上，以检测由转动的盘形磁体21产生的磁场。具体地说，如图18所示，从用于精细信号的霍尔元件33和35获得带有90度相移的两种输出波形。这些波形分别相当于正弦波和余弦波。可获得Vsin、Vcos电压波形形式的各个输出，并且通过由这些输出计算arctan(Vsin/Vcos)可获得精细信号齿轮19的转角。但是，在从精细信号齿轮19观察时，这些角度每360度重复输出，并且其自身使得不能确定转动次数。小直径测量齿轮17与从动齿轮12同轴并一体地设置，且小直径测量齿轮17被构成为与从动齿轮12一体地围绕支撑销12p旋转。具体地说，从动齿轮12被设置成可根据转向轴105的操作反向转动。因此，主传动齿轮7和精细信号齿轮19联锁以进行转动。应注意的是，主传动齿轮7和精细信号齿轮19之间的齿轮齿数比设定为2。应注意的是，如下所述，存在在第一检测部件(精细信号测量机构)15中设置和不设置过采样单元的情形。在设置过采样单元的情形中(见图20)，第一检测部件(精细信号测量机构)15包括上述A/D转换器37-1、角度结合单元37-2和过采样单元39-3a。在未设置过采样单元的情形中(见图10)，第一检测部件包括上述A/D转换器37-1和角度结合单元37-2。
借助霍尔元件33和35从第一检测部件(精细信号测量机构)15输入到计算机构的信号被称为精细信号，其在0度至360度范围内指示转向轴105的转向轴转角。
(检测电路和第二检测部件)
如图17所示，除了上述的霍尔元件33和35，检测电路31包括角度转换电路37、MPU 39、重置IC 41、E2PROM 43、CAN收发器44和第二检测部件45。角度转换电路37是用于将从霍尔元件33和35获得的带有不同相位的检测信号转换成结合角度(参见图18)的电路。
如下所述，MPU 39不是控制整个方向舵偏角传感器1，而是用作计算机构。重置IC 41是用于防止MPU 39失控的IC。E2PROM 43是用于存储例如校正值的装置，该校正值用于修正由于在主传动齿轮7(齿轮单元7g(主传动齿轮7g))和从动齿轮12啮合时发生的齿隙而导致的相移。CAN收发器44用于通信，将指示转向轴105的转向轴转角的信号输出到外部。这一点与在实施方式1中说明的相同。
第二检测部件45(粗略信号测量机构(电位计))主要包括：电位计45p，该电位计45p为用于检测转向轴105的转向(顺时针或逆时针方向)和转动次数(见图4)的检测构件、检测机构等；以及粗略信号齿轮45g。如上所述，没有任何磁轭。这是因为，第二检测部件45没有包括任何磁体，不必设置铁磁材料。因此，可提供被构造成由于省去磁轭而具有较少数量零部件的方向舵偏角传感器1。而且，由于没有磁体的磁场的相互干扰发生，不会降低转角的检测值的精度，由此能够提供具有更高精度的方向舵偏角传感器。该电位计45p通过旋转输出与转角大致成比例的信号。由电位计45p输出的信号一般称为粗略信号，用于确定转向轴105的转角。对于粗略信号齿轮45g，齿轮齿数比被设置成在转向轴整个转动范围内大致转动一次。在实施方式2中，粗略信号齿轮45g被调整为在转向轴整个转动中大致转动一次，大致4.4转(沿左和右方向都是2.2转)。电位计45p的输出被设定成在上述范围内线性变化。在实施方式2中，当从转向轴观察时，电位计45p的轴角被设定成在作为左向整转位置的-790度和作为右向整转位置的+790度之间单调增加，且以0度为中性点(直的方向)。图19示出了由电位计45p输出的粗略信号，示出了大致线性特性。应注意的是，粗略信号齿轮45g的转动不必限定为一次，其可根据情况被构成为转动多次。应注意，如下所述，存在在第二检测部件(粗略信号测量机构)45中设置和未设置过采样单元的的情形。在设置过采样单元的的情形中(见图20)，第二检测部件45包括A/D转换器39-1和过采样单元39-3b。在未设置过采样单元的情形中(见图10)，第二检测部件45包括A/D转换器39-1。
电位计45p包括位于其周边的粗略信号齿轮45g，并且由如下所述的机构转动。具体地说，首先，对于精细信号齿轮19的转动，设有与之同轴并一体地旋转的小直径传递齿轮20。该小直径传递齿轮20位于精细信号齿轮19的后侧，如图14所示，因此在该图中以虚线示出。小直径传递齿轮20被构成为与由支撑销23p可转动地支撑的中间大直径齿轮23啮合，并作为驱动轮使中间大直径齿轮23旋转。作为从动齿轮由小直径传递齿轮20旋转的中间大直径齿轮23使中间小直径齿轮25一体地转动，该中间小直径齿轮25与中间大直径齿轮23共轴并成为一体，且中间小直径齿轮25使粗略信号齿轮45g、即第二检测部件45与之啮合以进行旋转。粗略信号齿轮45g与主传动齿轮7联锁以便进行转动。通过使由上述结构输出的粗略信号和前述显示0度至360度范围内的角度的精细信号结合(以下将根据精细信号进行的转动称为“精细转动”)，能够检测转向轴105的转角。
将以具体例子说明由精细信号和粗略信号之间的关系确定转向轴当前绝对角度的过程。首先，假定精细信号齿轮相对于主传动齿轮以齿轮齿数比2∶1的增速旋转，其中主传动齿轮通过转动转向轴而反向旋转。另外，假设粗略信号齿轮以在主传动齿轮整个转动范围(+790度至-790度)期间小于一转的减速转动，其中主传动齿轮通过转动转向轴而反向旋转。
例如，假定精细信号在转动轴105的给定转动位置处的测量值为123度。根据由如上所述来自两个霍尔元件33和35的电压输出值33V、35V的arctan(33V/35V)计算该测量值。仅从精细信号的这个测量值123度，不可能确定精细信号齿轮19从中间位置(neutralposition)向右还是向左转动。而且，也不知道精细信号齿轮19已经从中间位置转动了几次。应注意，在实施方式2中，在主传动齿轮7和精细信号齿轮19之间的齿轮齿数比2∶1，可以推算转向轴当前转角为接近61.5度(123/2)，但是仍然不知道转角是向右转还是向左转和转动次数。
如上述所，尽管不像精细信号数据那样精确，但是通过测量包含于粗略信号齿轮45g中的电位计45p的输出电压，对粗略信号的处理能够唯一确定转向轴105是向右转还是向左转，以及它从中间位置转动了多少。在实施方式2中，由于左向整转位置位于-790度，右向整转位置位于+790度，且转向轴105的转动中间位置为0度，电位计45p在-790度和+790度之间显示出线性输出电压。此处，假定设定的粗略信号输出值为420度来给出以下说明。应注意的是，即使电位计45p输出的精度多少有些低，但是最终获得的绝对角度的精度不会有问题，因为绝对角度θa是通过如下所述主要使用精细信号输出的结合来计算的。
转向轴105的绝对角度θa的确定过程如下。具体地说，还是通过MPU进行计算，当在[θc-{θb/m±(360°/m)×n}]的绝对值为最小值的条件下获得整数n时，其中θb为精细信号输出，θc为粗略信号输出，m是主传动齿轮和精细信号齿轮之间的齿轮齿数比，绝对角度θa可通过公式θa＝θb/m±(360°/m)×n计算。例如，考虑其中精细信号输出值为123°且粗略信号输出值为420°。当应用到上述公式中时，获得代入公式[420°-{123°/2±(360°/2)×n}]。此处，由于θa＝123°/2±(360°/2)×n，在θa最接近于420°的条件下获得n时，在该时刻的θa为待获得的绝对角度，并且n/m是从转向轴105的中间位置转动的转数。此处，在上述公式中的±号根据粗略信号的输出值的符号而改变，m为齿轮齿数比(在实施方式2中为2)，并且n是正整数(n＞＝0)。在粗略信号输出值为420°时，θa＝61.5°+180°×n。因此，θa最接近于420°时n＝2，且在该时刻的θa为θa＝61.5°+180°×2＝421.5°。注意到，转向轴实际上位于向右转动一次(n/m＝2/2＝1)的位置，并且从中间位置转动了61.5°。
另外，当精细信号输出值为23°且粗略信号输出值为12°时，类似地通过ω＝12°-(11.5°+180°×n)，使ω的绝对值为最小值的n为n＝0。可以看到，绝对角度θa在该时刻为θa＝11.5°。可见转向轴105实际上位于小于一次的转动位置，因为n/m＝0。
此外，作为另一个例子，当精细信号输出值为37°且粗略信号输出值为-162°时，从θa＝18.5°-180°×n获得n＝1。绝对角度θa为θa＝-161.5°。注意到由于n/m＝0.5，转向轴105的绝对角度θa实际上位于向左转161.5°小于一次的转动位置。
(转向轴绝对角度的测量)
下面将参照图9和图10说明使用精细信号和粗略信号的结合测量转向轴105的转向轴转角(绝对角度)的流程。在实施方式2中，为尽可能提高测量精度，按照如下方式处理借助霍尔元件33和35从所述第一检测部件15获得的精细信号和从所述第二检测部件(电位计)45获得的粗略信号。此外，将一起说明构成部分检测电路31的角度转换电路37和MPU 39的具体结构。具体地说，角度转换电路37包括：A/D转换器37-1，其用于将关于借助霍尔元件33和35获得的精细信号的两个带有不同相位的模拟量转换成数字量；以及角度结合单元37-2，其用于将带有不同相位的两个数字量结合成精细信号(结合信号)。
还用作计算机构的MPU 39主要包括：处理精细信号的精细信号处理系统，处理粗略信号的粗略信号处理系统，精细信号处理系统和粗略信号处理系统共用的绝对角度计算转换器39-9，以及仅设置于粗略信号处理系统中的A/D转换器39-1。A/D转换器39-1具有将由第二检测部件45输出的粗略信号(模拟量)转换成数字量的功能。此后，将按照精细信号处理系统(粗略信号处理系统)和绝对角度计算转换器的顺序进行说明。应注意的是，尽管精细信号和粗略信号之间存在差别，在精细信号处理系统的结构和粗略信号处理系统的结构之间没有差别。因此，在说明精细信号处理系统的结构时，与该精细信号处理系统的元件名称等相对应的粗略信号处理系统的元件名称等在以后仅仅在精细信号处理系统的元件名称等之后加括号说明，在可行的程度上省略用于粗略信号处理的元件的说明。
具体地说，MPU 39包括：作为精细信号处理系统(粗略信号处理系统)的平均角度计算处理单元39-4a(平均角度计算处理单元39-4b)、异常数据检测单元39-5a(异常数据检测单元39-5b)、异常数据消除单元39-6a(异常数据消除单元39-6b)、数据插值处理单元39-7a(数据插值处理单元39-7b)以及插值处理后精细信号输出单元39-8a(插值处理后粗略信号输出单元39-8b)。
如在上一部分中说明的(从动齿轮和第一检测部件的结构)，存在在精细信号测量机构15中设置和未设置过采样单元的情形。因此，先说明设置过采样单元的情形(见图9)，然后说明未设置过采样单元的情形(见图10)。应注意的是，在精细信号处理系统和粗略信号处理系统两种处理系统中都设置过采样单元的原因在于，方向舵偏角传感器1的精度可以通过不仅对要求更高精度的精细信号而且对粗略信号进行过采样而极大地改善。因此，下面将仅说明精细信号处理系统。
在精细信号处理系统中设置过采样单元39-3a的情形中，过采样单元39-3a可用来获得关于以如下方式从角度结合单元37-2获得的精细信号的额外测量数据(精细信号额外测量数据)，即，如图11所示，在时刻tn-1和tn之间持续地获得八次测量数据(在tn-1和tn之间的“O”位置处测量八次，八倍过采样)，而获取一次正常测量数据(在tn轴线上的“Δ”位置处测量一次)。如上所述，在实施方式2中的过采样被设定为正常采样的八倍。这种设置通过重复计算试验获得，且在必要时不需要限制该设置的变化。应注意的是，在时刻tn至tn+1进行类似的处理。
平均角度计算处理单元39-4a可用来执行从过采样单元39-3a获得的精细信号测量数据的平均角度Xm的计算处理。异常数据检测单元39-5a可用于检测精细信号测量数据的平均角度Xm中的偏离预定范围的异常数据。异常数据消除单元39-6a可用来消除由异常数据检测单元39-5a检测到的异常数据。数据插值处理单元39-7a可用来将从测量数据和额外测量数据中选出的数据进行插值处理，作为异常数据的替代。插值处理后精细信号输出单元39-8a可用来输出进行插值处理后的精细信号。
在接收到包括所检测信号的实际测量值的采样曲线(图11)时，异常数据检测单元39-5a分别检测粗略信号和精细信号的异常数据。在图12中示出了如下情况的采样曲线，其中，测量数据从平均值Xm的上限Xm+ε到下限Xm-ε的范围(预定范围)内偏离。结果，异常数据检测单元39-5a检测到采样曲线的突出部分，并且异常数据消除单元39-6a剔除所检测的异常数据。精细信号处理系统的结构如上所述，而且尽管精细信号和粗略信号存在差别，但精细信号处理系统和粗略信号处理系统基本具有相同的功能。这一点上面已经提及。因此，通过将精细信号替换为粗略信号，对精细信号处理系统的上述说明也适用于粗略信号处理系统。
作为从测量数据中消除的异常数据的替代，数据插值处理单元39-7a(数据插值处理单元39-7b)基于例如在紧靠被消除的异常数据之前或之后的测量数据选择预定的数据列，并获取该数据列的平均值。这是因为可通过用平均值补偿因消除而缺失的量来最大化过采样效果。
如图10所示，在其中没有在精细信号处理系统中设置过采样单元的情形中，即，在没有进行过采样的条件下进行检测和消除的情形中，如下所述地检测其是否是异常数据。例如，当在时刻tn进行测量时，平均角度计算处理单元39-4a在时刻tn前在预定时间间隔(tn-1至tn-k，例如k＝5)计算持续测量数据的平均值Xm。然后，在异常数据检测单元39-5a中参照平均值Xm检测其是否是从预定范围偏离的异常数据。当所述数据异常时，异常数据消除单元39-6a消除该数据，并且在数据插值处理单元39-7a中对所选择的数据进行插值处理，作为被消除数据的替代。由插值处理后精细信号输出单元39-8a输出进行插值处理后的数据。如上所述，在设置和未设置过采样单元的情形中，要在数据插值处理单元中选择的数据是不同的。以下说明适用于设置上述过采样单元的情形和未设置过采样单元的情形。
应注意的是，作为与上述插值方法不同的插值方法，存在使用平均数据的方法。具体地说，当异常数据的实际值偏离上限Xm+ε到下限Xm-ε的预定范围时，假定异常数据产生时间为ti，数据插值处理单元39-7a(数据插值处理单元39-7b)通过紧邻其之前的ti-1处和紧邻其之后的ti+1处的数据的平均值、即(ti-1处的数据+ti+1处的数据)/2简单持续地进行计算和插值运算。这样，由于通过预报值的预报函数(线性函数y＝ax+b(a、b为常数，横轴x为时间，纵轴y为角度))进行插值，可以很高的精度测量数据。
绝对角度计算转换器39-9可用来计算由插值处理后精细信号输出单元39-8a输出的插值处理后精细信号和由插值处理后粗略信号输出单元39-8b输出的插值处理后粗略信号，并且根据其测量结果计算转向轴的绝对角度。具体地说，插值处理后精细信号和插值处理后粗略信号均被输入绝对角度计算转换器39-9，在绝对角度计算转换器39-9中两种信号都被转换成转向轴的绝对角度。计算出的转向轴转角借助TX线传递到CAN收发器44。
实施方式2不限于上述例子，可想到它的各种改变和变型。例如，当插值处理测量数据时，预报值的预报函数不限于近似于直线的线性函数，其中插值处理可采用近似于二次或更高次多项式的曲线进行。在异常数据的数量很大时这样是有利的，可通过获得采样曲线而提高精度，通过使用最小二次方方法、样条逼近等获得预报值的预报函数(近似函数)来进行插值。

Claims (7)

1.一种方向舵偏角传感器，其固定到转向轴，用于测量所述转向轴的绝对角度，该方向舵偏角传感器包括：
用于测量转动预定次数的所述转向轴的转角的粗略信号测量机构和精细信号测量机构，所述粗略信号测量机构输出粗略信号，并且所述精细信号测量机构输出精细信号；以及
根据分别由所述粗略信号和所述精细信号转换成的粗略信号测量数据和精细信号测量数据计算所述转向轴绝对角度的计算机构，
其中，所述计算机构包括用于检测和消除从所述测量数据中的偏离预定范围的异常数据的异常数据检测和消除单元，并且
所述计算机构还包括数据插值处理单元，该数据插值处理单元计算紧靠从所测量数据中被消除的异常数据之前和之后的数据的平均值，并且将所述平均值进行插值处理，作为被消除的异常数据的替代。
2.如权利要求1所述的方向舵偏角传感器，其中，所述精细信号测量机构包括用于从所述精细信号进行多次额外测量的过采样单元。
3.如权利要求2所述的方向舵偏角传感器，其中，所述粗略信号测量机构包括用于从所述粗略信号进行多次额外测量的过采样单元。
4.一种方向舵偏角传感器，其固定到转向轴用于测量所述转向轴的绝对角度，该方向舵偏角传感器包括：
与所述转向轴联锁以反向转动的主传动齿轮；
第一检测部件，其检测与所述主传动齿轮联锁以进行转动的精细信号齿轮的转角；以及
第二检测部件，其检测与所述主传动齿轮联锁以进行转动的粗略信号齿轮的转角，
其中，所述第一检测部件包括霍尔元件和磁体，所述霍尔元件输出指示所述精细信号齿轮的所检测转角的精细信号，以及
所述第二检测部件包括电位计，该电位计输出指示所述粗略信号齿轮的所检测转角的粗略信号。
5.如权利要求4所述的方向舵偏角传感器，还包括：
计算机构，该计算机构通过相对于所述主传动齿轮以不断增加的速度旋转的精细信号齿轮和相对于所述主传动齿轮以不断减小的速度旋转的粗略信号齿轮从所述第一和第二检测部件二者计算绝对角度。
6.如权利要求5所述的方向舵偏角传感器，其中，所述计算机构通过公式θa＝θb/m±(360°/m)×n提供绝对角度θa，其中，θb为所述精细信号齿轮的转角，θc为所述粗略信号齿轮的转角，m是所述主传动齿轮和所述精细信号齿轮之间的齿轮齿数比，并且n是使[θc-{θb/m±(360°/m)×n}]的绝对值最小化的整数。
7.如权利要求6所述的方向舵偏角传感器，其中，所述计算机构还包括：
过采样单元，其从所述精细信号和粗略信号中的至少所述精细信号进行绝对角度θa的多次额外测量，并且输出额外测量数据；
异常数据检测和消除单元，其在过采样单元进行额外测量和输出额外测量数据时检测和消除绝对角度θa的异常数据；以及
插值处理单元，其从所述额外测量数据中任选数据，或者还从任选的数据计算平均值，并且将任选的数据或者平均值进行插值处理，作为被消除的异常数据的替代。
CN200710084806A 2006-07-04 2007-02-27 方向舵偏角传感器 Active CN100588910C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP184098/2006 2006-07-04
JP2006184098A JP4832189B2 (ja) 2006-07-04 2006-07-04 舵角センサ
JP199790/2006 2006-07-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101101222A CN101101222A (zh) 2008-01-09
CN100588910C true CN100588910C (zh) 2010-02-10

Family

ID=39035615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200710084806A Active CN100588910C (zh) 2006-07-04 2007-02-27 方向舵偏角传感器

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4832189B2 (zh)
CN (1) CN100588910C (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009192456A (ja) * 2008-02-18 2009-08-27 Panasonic Corp 回転角度検出装置
JP5666240B2 (ja) * 2010-10-19 2015-02-12 ボッシュ株式会社 チェンジレバーの位置検出装置、これを備えたチェンジレバーユニット、およびチェンジレバーの位置検出方法
DE102011075635B4 (de) * 2011-05-11 2014-05-08 Ford Global Technologies, Llc Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrads und damit ausgestattetes Lenkstockmodul
CN102331268A (zh) * 2011-06-01 2012-01-25 西华大学 一种非接触式传感器
CN102530078B (zh) * 2012-01-06 2014-04-02 陕西科技大学 一种显示汽车车轮转向角度的系统
JP6164037B2 (ja) * 2013-10-15 2017-07-19 日本精工株式会社 電動パワーステアリング装置
US9402578B2 (en) * 2014-09-26 2016-08-02 Shimano Inc. Crank angle indicating system
CN106224446B (zh) * 2016-07-20 2019-07-12 深圳市克鲁盾汽车智能装备有限公司 汽车方向传感器以及汽车
DE102017108863A1 (de) * 2017-04-26 2018-10-31 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Ermitteln eines Drehwinkels einer Lenkwelle mittels dreier Zahnräder
CN113137903B (zh) * 2020-01-19 2023-07-07 南京泉峰科技有限公司 角度尺及角度计算方法
CN113954962B (zh) * 2020-07-20 2023-03-31 上汽通用汽车有限公司 转向辅助装置、方法以及存储介质
CN112762883B (zh) * 2020-12-29 2023-01-13 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种襟缝翼舵面偏转角度的测量装置和测量方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60255575A (ja) * 1984-05-09 1985-12-17 Koyo Seiko Co Ltd 操舵角センサの信号処理方法
JP3164698B2 (ja) * 1993-07-13 2001-05-08 トヨタ自動車株式会社 四輪操舵車の後輪操舵装置
JPH08166254A (ja) * 1994-12-15 1996-06-25 Fanuc Ltd 信号の内挿方法及び内挿装置
JPH08201111A (ja) * 1995-01-30 1996-08-09 Sony Magnescale Inc 内挿装置
JP3498455B2 (ja) * 1995-12-08 2004-02-16 日産自動車株式会社 スロットルバルブの位置決め制御装置
JP2000321050A (ja) * 1999-05-14 2000-11-24 Minolta Co Ltd ３次元データ取得装置および３次元データ取得方法
JP2001174289A (ja) * 1999-12-17 2001-06-29 Alps Electric Co Ltd 回転角検出装置
JP2002213938A (ja) * 2001-01-18 2002-07-31 Sony Corp 回転体の偏心量を求める方法
JP3899821B2 (ja) * 2001-01-23 2007-03-28 松下電器産業株式会社 回転角度検出装置
JP2003042754A (ja) * 2001-07-30 2003-02-13 Alps Electric Co Ltd 回転角検出装置
DE10157377B4 (de) * 2001-11-22 2005-10-06 Daimlerchrysler Ag Fahrzeugdatenbussystem mit Sensormodul
JP4032758B2 (ja) * 2002-01-24 2008-01-16 トヨタ自動車株式会社 センサ装置
JP4002174B2 (ja) * 2002-12-19 2007-10-31 矢崎総業株式会社 磁気式舵角検出装置
JP4354334B2 (ja) * 2004-05-20 2009-10-28 本田技研工業株式会社 筒内圧センサの故障を判定する装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008014694A (ja) 2008-01-24
CN101101222A (zh) 2008-01-09
JP4832189B2 (ja) 2011-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100588910C (zh) 方向舵偏角传感器
US10647353B2 (en) Electromechanical power steering system, method for determining an absolute angle of rotation, and method for calibrating a measuring device for measuring an absolute angle of rotation
US10175066B2 (en) Sensor system for detecting absolute rotational angle of a shaft
AU763795B2 (en) Device and method for detecting the relative position of a rotatable body
US7775129B2 (en) Rotation angle sensor
CN100552374C (zh) 旋转角度检测装置以及旋转角度修正方法
EP2873945B1 (en) Device and method for detecting multi-turn absolute rotation angle
EP2405734B1 (en) Steering angle sensor
JP4518833B2 (ja) 回転角センサ
US7424858B2 (en) Rudder angle sensor
US8966978B2 (en) Sensor arrangement for determining an angle of rotation
JP2007132685A (ja) 舵角センサ
CN102066877A (zh) 检测旋转角度的装置
AU5964200A (en) Method for compensating the offset of angle sensors
EP1910155A1 (en) Steering angle sensing apparatus and method thereof
US7201069B2 (en) Angle sensor
WO2015147740A1 (en) Method for deriving an absolute multiturn rotational angle of a rotating shaft, and a device therefore
CN111486786A (zh) 旋转角检测装置
KR100792668B1 (ko) 휠 절대각 검출방법
US20030033033A1 (en) Method for compensating signals from an absolute angular position sensor assembly
CN107466363B (zh) 用于测量驱动轴的力矩的传感器
EP3653998B1 (en) Magnetic angular position sensor
US11408754B2 (en) Rotation angle detection apparatus
US20240167805A1 (en) Method for determining the angular position of a shaft of a motor vehicle
JP4763540B2 (ja) 舵角センサ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant