DE102004063415A1 - Drehwinkel-Detektionsvorrichtung und Drehmoment-Detektionsvorrichtung - Google Patents

Drehwinkel-Detektionsvorrichtung und Drehmoment-Detektionsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Bei einer Drehwinkeldetektionsvorrichtung sind erste Markierungen (3b) und zweite Markierungen (3c), deren Anzahlen einander teilerfremd sind, an den Rotoren vorgesehen, die sich koaxial miteinander drehen. Der Drehwinkel des Rotors wird detektiert auf der Basis der Detektionssignale von jedem zweier Sensoren (A, B), die den betreffenden Markierungen (3b, 3c) gegenüberliegend angeordnet sind, wobei diese ausgegebenen Detektionssignale während der Drehung des Rotors unterschiedliche Phasen aufweisen. Der Phasenwinkelbereich wird basierend auf dem Größenverhältnis zwischen dem einen Detektionssignal und dem anderen Detektionssignal der beiden Sensoren bestimmt. Die Beziehung zwischen dem Detektionssignal und einem Phasenwinkel ist vorgespeichert. Auf der Basis des bestimmten Phasenwinkels und unter Bezugnahme auf diese Beziehung wird der Phasenwinkel des anderen Detektionssignals errechnet; auf diese Weise wird der Drehwinkel des Rotors detektiert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehwinkel-Detektionsvorrichtung und eine Drehmoment-Detektionsvorrichtung mit einem oder mehreren an einem Rotor vorgesehenen Markierungen und mehreren gegenüber den Markierungen angeordneten Detektionseinrichtungen zum Ausgeben von Detektionssignalen mit Phasen, die entsprechend jeder Position der Markierungen beim Drehen des Rotors voneinander abweichen.
  • Als Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge ist eine elektrische Servolenkvorrichtung, die einen Elektromotor zwecks Lenkunterstützung und Verringerung der von dem Fahrer aufzubringenden Last antreibt, bekannt. Solche elektrische Servolenkvorrichtungen weisen eine mit einem Lenkelement (Lenkrad) verbundene Antriebswelle, eine über eine Zahnstange o.ä. mit lenkbaren Rädern verbundene Abtriebswelle und eine Verbindungswelle auf, welche die Antriebswelle mit der Abtriebswelle verbindet. Anhand des Torsionswinkels, der an der Verbindungswelle erzeugt wird, detektiert der Drehmomentsensor das auf die Antriebswelle aufgebrachte Lenk-Drehmoment. Anhand des von dem Drehmomentsensor detektierten Lenk-Drehmoments wird der Antrieb durch den für die Lenkunterstützung vorgesehenen Elektromotor, der mit der Abtriebswelle verbunden ist, gesteuert. Der Anmelder der vorliegenden Anmeldung hat bereits eine Drehwinkel-Detektionsvorrichtung und eine Drehmoment-Detektionsvorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung vorgeschlagen (Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2003-83823).
  • Ferner hat der Anmelder eine Drehwinkel-Detektionsvorrichtung und eine Drehmoment-Detektionsvorrichtung vorgeschlagen, die mit der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung (Drehmomentsensor) versehen ist, (Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2003-344188). Die Drehwinkel-Detektionsvorrichtung weist zwei Detektionseinrichtungen auf, die jeweils gegenüber an einem Rotor vorgesehenen ersten Markierungen und an dem Rotor vorgesehenen zweiten Markierungen angeordnet sind, wobei die Anzahl der zweiten Markierungen zu der Anzahl der ersten Markierungen teilerfremd ist. Die beiden Detektionseinrichtungen geben Detektionssignale mit Phasen aus, die sich beim Drehen des Rotors voneinander unterscheiden. Die Drehwinkel-Detektionsvorrichtung umfasst ferner eine Berechnungseinrichtung zum Ausführen einer vorbestimmten Berechnung unter Verwendung der Detektionssignale, die jeweils von den beiden Detektionseinrichtungen ausgegeben worden sind, und eine Speichereinrichtung zum Speichern der Beziehung zwischen dem Ergebnis einer von der Berechnungseinrichtung im voraus durchgeführten Berechnung und den Phasenwinkeln der Detektionssignale, wobei anhand des Ergebnisses der von der Berechnungseinrichtung ausgeführten Berechnung und durch Bezugnahme auf die Speichereinrichtung ein Phasenwinkel der Detektionssignale errechnet wird und anhand des erhaltenen Phasenwinkels der Drehwinkel des Rotors detektiert wird.
  • Bei der beispielsweise in der oben genannten Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2003-344188 beschriebenen Drehwinkel-Detektionsvorrichtung und Drehmoment-Detektionsvorrichtung bildet eines der Detektionssignale ungefähr eine Sinuswelle und ist die Phasendifferenz auf 90° eingestellt (entsprechend bildet das andere Detektionssignal ungefähr eine Kosinuswelle), wobei der Drehwinkel θ aus θ = tan–1θ = tan–1 (sinθ/cosθ) errechnet wird. Die Detektionssignale enthalten jedoch Fehler, wie z.B. Welligkeiten. Wenn die Berechnung, wie z.B. sinθ/cosθ, unter Verwendung der Fehler enthaltenden Detektionssignale ausgeführt wird, werden die in dem Berechnungsergebnis enthaltenen Fehler größer als die ursprünglichen Fehler. Daher besteht das Problem, dass es kaum möglich ist, einen präzisen Drehwinkel zu erhalten.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehwinkel-Detektionsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen präzisen Drehwinkel zu liefern.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Drehmoment-Detektionsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Drehmomentwert präzise zu detektieren.
  • Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 4.
  • Da eine Berechnung, deren Ergebnis einen großen Fehler enthält, nicht durchgeführt wird, wird erfindungsgemäß eine Drehwinkel-Detektionsvorrichtung bereitgestellt, die in der Lage ist, einen präzisen Drehwinkel zu liefern.
  • Da eine Berechnung, deren Ergebnis einen großen Fehler enthält, nicht durchgeführt wird, wird erfindungsgemäß eine Drehmoment-Detektionsvorrichtung vorgeschlagen, die in der Lage ist, einen präzisen Drehmomentwert zu liefern.
    •
  • Die oben genannten und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlich.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Drehwinkel-Detektionsvorrichtung und einer Drehmoment-Detektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Blockschaltbild mit Darstellung eines Beispiels für die interne Konfiguration einer Berechnungs-Verarbeitungsschaltung;
  • 3A–3C Diagramme mit Darstellung eines Beispiels für die Wellenform von von magnetometrischen Sensoren detektierten Detektionssignalen;
  • 4 ein Diagramm mit Darstellung eines Beispiels für die Wellenform durch magnetometrische Sensoren detektierter Detektionssignale, wobei die Anzahl von einander gegenüberliegenden Markierungen unterschiedlich ist;
  • 5 ein Ablaufdiagramm mit Darstellung eines Beispiels für die Arbeitsweise einer Berechnungs-Verarbeitungsschaltung;
  • 6 ein Diagramm mit Darstellung des Inhalts einer Tabelle, in der ein Beispiel für die Beziehung zwischen korrigierten Detektionssignalen, die im voraus gemessen worden sind, und einem Phasenwinkel gespeichert ist;
  • 7 ein Ablaufdiagramm mit Darstellung eines Beispiels für die Arbeitsweise der Berechnungs-Verarbeitungsschaltung;
  • 8 Diagramme mit Darstellung eines Beispiels für die Arbeitsweise eines Lenkwinkel-Berechnungsteils;
  • 9 ein Diagramm mit Darstellung eines Beispiels für die Arbeitsweise eines Drehmoment-Berechnungsteils;
  • 10 ein Diagramm mit Darstellung eines Beispiels für einen von dem Drehmoment-Berechnungsteil ausgegebenen Drehmomentwert;
  • 11 ein Ablaufdiagramm mit Darstellung eines Beispiels für die Arbeitsweise der Berechnungs-Verarbeitungsschaltung; und
  • 12 ein Diagramm mit Darstellung eines Beispiels für einen von dem Absolut-Lenkwinkel-Berechnungsteil ausgegebenen absoluten Lenkwinkel.
  • Nachstehend wird anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsformen gezeigt sind, die vorliegende Erfindung genauer erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Drehwinkel-Detektionsvorrichtung und einer Drehmoment-Detektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Drehwinkel-Detektionsvorrichtung und der Drehmomentsensor 4 (die Drehmoment-Detektionsvorrichtung) umfassen eine Antriebswelle 6 (Rotor, erste Welle), deren oberes Ende mit einem Lenkelement 1 (Lenkrad) verbunden ist, und eine Abtriebswelle 7 (Rotor, zweite Welle), deren unteres Ende mit einem Ritzel 8 eines Lenkmechanismus verbunden ist. Die Antriebswelle 6 und die Abtriebswelle 7 sind koaxial miteinander verbunden, wobei eine Torsionsstange 8 (Verbindungswelle) mit kleinerem Durchmesser dazwischengeschaltet ist. Dies ist die Struktur einer Lenkwelle 13, die das Lenkelement 1 mit dem Lenkmechanismus verbindet. Die Umgebung des Verbindungsteils zwischen der Antriebswelle 6 und der Abtriebswelle 7 ist so strukturiert wie nachstehend beschrieben.
  • Nahe dem Außenende des Verbindungsteils zwischen der Antriebswelle 6 und der Abtriebswelle 7 und koaxial zu der Antriebswelle 6 an deren Außenseite ist eine Markierungs-Platte 12a in Form einer Scheibe vorgesehen. An der Umfangsfläche der Markierungs-Platte 12a sind mehrere vorstehende Markierungen 3a aus Magnetmaterial ausgebildet; d.h. es sind beispielsweise 37 Vorsprünge vorgesehen, die in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung vorstehend angeordnet sind. Die Markierung 3a bildet zahlreiche Zähne eines Stirnrads. Die Stirnräder in Form eines Rings bilden die Markierungs-Platte 12a mit den Markierungen 3a.
  • Nahe dem Außenende des Verbindungsteils zwischen der Antriebswelle 6 und der Abtriebswelle 7 und koaxial zu der Abtriebswelle 7 an deren Außenseite sind Markierungs-Platten 12b und 12c (Rotoren) jeweils in Form von Scheiben vorgesehen, wobei sich die Markierungs-Platte 12b auf der Seite der Antriebswelle 6 befindet. An der Umfangsfläche der Markierungs-Platte 12b sind mehrere vorstehende Markierungen 3b aus Magnetmaterial ausgebildet; d.h. es sind 37 Vorsprünge, bei denen es sich um die gleichen wie bei den Markierungen 3a handelt, in gleichen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet und mit den Markierungen 3a ausgerichtet. An der Umfangsfläche der Markierungs-Platte 12c sind Vorsprünge aus einem Magnetmaterial ausgebildet; die Anzahl von Markierungen 3c ist zu der Anzahl von Markierungen 3b, bei denen es sich beispielsweise um 36 Vorsprünge handelt, die in gleichen Abständen in Umfangsrichtung vorstehend angeordnet sind, teilerfremd. Hier bezieht sich der Ausdruck "Anzahl, die zu einer anderen Anzahl teilerfremd ist" auf eine Anzahl, die mit einer anderen Anzahl keinen anderen gemeinsamen Nenner als 1 hat. Die Markierungen 3b und 3c bilden Zähne von Stirnrädern. Die Stirnräder in Form eines Rings bilden die Markierungs-Platten 12b, 12c mit den Markierungen 3b, 3c.
  • An der Außenseite der Markierungs-Platten 12a, 12b und 12c ist ein Sensorkasten 11 angeordnet, der dem Außenrand der Markierungen 3a, 3b und 3c am Umfang der Platten zugewandt ist. Der Sensorkasten 11 ist an einem unbeweglichen Teil, wie z.B. einem (nicht gezeigten) Gehäuse, befestigt und wird von diesem getragen, wobei das unbewegliche Teil die Antriebswelle 6 und die Abtriebswelle 7 aufnimmt und trägt. In dem Sensorkasten 11 sind magnetometrische Sensoren A und B (Detektionseinrichtung), die in Umfangsrichtung jeweils unterschiedlichen Teilbereichen der auf der Seite der Antriebswelle 6 befindlichen Markierung 3a zugewandt sind, und magnetometrische Sensoren C und D (Detektionseinrichtung), die in Umfangsrichtung unterschiedlichen Teilbereichen der auf der Seite der Abtriebswelle 7 befindlichen Markierung 3b zugewandt sind, derart aufgenommen, dass ihre Positionen in Umfangsrichtung korrekt miteinander ausgerichtet sind. Ferner sind magnetometrische Sensoren E und F (Detektionseinrichtung) aufge nommen, die in Umfangsrichtung unterschiedlichen Teilbereichen der auf der Seite der Abtriebswelle 7 befindlichen Markierungen 3c zugewandt sind.
  • Die magnetometrischen Sensoren A, B, C, D, E und F sind Sensoren, die aus einem Element, wie z.B. einem Magnetowiderstandseffekt-Element (MR-Element) o.ä., gebildet sind, bei dem sich die elektrische Charakteristik (Widerstand) durch den Einfluss des Magnetfelds verändert, wobei sich das Detektionssignal entsprechend einer Veränderung eines benachbarten Teilbereichs der Markierung 3a, 3b oder 3c, der dem magnetometrischen Sensor gegenüberliegt, verändert. Diese Detektionssignale werden einer Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 zugeführt, die einen außerhalb oder innerhalb des Sensorkastens 11 angeordneten Mikroprozessor aufweist.
  • 2 zeigt ein Blockschaltbild mit Darstellung eines Beispiels für die interne Konfiguration der Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10. Die Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 umfasst einen A/D-Konvertierteil 10a, der eine Analog/Digital-Konvertierung der Detektionssignale VA, VB, VC, VD, VE bzw. VF durchführt, die von den magnetometrischen Sensoren A, B, C, D, E, und F ausgegeben werden, und einen Sensorausgangssignal-Korrekturteil 10b, der die Detektionssignale VA, VB, VC, VD, VE und VF nach der Analog/Digital-Konvertierung korrigiert und die korrigierten Detektionssignale VA', VB', VC', VD', VE' und VF' ausgibt.
  • Die Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 umfasst ferner einen Lenkwinkel-Berechnungsteil 10c mit einer Tabelle (Speichereinrichtung), in der die Beziehung zwischen den korrigierten Detektionssignalen VA' und VB', die tatsächlich im voraus vor dem Versand ab Werk gemessen werden, und dem Phasenwinkel gespeichert ist; eine Tabelle (Speichereinrichtung), in der die Beziehung zwischen den korrigierten Detektionssignalen VC' und VD' und dem Phasenwinkel gespeichert ist; und eine Tabelle (Speichereinrichtung), in der die Beziehung zwischen den korrigierten Detektionssignalen VE' und VF' und dem Phasenwinkel gespeichert ist, und gibt Phasenwinkel θAB, θCD und θEF der Antriebswelle 6 und der Abtriebswelle 7 auf der Basis der korrigierten Signale VA', VB', VC', VD', VE' und VF' aus.
  • Ferner umfasst die Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 einen Drehmoment-Berechnungsteil 10d, der den Drehmomentwert zwischen der Antriebswelle 6 und der Abtriebswelle 7 anhand der Phasenwinkel θAB und θCD berechnet und ausgibt, einen Absolut-Lenkwinkel-Berechnungsteil 10e, der eine Tabelle 14 zum Speichern der absoluten Lenkwinkel bei Drehung der Abtriebswelle 7 und zum Speichern der Phasenwinkel θCD und θEF (Phasenwinkel der Markierungen 3b und 3c), während diese miteinander verbunden sind, aufweist und den absoluten Lenkwinkel der Abtriebswelle 7 anhand der Phasenwinkel θCD und θEF berechnet und ausgibt, und einen Ausfallsicherungs-Teil 10f, der anhand der Signale von dem A/D-Konvertierteil 10a und dem Sensorausgangssignal-Korrigierteil 10b feststellt, ob ein Ausfall vorliegt, und wenn dies der Fall ist, ein Ausfallsignal ausgibt.
  • Bei dem Drehmomentsensor 4, der den oben beschriebenen und in 3A, 3B und 3C dargestellten Aufbau aufweist, gibt jeder magnetometrische Sensor A, B, C, D, E und F ein Detektionssignal aus, das einer Sinuswelle entspricht, welche entsprechend den Änderungen des Drehwinkels der Antriebswelle 6 und der Abtriebswelle 7 ansteigt und abfällt, während die entsprechenden Markierungen 3a, 3b und 3c die jedem Sensor gegenüberliegenden Punkte durchlaufen. Die Detektionssignale von den magnetometrischen Sensoren A und B entsprechen dem Drehwinkel der Antriebswelle 6, der die Markierungen 3a, welche den Sensoren A und B entsprechen, zugeordnet sind; die Detektionssignale der magnetometrischen Sensoren C und D entsprechen dem Drehwinkel der Abtriebswelle 7, der die Markierungen 3b, die den Sensoren C und D entsprechen, zugeordnet sind; und die Detektionssignale der magnetometrischen Sensoren E und F entsprechen dem Drehwinkel der Abtriebswelle 7, der die gegenüber den Sensoren E und F angeordneten Markierungen 3c zugeordnet sind.
  • Folglich kann die Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 den relativen Drehwinkel der Antriebswelle 6 auf der Basis der Detektionssignale der magnetometrischen Sensoren A und B berechnen; somit arbeiten die Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 und die magnetometrischen Sensoren A und B als Drehwinkel-Detektionsvorrichtung der Antriebswelle 6. Ferner kann die Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 den relativen Drehwinkel der Abtriebswelle 7 auf der Basis der Detektionssignale der magnetometrischen Sensoren C und D berechnen; somit arbeiten die Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 und die magnetometrischen Sensoren A und B als Drehwinkel-Detektionsvorrichtung der Abtriebswelle 7.
  • Wenn ein Drehmoment auf die Antriebswelle 6 aufgebracht wird, wird eine Differenz zwischen jedem der Detektionssignale der magnetometrischen Sensoren A und B und jedem der Detektionssignale der magnetometrischen Sensoren C und D erzeugt. Zwischen den magnetometrischen Sensoren A und C und den magnetometrischen Sensoren B und D sind deren Phasen derart angeordnet, dass sie sich voneinander z.B. durch einen Phasenwinkel von 90° in der Umfangsrichtung der Markierungs-Platten 12a und 12b unterscheiden. Bei jedem der Detektionssignale erreicht die nichtlineare Veränderungsrate ihr Maximum an den Punkten des relativen Maximalwerts und des relativen Minimalwerts, welche die Veränderungspunkte zwischen dem Anstieg und dem Abfall sind. Da sich die Phasen jedoch voneinander unterscheiden, können beide einander komplementär sein. Falls ein derartiger komplementärer Zustand möglich ist, können die Phasenwinkel, die sich voneinander unterscheiden, auf jeden Phasenwinkel von 1° bis 360° oder weniger gesetzt werden.
  • Die Differenz zwischen dem Detektionssignal des magnetometrischen Sensors A und dem Detektionssignal des magnetometrischen Sensors C oder die Differenz zwischen dem Detektionssignal des magnetometrischen Sensors B und dem Detektionssignal des magnetometrischen Sensors D entspricht hier der Differenz zwischen den Drehwinkeln der Antriebswelle 6 und der Abtriebswelle 7 (relative Winkelverschiebung). Die relative Winkelver schiebung entspricht dem Torsionswinkel, welcher an der die Antriebswelle 6 und die Antriebswelle 7 verbindenden Torsionsstange 9 unter dem Einfluss des auf die Antriebswelle 6 aufgebrachten Drehmoments erzeugt wird. Folglich kann auf der Basis der Differenz unter den oben beschriebenen Detektionssignalen das auf die Antriebswelle 6 aufgebrachte Drehmoment berechnet werden.
  • Ähnlich wie die magnetometrischen Sensoren C und D unterscheiden sich die magnetometrischen Sensoren E und F in ihrer Phase um einen Phasenwinkel von 90° in der Umfangsrichtung der Markierungs-Platten 12a und 12b voneinander. Während die Markierungen 3b gegenüber dem magnetometrischen Sensor C und dem magnetometrischen Sensor D in einer Anzahl von 37 vorliegen, liegen die Markierungen 3c gegenüber dem magnetometrischen Sensor E und dem magnetometrischen Sensor F in einer Anzahl von 36 vor. Gemäß 4 geben somit jedes Mal, wenn die Abtriebswelle 7 eine Phasendrehung durchführt, die magnetometrischen Sensoren C, E und die magnetometrischen Sensoren D, F Detektionssignale aus, deren Phasen jeweils um 1/37 Phasen zueinander versetzt sind.
  • Falls gemäß 4 nur magnetometrische Sensoren C, E oder magnetometrische Sensoren D, F vorgesehen sind, während sich die Abtriebswelle 7 um 360° dreht, tritt zwei Mal ein Satz auf, bei dem die Detektionssignale den gleichen Wert aufweisen. Folglich kann der Drehwinkel (absoluter Drehwinkel) der Abtriebswelle 7 nicht bestimmt werden. Durch Bezugnahme auf die Phasenwinkel θCD und θEF (Phasenwinkel der Markierungen 3b und 3c) in der Tabelle 14 kann der Drehwinkel der Abtriebswelle 7 jedoch bestimmt werden.
  • Nachstehend wird die Arbeitsweise der elektrischen Servolenkvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau anhand der Ablaufdiagramme gemäß 5, 7 und 11 beschrieben. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Arbeitsvorgangs des Errechnens eines Phasenwinkels jedes der Detektionssignale der magnetometrischen Sensoren A und B mittels einer Tabelle, in der die Beziehung zwischen den in 6 gezeigten korrigierten Detektionssignalen VA' und VB', die vor dem Versand ab Werk vorgespeichert sind, und den Phasenwinkeln gespeichert ist. Dieses Ablaufdiagramm ist anwendbar bei dem Arbeitsvorgang zum Berechnen des Phasenwinkels der Detektionssignale aus den magnetometrischen Sensoren C und D und den magnetometrischen Sensoren E und F. Zum Errechnen der Detektionssignale der magnetometrischen Sensoren C und D und der magnetometrischen Sensoren E und F werden die entsprechenden Tabellen ähnlich der in 6 gezeigten Tabelle verwendet.
  • Zunächst liest die Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 Detektionssignale VA, VB von den magnetometrischen Sensoren A, B (S1), und dann wird in dem Sensorausgangssignal-Korrekturteil 10b eine Routine ausgeführt, in der jeder p-p-Wert Vpp (peak-to-peak-Wert) der jeweiligen Detektionssignale und deren Zwischenwert Vmid erfasst und berechnet werden (S2). Wenn der Zwischenwert VmidA, VmidB jedes Detektionssignals nicht berechnet worden ist (S3), wird der Vorgang rückgeführt. Wenn der Zwischenwert VmidA, VmidB jedes Detektionssignals berechnet worden ist (S3), berechnet der Sensorausgangssignal-Korrekturteil 10b VA' = VA – VmidA und VB' = VB – VmidB und konvertiert die Detektionssignale VA und VB zu Detektionssignalen VA' bis VB', wenn der Zwischenwert 0 ist (S4).
  • Dann (S5) vergleicht die Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 in dem Lenkwinkel-Berechnungsteil 10c die Größe der Absolutwerte |VA'| und |VB'| der Detektionssignale VA' und VB'. Bei den in der Tabelle gemäß 6 gezeigten Zonen I bis IV sind hier die Zonen in den Fällen, in denen |VA'| größer ist, die Zone I und die Zone III. Wenn |VA'| größer ist (S5), vergleicht der Lenkwinkel-Berechnungsteil 10c die Größe der Detektionssignale VA' und VB' und stellt fest, in welcher Zone der Zonen I oder III die Detektionssignale VA' und VB' enthalten sind (S6).
  • Wenn VA' größer ist (S6), stellt der Lenkwinkel-Berechnungsteil 10c fest, dass sich das Detektionssignal VA' in der Zone III befindet, und verweist auf die Zone III, um den Phasenwinkel θAB des Detektionssignals VA' zu suchen (S7) und zu berechnen (S9), und der Vorgang wird rückgeführt. Falls die Phase (an der Mitte des Lenkwinkels) des zum Berechnen des Drehmoments oder Lenkwinkels verwendeten magnetometrischen Sensors die gleiche ist wie die Phase des magnetometrischen Sensors auf der Seite der Abtriebswelle 7, kann der Phasenwinkel θAB des Detektionssignals VB' anstelle des Phasenwinkels θAB des Detektionssignals VA' verwendet werden.
  • Wenn VB' größer ist (S6), stellt der Lenkwinkel-Berechnungsteil 10c fest, dass sich das Detektionssignal VA' in der Zone I befindet, und verweist auf die Zone I, um. den Phasenwinkel θAB des Detektionssignals VA' zu suchen (S8) und zu berechnen (S9), und der Vorgang wird rückgeführt.
  • Der Lenkwinkel-Berechnungsteil 10c vergleicht (S5) die Größe der Absolutwerte |VA'| und |VB'| der Detektionssignale VA' und VB', und wenn |VB'| größer ist, vergleicht der Lenkwinkel-Berechnungsteil 10c die Größe der Detektionssignale VA' und VB', um festzustellen, in welcher Zone, d.h. der Zone II oder der Zone IV, das Detektionssignale VA' enthalten ist (S10). Gemäß ist die Zone, in der |VB'| größer ist, die Zone II und die Zone IV.
  • Wenn VA' größer ist (S10), stellt der Lenkwinkel-Berechnungsteil 10c fest, dass sich das Detektionssignal VA' in der Zone II befindet, und verweist auf die Zone II, um den Phasenwinkel θAB des Detektionssignals VA' zu suchen (S11) und zu berechnen (S9), und der Vorgang wird rückgeführt. Wenn VB' größer ist (S10), stellt der Lenkwinkel-Berechnungsteil 10c fest, dass sich das Detektionssignal VA' in der Zone IV befindet, und verweist auf die Zone IV, um den Phasenwinkel θAB des Detektionssignals VA' zu suchen (S12) und zu berechnen (S9), und der Vorgang wird rückgeführt. Durch Ausführen der oben angeführten Schritte kann gemäß 8 auf der Basis der Detektionssignale VA' und VB' der Drehwinkel (Lenkwinkel) der Antriebswelle 6 errechnet werden.
  • 7 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Arbeitsablaufs zum Detektieren des Drehmoments mittels der Tabelle gemäß 6. Zunächst (S20) errechnet entsprechend dem Ablaufdiagramm gemäß 5 die Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 in dem Lenkwinkel-Berechnungsteil 10c den Phasenwinkel θAB des magnetometrischen Sensors A basierend auf den Detektionssignalen VA und VB der magnetometrischen Sensoren A und B. Dann (S21) wird in der gleichen Weise auf der Basis der Detektionssignale VC und VD der magnetometrischen Sensoren C und D der Phasenwinkel θCD des magnetometrischen Sensors C errechnet. Anschließend berechnet gemäß 9 die Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 das Drehmoment = k(θAB – θCD) (k ist die Federkonstante der Torsionsstange 9), berechnet gemäß 10 in dem Drehmomentberechnungsteil 10d den Drehmomentwert aus der Differenz der Phasenwinkel (S22) und gibt den berechneten Drehmomentwert aus (23), woraufhin der Vorgang rückgeführt wird.
  • 11 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Arbeitsablaufs zum Detektieren des absoluten Lenkwinkels mittels der Tabelle gemäß 6. Zunächst (S25) berechnet die Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 in dem Lenkwinkel-Berechnungsteil 10c auf gleiche Weise wie bei dem Ablaufdiagramm gemäß 5 den Phasenwinkel θCD des Detektionssignals VC aus den Detektionssignalen VC und VD der magnetometrischen Sensoren C und D. Dann wird auf die gleiche Weise der Phasenwinkel θEF des Detektionssignals VE aus den Detektionssignalen VE und VF der magnetometrischen Sensoren E und F errechnet (S26). Dann (S27) verweist gemäß 12 die Berechnungs-Verarbeitungsschaltung 10 in Bezug auf die Phasenwinkel θCD und θEF in dem Absolutlenkwinkel-Berechnungsteil 10e auf die Tabelle 14, detektiert den absoluten Lenkwinkel, der den Phasenwinkeln θCD und θEF entspricht (S28) und gibt ein den detektierten Absolut-Lenkwinkel angebendes Signal aus (S29), woraufhin der Vorgang rückgeführt wird.

Claims (6)

  1. Drehwinkel-Detektionsvorrichtung mit einem oder mehreren ersten Markierungen (3b), die an einem Rotor (12b) angeordnet sind, zweiten Markierungen (3c), die an dem Rotor (12b) oder einem koaxial mit dem Rotor (12b) drehenden weiteren Rotor (12c) angeordnet sind und deren Anzahl teilerfremd mit der Anzahl der ersten Markierungen (3b) ist, und zwei den ersten Markierungen (3b) und den zweiten Markierungen (3c) gegenüberliegend angeordneten Detektionseinrichtungen (C, D und E, F) zum Ausgeben von Detektionssignalen mit sich voneinander unterscheidenden Phasen entsprechend jeder Position der ersten Markierungen (3b) und der zweiten Markierungen (3c), während sich die mit den ersten Markierungen (3b) versehenen Rotoren (12b, 12c) drehen; wodurch die Drehwinkel der Rotoren (12b, 12c) auf der Basis von Detektionssignalen, die von jeder der Detektionseinrichtungen (C, D und E, F) ausgegeben werden, detektiert werden, gekennzeichnet durch eine Bestimmungseinrichtung (10), die auf der Basis des Größenverhältnisses zwischen den Detektionssignalen, die von jeweils der einen (C, E) der beiden den ersten Markierungen (3b) und den zweiten Markierungen (3c) gegenüberliegenden Detektionseinrichtungen (C, D und E, F) ausgegeben werden, und den Detektionssignalen, die jeweils von der anderen (D, F) der beiden Detektionseinrichtungen (C, D und E, F) ausgegeben werden, den Phasenwinkelbereich der von jeder der weiteren Detektionseinrichtungen (D, F) ausgegebenen Detektionssignale bestimmt, eine Speichereinrichtung (10) zum Speichern der Beziehung zwischen dem im voraus gemessenen Detektionssignal und dem Phasenwinkel, und eine Recheneinrichtung, die auf der Basis des von der Bestimmungseinrichtung (10) bestimmten Bereichs der Phasenwinkel und durch Bezugnahme auf die Speichereinrichtung (10) den Phasenwinkel jedes der Detektionssignale errechnet, die von jeder der anderen Detektionseinrichtungen (D, F) ausgegeben werden, wodurch der Drehwinkel des Rotors (12b oder 12c) auf der Basis des errechneten Phasenwinkels detektiert wird.
  2. Drehwinkel-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12b oder 12c) ein Zahnkranz ist, der als erste Markierungen (3b) und zweite Markierungen (3c) Zähne aus Magnetmaterial aufweist, die mit regelmäßigen Intervallen an der Umfangsfläche des Rotors (12b oder 12c) angeordnet sind.
  3. Drehwinkel-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtungen (C, D und E, F) magnetometrische Sensoren aufweisen, bei denen sich die elektrische Charakteristik unter dem Einfluss des Magnetfeldes verändert.
  4. Drehmoment-Detektionsvorrichtung (4) mit Rotoren (12a, 12b, 12c), die koaxial an einer ersten Welle (6) und einer zweiten Welle (7), die über eine Verbindungswelle (9) miteinander verbunden sind, angeordnet sind, einem oder mehreren Markierungen (3a, 3b, 3c), die an den Rotoren (12a, 12b, 12c) angeordnet sind, und zwei jeweils den Markierungen (3a, 3b, 3c) gegenüberliegend angeordneten Detektionseinrichtungen (A, B und C, D und E, F) zum Ausgeben von Detektionssignalen mit sich voneinander unterscheidenden Phasen entsprechend jeder Position der Markierungen (3a, 3b, 3c), während sich die Rotoren (12a, 12b, 12c) drehen; wodurch das Drehmoment der ersten Welle (6) oder der zweiten Welle (7) auf der Basis jedes der Detektionssignale, die von den Detektionseinrichtungen (A, B und C, D und E, F) ausgegeben werden, detektiert wird, gekennzeichnet durch eine Bestimmungseinrichtung (10), die auf der Basis des Größenverhältnisses zwischen den Detektionssignalen, die jeweils von der einen (A, C, E) der jeweiligen beiden den Markierungen (3a, 3b, 3c) gegenüberliegenden Detektionseinrichtungen (A, B und C, D und E, F) ausgegeben werden, und den Detektionssignalen, die von der anderen (B, D, F) der beiden Detektionseinrichtungen (A, B und C, D und E, F) ausgegeben werden, den Phasenwinkelbereich der von jeder der weiteren Detektionseinrichtungen (B, D, F) ausgegebenen Detektionssignale bestimmt, eine Speichereinrichtung (10) zum Speichern der Beziehung zwischen dem im voraus gemessenen Detektionssignal und dem Phasenwinkel, und eine Recheneinrichtung (10), die auf der Basis des von der Bestimmungseinrichtung (10) bestimmten Bereichs des Phasenwinkels und durch Bezugnahme auf die Speichereinrichtung (10) den Phasenwinkel jedes der Detektionssignale errechnet, die von jeder der weiteren Detektionseinrichtungen (B, D, F) ausgegeben werden, wodurch das auf die erste Welle (6) oder die zweite Welle (7) aufgebrachte Drehmoment auf der Basis des errechneten Phasenwinkels detektiert wird.
  5. Drehmoment-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (12a, 12b, 12c) Zahnkränze sind, die als Markierungen (3a, 3b, 3c) Zähne aus Magnetmaterial aufweisen, welche mit regelmäßigen Intervallen an den Umfangsflächen der Rotoren (12a, 12b, 12c) angeordnet sind.
  6. Drehmoment-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtungen (A, B und C, D und E, F) magnetometrische Sensoren aufweisen, bei denen ein Element mit einer derartigen Eigenschaft verwendet wird, dass sich die elektrische Charakteristik unter dem Einfluss des Magnetfeldes verändert.
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