DE60028153T2

DE60028153T2 - Drehwinkelsensor

Info

Publication number: DE60028153T2
Application number: DE60028153T
Authority: DE
Inventors: c/o ALPS ELECTRIC CO. Toshiyuki Hoshi; c/o ALPS ELECTRIC CO. Hironori Kato; c/o ALPS ELECTRIC CO. Yoshio Sanpei; c/o Alps Electric Co. Hirofumi Okumura
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: DE60028153D1; EP1093993A2; EP1093993A3; JP2001114116A; US6424147B1; EP1093993B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehwinkel-Detektionsvorrichtung und betrifft im Spezielleren eine Drehwinkel-Detektionsvorrichtung, die mit einem Rotor, wie z.B. einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs, verbunden ist und in der Lage ist, zwei Winkeldetektionssignale mit einer Phasendifferenz von 90° entsprechend dem Drehwinkel und der Drehrichtung eines Lenkrads zu erzeugen, und die ferner in der Lage ist, den Drehwinkel des Rotors durch Ermitteln des Kotangenswinkels der beiden erzielten Winkeldetektionssignale korrekt zu detektieren, wie diese im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist und durch die US 5,239,490 offenbart ist.
Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
Im Allgemeinen ist eine Drehwinkel-Detektionsvorrichtung, bei der es sich um eine zum Detektieren des Drehwinkels eines Rotors verwendete Vorrichtung handelt, zumindest ausgestattet mit einer Drehwinkel-Detektionseinheit zum Detektieren des Drehwinkels eines Rotors, mit einer Steuereinheit zum Steuern des Betriebs der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung, sowie mit einer Steuerung zum Steuern eines gesteuerten Mechanismus. Bei Verwendung einer Drehwinkel-Detektionsvorrichtung zum Detektieren des Drehwinkels einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs ist die Drehwinkel-Detektionsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug angebracht, und eine Drehwinkel-Detektionseinheit ist mit einer Lenkwelle des Kraftfahrzeugs gekoppelt. In diesem Fall werden verschiedene Arten von Rotationssensoren für eine Drehwinkel-Detektionseinheit in einer Drehwinkel-Detektionsvorrichtung verwendet, die in einem Kraftfahrzeug angebracht ist, wobei ein im Folgenden beschriebener Rotationssensor als einer dieser verschiedenen Typen von Rotationssensoren vorgeschlagen worden ist.
Der vorstehend erwähnte, vorgeschlagene Rotationssensor besitzt eine Drehwinkel-Detektionseinheit, die mit einem Basiselement versehen ist, sowie eine in Bezug auf das Basiselement drehbar angeordnete Rotoreinheit, wobei die Rotoreinheit mit einem Rotor gekoppelt ist, wobei es sich in diesem Fall um eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs handelt. Ferner beinhaltet die Drehwinkel-Detektionseinheit einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten, die an dem Basiselement angeordnet sind, ein erstes Hallelement und ein zweites Hallelement, die an der Rotoreinheit mit einer Beabstandung von ca. 90° in der dem ersten Magneten gegenüberliegenden Position angeordnet sind, sowie ein drittes Hallelement, das an der dem zweiten Magneten gegenüberliegenden Position angeordnet ist. Wenn der Rotor, d.h. die Rotoreinheit, rotationsmäßig bewegt wird, werden ein sinuswellenartiges erstes Winkeldetektionssignal und zweites Winkeldetektionssignal erzeugt, die eine konstante maximale Amplitude, die gleiche Dauer sowie eine Phasendifferenz von 1/4 Wellenlänge aufweisen, und ein drittes Winkeldetektionssignal, das eine Dauer des gesamten Rotationsbereichs der Rotoreinheit hat und das linear zunimmt, wird gleichzeitig von dem dritten Hallelement erzeugt.
Das erzeugte erste Winkeldetektionssignal, das zweite Winkeldetektionssignal und das dritte Winkeldetektionssignal werden der Steuereinheit zugeführt. Die Steuereinheit detektiert den groben Drehwinkel und die Drehrichtung in Bezug auf die neutrale Stellung des Lenkrads (Lenkwelle) auf der Basis des zugeführten dritten Winkeldetektionssignals. Die Steuereinheit detektiert den feinen Drehwinkel in Bezug auf die neutrale Stellung des Lenkrads auf der Basis des zugeführten ersten und zweiten Winkeldetektionssignals. Die Steuereinheit liefert dann den Drehwinkel und die Drehrichtung in Bezug auf die neutrale Stellung des Lenkrads an die Steuerung in Form von Winkeldetektionsinformation. Die Steuerung nimmt eine Feinsteuerung der Aufhängung und der Automatikgetriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs auf der Basis der zugeführten Winkeldetektionsinformation vor.
In der vorliegenden Anmeldung zeigt 3 ein Kennliniendiagramm zum Erläutern der Beziehung zwischen dem von dem Rotationssensor erzeugten Drehwinkel des Lenkrads und den jeweiligen Detektionssignal-Spannungswerten des ersten, des zweiten und des dritten Winkeldetektionssignals bei der Drehwinkel- Detektionsvorrichtung, bei der der vorstehend genannte, vorgeschlagene Rotationssensor verwendet wird.
In 3 bezeichnet das Bezugszeichen 16 das erste Winkeldetektionssignal, das Bezugszeichen 17 bezeichnet das zweite Winkeldetektionssignal, und das Bezugszeichen 18 bezeichnet das dritte Winkeldetektionssignal. Diese drei Signale stellen die Änderung des jeweiligen Detektionssignal-Spannungswerts des ersten, zweiten und dritten Winkeldetektionssignals 16, 17 und 18 für den gesamten Drehwinkelbereich (±720° in Bezug auf die neutrale Stellung) des Lenkrads dar.
In dem vorliegenden Fall handelt es sich bei dem ersten Winkeldetektionssignal 16 und dem zweiten Winkeldetektionssignal 17 um die gleichen sinuswellenartigen Signale mit der gleichen maximalen Amplitude und der gleichen Dauer sowie einer Phasendifferenz von 1/4 Wellenlänge. Der Wert der Maximalspannung beträgt 4,5 V und der Wert der Mindestspannung beträgt 0,5 V für beide Signale. Das erste Winkeldetektionssignal 16 hat den Mindestwert (Spannungswert von 0,5 V) bei den Drehwinkeln von –22,5° und +67,5° in Bezug auf die neutrale Stellung sowie bei den Drehwinkeln der sukzessiven Subtraktion von –90° von den –22,5° sowie bei den Rotationswinkeln der sukzessiven Addition von +90° zu den 67,5°. Das zweite Winkeldetektionssignal 17 hat den Mindestwert (Spannungswert von 0,5 V) bei dem Drehwinkel in der neutralen Stellung von 0°, bei den Drehwinkeln der sukzessiven Subtraktion von –90° von den 0° sowie bei den Drehwinkeln der sukzessiven Addition von +90° zu den 0°. Andererseits steigt das dritte Detektionssignal 18 von dem Drehwinkel von –720° zu dem Drehwinkel von +720° linear an und erreicht den Mindestwert (Spannungswert von 0,5 V) bei dem Drehwinkel von –720° sowie den Maximalwert (Spannungswert von 4,5 V) bei dem Drehwinkel von +720°.
10 zeigt eine Kennliniendarstellung eines vergrößerten Bereichs von dem Drehwinkel von –90° bis zu dem Drehwinkel von +90° der in 3 veranschaulichten Kennliniendarstellung.
In 10 bezeichnet das Bezugszeichen 16U einen in etwa linear ansteigenden Bereich (Flankenbereich) des ersten Winkeldetektionssignals 16, das Bezugszei chen 16D bezeichnet einen etwa linear abfallenden Bereich (Flankenbereich) des ersten Winkeldetektionssignals 16, das Bezugszeichen 17U bezeichnet einen etwa linear ansteigenden Bereich (Flankenbereich) des zweiten Winkeldetektionssignals 17, und das Bezugszeichen 17D bezeichnet einen etwa linear abfallenden Bereich (Flankenbereich) des zweiten Winkeldetektionssignals 17. In 10 sind Komponenten, die den in 3 dargestellten entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Detektion des Drehwinkels und der Drehrichtung des Lenkrads, wie diese mittels der bekannten Drehwinkel-Detektionsvorrichtung ausgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf die Kennliniendarstellung der 10 erläutert.
Wenn die Steuereinheit die Drehrichtung in Bezug auf die neutrale Stellung (Drehwinkel von 0°) des Lenkrads detektiert, verwendet die Steuereinheit zuerst den Spannungswert des zugeführten dritten Winkeldetektionssignals 18. Genauer gesagt wird dann, wenn der Spannungswert des dritten Winkeldetektionssignals 18 größer ist als 2,5 V, von der Steuereinheit festgestellt, dass es sich bei der Drehrichtung des Lenkrads um die eine Richtung (positive Drehwinkelrichtung) in Bezug auf die neutrale Stellung handelt, während dann, wenn der Spannungswert des dritten Winkeldetektionssignals 18 kleiner ist als 2,5 V, von der Steuereinheit detektiert wird, dass es sich bei der Drehrichtung des Lenkrads um die andere Richtung (negative Drehwinkelrichtung) in Bezug auf die neutrale Stellung handelt.
Als Nächstes teilt die Steuereinheit den gesamten Drehwinkelbereich von ±720° des Lenkrads in Drehwinkelabschnitte N – 1, N, N + 1, ..., wobei diese Abschnitte jeder einzelnen Wellenlänge des ersten Winkeldetektionssignals 16 und des zweiten Winkeldetektionssignals 17 entsprechen, wie dies in 10 gezeigt ist; die Steuereinheit detektiert somit in Abhängigkeit von dem Spannungswert des zugeführten dritten Winkeldetektionssignals 18 den groben Drehwinkel, der darstellt, welcher Drehwinkelabschnitt dem Drehwinkel des Lenkrads entspricht. Wenn z.B. die Steuereinheit 2,8 V als Spannungswert des dritten Winkeldetektionssignals 18 detektiert, detektiert die Steuereinheit den Winkelabschnitt N als denjenigen Winkelabschnitt, der diesem Spannungswert entspricht.
Als Nächstes bestimmt die Steuereinheit den ersten Spannungswert V₁ und den zweiten Spannungswert V₂, wenn der Spannungswert des ersten Winkeldetektionssignals 16 mit dem Spannungswert des zweiten Winkeldetektionssignals 17 in dem detektierten Winkelabschnitt N übereinstimmt. Die Steuereinheit spezifiziert dann das erste (zweite) Winkeldetektionssignal 16 (17), das sich außerhalb des Bereichs des ersten Spannungswerts V₁ und des zweiten Spannungswerts V₂ befindet, und spezifiziert ferner das erste (zweite) Winkeldetektionssignal 16 (17), das sich innerhalb des Bereichs des ersten Spannungswerts V₁ und des zweiten Spannungswerts V₂ befindet, und zwar unter Verwendung des festgestellten ersten Spannungswerts V₁ und des festgestellten zweiten Spannungswerts V₂.
Anschließend stellt die Steuereinheit fest, ob es sich bei dem innerhalb des Bereichs des ersten Spannungswerts V₁ und des zweiten Spannungswerts V₂ liegenden Winkeldetektionssignal 16 (17) um das erste Winkeldetektionssignal 16 oder das zweite Winkeldetektionssignal 17 handelt. Gleichzeitig stellt die Steuereinheit fest, ob das außerhalb des Bereichs des ersten Spannungswerts V₁ und des zweiten Spannungswerts V₂ liegende erste (zweite) Winkeldetektionssignal 16 (17) kleiner ist als der erste Spannungswert V₁ oder größer ist als der zweite Spannungswert V₂, und sie stellt ferner fest, in welchem geteilten Winkelabschnitt von dem ersten geteilten Winkelabschnitt H1, dem zweiten geteilten Winkelabschnitt H2, dem dritten geteilten Winkelabschnitt H3 und dem vierten geteilten Winkelabschnitt H4, die durch Teilen von einem Winkelabschnitt N in vier Unterabschnitte gebildet worden sind, sich das erste (zweite) Winkeldetektionssignal 16 (17) befindet, das innerhalb des Bereichs des ersten Spannungswerts V₁ und des zweiten Spannungswerts V₂ liegt.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, wird aufgrund der Feststellung, in welchem geteilten Winkelabschnitt von den Abschnitten H1 bis H4 in einem Winkelabschnitt N sich das erste (zweite) Winkeldetektionssignal 16 (17) befindet, von der Steuereinheit der feine bzw. genaue Drehwinkel des Lenkrads detektiert.
Da bei der herkömmlichen Drehwinkel-Detektionsvorrichtung die linearen Flankenbereiche 16U, 16D, 17U und 17D an dem ersten Winkelabschnitt H1 bis zu dem vierten Winkelabschnitt H4 des ersten und des zweiten Winkeldetektionssignals 16 und 17 zum Detektieren des genauen Drehwinkels des Lenkrads verwendet werden, endet der detektierte Wert an dem Umschaltpunkt zwischen dem vorangehenden linearen Flankenbereich (z.B. 16U) und dem nachfolgenden linearen Bereich (z.B. 17U), wenn der detektierte feine bzw. genaue Drehwinkel von dem einen Winkelabschnitt (z.B. dem ersten Winkelabschnitt H1) auf den nächsten Winkelabschnitt (z.B. den zweiten Winkelabschnitt H2) umgeschaltet wird.
Wenn in diesem Fall kein Drehwinkel-Detektionsfehler in dem vorangehenden linearen Flankenbereich 16U und dem nachfolgenden linearen Flankenbereich 17U vorhanden ist, dann liegt auch kein Fehler in dem Drehwinkel-Detektionswert vor, der unter Verwendung des vorangehenden linearen Flankenbereichs 16U und des nachfolgenden linearen Flankenbereichs 17U ermittelt wurde.
Da jedoch der lineare Flankenbereich üblicherweise einen gewissen Drehwinkel-Detektionsfehler beinhaltet, mag dieser auch noch so gering sein, kommt es zu einer vorübergehenden Schwankung des Drehwinkel-Detektionswerts in Abhängigkeit von der Fehlerrichtung des Drehwinkel-Detektionsfehlers, wenn der vorangehende lineare Flankenbereich 16U auf den nachfolgenden linearen Flankenbereich 17U umgeschaltet wird.
Von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Detektieren des feinen Drehwinkels eines Lenkrads unter Verwendung des durchschnittlichen Amplitudenwerts vorgeschlagen worden, um einen solchen Drehwinkel-Detektionswertfehler zu reduzieren, der in Verbindung mit der herkömmlichen Drehwinkel-Detektionsvorrichtung auftritt. Wenn bei diesem Verfahren die Steuereinheit den feinen Drehwinkel unter Verwendung des ersten Winkeldetektionssignals 16 und des zweiten Winkeldetektionssignals 17 detektiert, die von der Drehwinkel-Detektionseinheit erzeugt werden, wird die erste Region, die sich in dem Bereich von 1/6 Periode um das Zentrum zu dem Zeitpunkt befindet, zu dem das erste (zweite) Winkeldetektionssignal 16 (17) den Mittelwert aus dem Maximalwert und dem Mindestwert passiert (wobei es sich in diesem Fall um den Wert handelt, den man erhält durch Subtrahieren des Mittelwerts aus dem Maximalwert und dem Mindestwert von dem ersten (zweiten) Winkeldetektionssignal 16 (17)) als Amplitude definiert, und ferner werden die zweite Region, die sich in dem Bereich von 1/12 Periode des ersten (zweiten) Winkeldetektionssi gnals 16 (17) außerhalb der ersten Region befindet, sowie die dritte Region definiert, die sich in dem Bereich von 1/12 Periode des ersten (zweiten) Winkeldetektionssignals 16 (17) außerhalb von der zweiten Region befindet. Zum Detektieren des feinen Drehwinkels des Lenkrads wird nur die Amplitude des ersten (zweiten) Winkeldetektionssignals 16 (17) verwendet, wenn sich das erste (zweite) Winkeldetektionssignal 16 (17) in der ersten Region befindet, während die Amplitude, die man durch Mitteln der Amplitude des ersten (zweiten) Winkeldetektionssignals 16 (17) und der Amplitude des zweiten (ersten) Winkeldetektionssignals 17 (16) in dem Verhältnis von 7:3 erhält, verwendet wird, wenn sich das erste (zweite) Winkeldetektionssignal 16 (17) in der zweiten Region befindet und die Amplitude, die man durch Mitteln der Amplitude des ersten (zweiten) Winkeldetektionssignals 16 (17) und der Amplitude des zweiten (ersten) Winkeldetektionssignals 17 (16) in dem Verhältnis 5:5 erhält, verwendet wird, wenn sich das erste (zweite) Winkeldetektionssignal 16 (17) in der dritten Region befindet.
Bei der in dem neuen Vorschlag beschriebenen Drehwinkel-Detektionsvorrichtung beinhalten zwar die linearen Flankenbereiche 16U und 16D des ersten Winkeldetektionssignals 16 sowie die linearen Flankenbereiche 17U und 17D des zweiten Winkeldetektionssignals 17 einen geringfügigen Drehwinkel-Detektionsfehler, jedoch kann der Drehwinkel unter Verwendung der gemittelten Amplitudenwerte mit einem geringeren Einfluss des Drehwinkel-Detektionsfehlers detektiert werden.
Bei der in dem neuen Vorschlag beschriebenen Drehwinkel-Detektionsvorrichtung beinhalten zwar die linearen Flankenbereiche 16U und 16D des ersten Winkeldetektionssignals 16 und/oder die linearen Flankenbereiche 17U und 17D des zweiten Winkeldetektionssignals 17 einen geringfügigen Drehwinkel-Detektionsfehler, jedoch wird der Einfluss des Drehwinkel-Detektionsfehlers vermindert und der Drehwinkel mit hoher Genauigkeit detektiert, da der feine bzw. genaue Drehwinkel eines Lenkrads unter Verwendung der gemittelten Amplitude detektiert wird, die man durch Mitteln der Amplitude des ersten Winkeldetektionssignals 16 und der Amplitude des zweiten Winkeldetektionssignals 17 in dem vorbestimmten Verhältnis in der Nähe des Umschaltbereichs erhält, wenn der lineare Flankenbereich des ersten (zweiten) Winkeldetektionssignals 16 (17) auf den linearen Flankenbereich des zweiten (ersten) Winkeldetektionssignals 17 (16) umgeschaltet wird.
Bei der in dem neuen Vorschlag beschriebenen Drehwinkel-Detektionsvorrichtung wird der Drehwinkel zwar unter Verwendung der gemittelten Amplitude detektiert, die man durch Mitteln der Amplitude des ersten Winkeldetektionssignals 16 und der Amplitude des zweiten Winkeldetektionssignals 17 in dem vorbestimmten Verhältnis erhält, da jedoch die linearen Flankenbereiche 16U und 16D des ersten Winkeldetektionssignals 16 sowie die linearen Flankenbereiche 17U und 17D des zweiten Winkeldetektionssignals 17 gemeinsam mit der Amplitude von anderen Bereichen verwendet werden, ist es schwierig, den Rotationswinkel mit größerer Genauigkeit zu detektieren, und es besteht immer noch der Wunsch zur Entwicklung einer Winkel-Detektionsvorrichtung, die in der Lage ist, den Drehwinkel mit höherer Genauigkeit zu detektieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht des vorstehend beschriebenen technischen Hintergrunds erfolgt, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Drehwinkel-Detektionsvorrichtung, die in der Lage ist, den Drehwinkel mit höherer Genauigkeit zu detektieren, indem der Drehwinkel unter Verwendung des Arkustangenswinkels des kontinuierlichen Amplitudenverhältnisses des ersten und des zweiten Winkeldetektionssignals detektiert wird.
Zum Erreichen des vorstehend genannten Ziels weist eine Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes auf: Einen Rotor, der mit einem Drehkörper verbunden ist, eine Drehwinkel-Detektionseinheit zum Erzeugen des ersten Winkeldetektionssignals und des zweiten Winkeldetektionssignals mit Sinuswellenform mit konstanter maximaler Amplitude und der gleichen Periode sowie mit einer Phasendifferenz von ca. 1/4 Wellenlänge zusammen mit der Rotationsbewegung des Rotors, eine Speichereinheit zum Speichern des ersten Winkeldetektionssignals und des zweiten Winkeldetektionssignals, sowie eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit die Amplitude des ersten Winkeldetektionssignals und des zweiten Winkeldetektionssignals konti nuierlich detektiert, den detektierten Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals und den detektierten Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals vergleicht, den Arkustangenswinkel des Quotientenwerts, den man durch Dividieren des kleineren Amplituden-Absolutwerts durch den größeren Amplituden-Absolutwert erhält, bestimmt, um den grundlegenden Drehwinkel des Drehkörpers zu berechnen, eine Mehrzahl von Winkelverarbeitungsfällen auf der Basis des Amplitudenwerts des ersten Winkeldetektionssignals und/oder des Amplitudenwerts des zweiten Winkeldetektionssignals vorgibt, die in der vorstehend beschriebenen Weise berechnet worden sind, sowie den detektierten grundlegenden Drehwinkel in Abhängigkeit von der vorbestimmten Umwandlungsgleichung für jeden der Mehrzahl von in der vorstehend beschriebenen Weise vorgegebenen Winkelverarbeitungsfällen in den anderen Winkelwert umwandelt, wobei auf diese Weise der Drehwinkel des sich drehenden Körpers bzw. Drehkörpers detektiert wird.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konstruktion, ist es möglich, die kontinuierliche Signalamplitude des ersten Winkeldetektionssignals und des zweiten Winkeldetektionssignals zu verwenden und den Drehwinkel zu detektieren, der kaum durch einen Drehwinkel-Detektionsfehler beeinträchtigt ist, und ferner ist es möglich, den Drehwinkel, mit hoher Genauigkeit zu detektieren, da der erzielte Drehwinkelwert in den korrigierten Winkelwert umgewandelt wird, der für die Winkelverarbeitung für jeden der Winkelverarbeitungsfälle geeignet ist.
Bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung hat die Drehwinkel-Detektionseinheit zwei magnetische Sensoren, die einem Magneten zugewandt gegenüberliegen, und die beiden magnetischen Sensoren erzeugen das erste Winkeldetektionssignal bzw. das zweite Winkeldetektionssignal zusammen mit der Rotationsbewegung des Rotors.
Obwohl der Ausgang des ersten Winkeldetektionssignals und des zweiten Winkeldetektionssignals aufgrund von Beeinträchtigung der magnetischen Sensoren vermindert wird, unterliegen die beiden magnetischen Sensoren in ähnlicher Weise Beeinträchtigungen, und der Einfluss der Beeinträchtigung verlagert sich, und als Ergebnis hiervon wird der Arkustangenswinkel aufgrund der vorstehend beschriebenen Konstruktion kaum beeinträchtigt.
Bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der detektierte grundlegende Drehwinkel vorzugsweise unter Verwendung eines Korrekturwerts korrigiert, der von dem Befestigungspositions-Fehlerwert der beiden magnetischen Sensoren abhängig ist.
Da der Winkelfehler aufgrund des Befestigungspositions-Fehlers der beiden magnetischen Sensoren aus dem Winkelwert eliminiert ist, der in Abhängigkeit von der für jeden einer Mehrzahl von Winkelverarbeitungsfällen vorgegebenen, vorbestimmten Umwandlungsgleichung umgewandelt worden ist, wird die Sinuswellen-Fehlersequenz mit einer Periode entsprechend dem in dem grundlegenden Drehwinkel enthaltenen Befestigungspositions-Fehler der beiden magnetischen Sensoren in signifikanter Weise reduziert. Als Ergebnis hiervon wird es möglich, den Drehwinkel mit höherer Genauigkeit zu detektieren.
Weiterhin ist bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Winkelverarbeitungsfall vorzugsweise in Abhängigkeit von der Polarität, d.h. der positiven Polarität oder der negativen Polarität, jeder Amplitude sowie in Abhängigkeit von der Größe des Amplituden-Absolutwerts der Amplitude in dem Fall vorgegeben, in dem das erste Winkeldetektionssignal und das zweite Winkeldetektionssignal beide verwendet werden.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konstruktion wird der Drehwinkel mit hoher Genauigkeit detektiert.
Ferner ist es bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass der vorgegebene Winkelverarbeitungsfall folgendermaßen gewählt wird:
Der Arkustangenswinkel wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals gleich oder größer ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals gleich oder kleiner ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals kleiner ist als Null;
der durch Subtrahieren des Arkustangenswinkels von 180° erzielte Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektions signals gleich oder größer ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals gleich oder kleiner ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals gleich oder größer ist als Null;
der durch Addieren des Arkustangenswinkels zu 90° erzielte Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals gleich oder größer ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals größer ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals gleich oder größer ist als Null;
der durch Subtrahieren des Arkustangenswinkels von 90° erzielte Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals gleich oder größer ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals größer ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals kleiner ist als Null;
der durch Subtrahieren des Arkustangenswinkels von 270° erzielte Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals kleiner ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals gleich oder größer ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals gleich oder größer ist als Null;
der durch Addieren des Arkustangenswinkels zu 270° erzielte Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals kleiner ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals gleich oder größer ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals kleiner ist als Null;
der durch Addieren des Arkustangenswinkels zu 180° erzielte Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals kleiner ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals kleiner ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals gleich oder größer ist als Null; und
der durch Subtrahieren des Arkustangenswinkels von 360° erzielte Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals kleiner ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals kleiner ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals kleiner ist als Null.
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Ausführung wird der Drehfehler in zuverlässiger Weise mit hoher Genauigkeit unabhängig von der Größe des Drehwinkels detektiert.
Bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Drehkörper in weiter bevorzugter Weise um eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs, und bei dem Drehwinkelsignal, das aus dem ersten Winkeldetektionssignal und dem zweiten Winkeldetektionssignal berechnet wird, handelt es sich um ein Lenkwinkelsignal der Lenkwelle.
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Konstruktion lässt sich der Drehwinkel einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs mit hoher Genauigkeit detektieren.
Bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Lenkwinkel-Detektionssignal vorzugsweise über eine in dem Kraftfahrzeug angebrachte, lokale Netzwerk-Busleitung bzw. LAN-Busleitung einer Steuerung zugeführt.
Auf diese Weise werden die Aufhängung und der Automatikgetriebemechanismus auf der Basis des Drehwinkels der Lenkwelle des Kraftfahrzeugs in korrekter Weise gesteuert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine fragmentarische schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels einer Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2A und 2B Schnittdarstellungen zur Erläuterung einer exemplarischen detaillierten Konstruktion eines Rotationssensors, der als Drehwinkel-Detektionseinheit dient, in der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß 1;
3 eine Kennliniendarstellung zur Erläuterung der Relation zwischen dem Drehwinkel eines Lenkrads und den jeweiligen Detektionssignal-Spannungswerten des ersten, zweiten und dritten Winkeldetektionssignals, die von der Drehwinkel-Detektionseinheit in der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß 1 erzeugt werden;
4 ein Flussdiagramm zum Beschreiben des Betriebsablaufs, den die Steuereinheit beim Detektieren des feinen Drehwinkels bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ausführt;
5 eine Darstellung zur Erläuterung, welchem Drehwinkelbereich der kreisförmigen Graphik und der Signalwellenform die Amplitude des ersten Winkeldetektionssignals und des zweiten Winkeldetektionssignals entspricht, die in den jeweiligen Winkelverarbeitungsfällen 1 bis 4 gemäß 4 beschrieben sind;
6 eine Darstellung zur Erläuterung, welchem Drehwinkelbereich der kreisförmigen Graphik und der Signalwellenform die Amplitude des ersten Winkeldetektionssignals und des zweiten Winkeldetektionssignals entspricht, die in den jeweiligen Winkelverarbeitungsfällen 5 bis 8 gemäß 4 beschrieben sind;
7 eine Kennliniendarstellung zur Erläuterung einer exemplarischen Winkelfehler-Generierung des Drehwinkelwerts, der mittels der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels detektiert wird, in dem Drehwinkelbereich von 0° bis 360°;
8 eine Kennliniendarstellung zur Erläuterung des Drehwinkelfehlers der Winkelfehlersequenz β₁ und des Werts β₁ – β₂, den man durch Subtrahieren des Korrekturwerts von der Winkelfehlersequenz erhält, und zwar in dem Fall, dass die gemessene Abweichung α +4° beträgt, bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
9 eine Kennliniendarstellung zur Erläuterung des Drehwinkelfehlers der Winkelfehlersequenz β₁ und des Werts β₁ – β₂, den man durch Subtrahieren des Korrekturwerts von der Winkelfehlersequenz erhält, und zwar in dem Fall, dass die gemessene Abweichung α –3° beträgt, bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
10 eine teilweise vergrößerte Darstellung der in 3 gezeigten Kennliniendarstellung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine fragmentarische Konstruktionsdarstellung, ausgenommen von einem Fall, zum Veranschaulichen des ersten Ausführungsbeispiels der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt ist, besitzt die Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Drehwinkel-Detektionseinheit 1, eine Steuereinheit 2, eine Speichereinheit 3, eine Steuerung 4 sowie einen ge steuerten Mechanismus 5 und eine lokale Netzwerk-Busleitung (LAN-Busleitung) 6. In dem vorliegenden Fall ist die Drehwinkel-Detektionseinheit 1 mit einer Lenkwelle (in der Zeichnung nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs gekoppelt, und bei dem gesteuerten Mechanismus 5 handelt es sich um einen Aufhängungsmechanismus und einen automatischen Getriebemechanismus oder dergleichen des Kraftfahrzeugs.
Die Drehwinkel-Detektionseinheit 1 ist mit der Steuereinheit 2 verbunden, die Steuereinheit 2 ist über die LAN-Busleitung 6 mit der Steuerung 4 verbunden, und die Speichereinheit 3 ist ebenfalls mit der Steuerung 2 verbunden.
Die 2A und 2B zeigen Schnittdarstellungen zum Erläutern einer exemplarischen detaillierten Konstruktion eines Rotationssensors, der als Drehwinkel-Detektionseinheit 1 dient, wobei 2A eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht zeigt und 2B eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 2A zeigt.
Wie in den 2A und 2B gezeigt ist, besitzt der Rotationssensor ein Gehäuse 7, einen Rotor bzw. Drehkörper 8, eine Drehwelle 9, ein Lager 10, ein Schraubenrad 11, ein Gleitstück 12, den ersten Magneten 13₁ , den zweiten Magneten 13₂ , das erste Hallelement 14₁ , das zweite Hallelement 14₂ , das dritte Hallelement 14₃ sowie eine Schaltungsplatte 15.
Das kastenförmige Gehäuse 7 umfasst ein Gehäuseteil 7A und eine Abdeckung 7B, wobei die Abdeckung 7B die Öffnung des Gehäuseteils 7A bedeckt und damit den Gehäusekasten 7 bildet. Eine ringförmige Rippe 7C ist an dem Boden des Gehäuseteils 7A ausgebildet, und eine weitere ringförmige Rippe 7D ist an der Innenfläche der Abdeckung 7B ausgebildet. Der Rotor 8, der trommelförmig ausgebildet ist, ist derart an der Lenkwelle angebracht, dass die Lenkwelle (in der Zeichnung nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs in das Zentrum der Öffnung eingesetzt ist, wobei eine Erhebung 8A mit schmaler Breite in der Mitte der Breite des Außenumfangs gebildet ist und ein großes Schraubenrad 8B auf dem gesamten Umfang der Erhebung 8A gebildet ist. Die beiden äußeren Randbereiche des Rotors 8 befinden sich in Eingriff mit der Innenseite der ringförmigen Vorsprünge 7C und 7D, wenn das Kastengehäuse 7 gebildet ist, wobei der Rotor in dem Kastengehäuse 7 drehbar gelagert ist, so dass die Erhebung 8A mit geringer Breite aus dem Raum zwischen den ringförmigen Vorsprüngen 7C und 7D heraus nach außen ragt. Das eine Ende der Drehwelle 9 ist unter Zwischenanordnung des Lagers 10 an dem Gehäuseteil 7A angebracht, und das andere Ende ist unter Zwischenanordnung der welligen Unterlegscheibe 10A an dem Gehäuseteil 7A angebracht, wobei eine Schraubennut an dem Außenumfang von demjenigen Bereich gebildet ist, mit dem das Gleitstück 12 in Eingriff gebracht werden soll, wie dies im Folgenden noch beschrieben wird. Das kleine Schraubenrad 11 ist auf die Drehwelle 9 gepasst und kämmt mit dem großen Schraubenrad 8B. Ein zylindrischer Magnethalter 11A ist mit dem kleinen Schraubenrad 11 verbunden, und der zylindrische erste Magnet 13₁ ist um den Magnethalter 11A herum gepasst. In dem vorliegenden Fall weist der erste Magnet 13₁ Nordpole und Südpole in den in Umfangsrichtung weisenden Bereichen auf. Eine Schraubnut bzw. Gewindenut (in der Zeichnung nicht dargestellt) ist an dem Innenumfangsbereich des zylindrischen Gleitstücks 12 gebildet, in den die Drehwelle 9 einzupassen ist, und die Gewindenuten der beiden Komponenten befinden sich miteinander in Eingriff, wenn das Gleitstück 12 auf die Drehwelle 9 gepasst ist. Eine Vorsprungführung (in der Zeichnung nicht dargestellt), die in die Führungsnut des kastenförmigen Gehäuses 7 zu passen ist, ist an dem Außenumfang des Gleitstücks 12 vorgesehen, und der stabförmige zweite Magnet 13₂ ist in Achsenrichtung der Drehwelle 9 derart angebracht, dass sich das Gleitstück 12 nicht zusammen mit der Drehwelle 9 dreht, wenn die Rotationsbewegung der Drehwelle 9 stattfindet. In diesem Fall weist der erste Magnet 13₁ Nordpole und Südpole an den einander in Umfangsrichtung zugewandt gegenüberliegenden Bereichen auf, und der zweite Magnet 13₂ hat Nordpole an dem einen Ende und Südpole an dem anderen Ende. Das erste Hallelement 14₁ und das zweite Hallelement 14₂ sind derart angebracht, dass sie sich in der Nähe des zylindrischen ersten Magneten 13₁ befinden sowie in einem Winkel von 90° in Bezug auf das Wellenzentrum der Drehwelle 9 auf der Schaltungsplatte 15 angeordnet sind. Das dritte Hallelement 14₃ ist derart auf der Schaltungsplatte 15 angebracht, dass es sich in der Nähe des stabförmigen zweiten Magneten 13₂ befindet. Die beiden Enden der Schaltungsplatte 15 sind in dem Kastengehäuse 7 mittels eines Plattenhalters (in der Zeichnung nicht dargestellt) gehalten, wenn das Kastengehäuse 7 gebildet ist. In diesem Fall bilden das Kastengehäuse 7 und die Schaltungsplatte 15 das Basiselement, und der Rotor 8 und die Drehwelle 9 bilden den Gesamtrotor.
Weiterhin veranschaulicht 3 eine Kennliniendarstellung zur Erläuterung der Relation zwischen dem Drehwinkel des Lenkrads, der von der Drehwinkel-Detektionseinheit (Rotationssensor) 1 erzeugt wird, und dem jeweiligen Detektionssignal-Spannungswert des ersten, zweiten und dritten Winkeldetektionssignals 16 bis 18 bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Bei 3 handelt es sich um die gleiche Kennliniendarstellung für die Drehwinkel-Detektionsvorrichtung, die den in Bezug auf den Eingangs genannten Vorschlag beschriebenen Rotationssensor verwendet.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die schematische Konstruktionsdarstellung der 1, der 2A und der 2B sowie die Kennliniendarstellung gemäß 3 beschrieben.
Bei der Drehwinkel-Detektionseinheit 1 wird der Rotor 8, in den die Lenkwelle eingesetzt ist, rotationsmäßig bewegt, wenn das Lenkrad des Kraftfahrzeugs gedreht wird und die mit dem Lenkrad gekoppelte Lenkwelle rotationsmäßig bewegt wird. Bei der Rotationsbewegung des Rotors 8 werden das kleine Schraubenrad 11, das mit dem großen Schraubenrad 8B des Rotors 8 in Eingriff steht, und die an dem kleinen Schraubenrad 11 angebrachte Drehwelle 9 gemeinsam gleichzeitig rotationsmäßig bewegt. Bei Rotation des kleinen Schraubenrads 11 werden auch der mit dem kleinen Schraubenrad 11 verbundene Magnethalter 11A sowie der an dem Magnethalter 11A angebrachte erste Magnet 13₁ gemeinsam und gleichzeitig rotationsmäßig bewegt. Wenn der erste Magnet 13₁ rotationsmäßig bewegt wird, ändern sich die Räume zwischen dem Nordpol und dem Südpol des ersten Magneten 13₁ und dem ersten Hallelement 14₁ sowie dem zweiten Hallelement 14₂ , die in der Nähe des ersten Magneten 13₁ angebracht sind, in periodischer Weise, und das erste Hallelement 14₁ sowie das zweite Hallelement 14₂ erzeugen das erste Winkeldetektionssignal 16 und das zweite Winkeldetektionssignal 17, die die gleiche maximale Amplitude und die gleiche Periode bzw. Dauer aufweisen und eine Phasendifferenz von 1/4 Wellenlänge besitzen, wie dies in 3 gezeigt ist. In dem vorliegenden Fall ist der Begriff "Amplitude" als der Wert definiert, den man durch Subtrahieren des Durchschnittswerts des Ausgangsspannungs-Maximalwerts und des Ausgangs spannungs-Mindestwerts des ersten (zweiten) Winkeldetektionssignals 16 (17) von dem Spannungswert des ersten (zweiten) Winkeldetektionssignals 16 (17) erhält. In gleicher Weise erfolgt bei Rotation der Drehwelle 9 eine Gleitbewegung des Gleitstücks 12, das die mit der Drehwelle 9 in Eingriff stehende Gewindenut aufweist, in Axialrichtung der Drehwelle 9, und der zweite Magnet 13₂ , der an dem Gleitstück 12 angebracht ist, wird in Axialrichtung der Drehwelle 9 verlagert. Der Raum zwischen dem Nordpol und dem Südpol des zweiten Magneten 13₂ und dem dritten Hallelement 14₃ verändert sich aufgrund der Gleitbewegung des zweiten Magneten 13₂ . Gleichzeitig erzeugt das dritte Hallelement 14₃ das dritte Winkeldetektionssignal 18, das bei der Veränderung des Drehwinkels des Lenkrads in einer Periode linear zunimmt, wie dies in 3 gezeigt ist. Das erste Winkeldetektionssignal 16, das zweite Winkeldetektionssignal 17 und das dritte Winkeldetektionssignal 18, die von der Drehwinkel-Detektionseinheit 1 erzeugt werden, werden der Steuereinheit 2 zugeführt.
Wie in 3 gezeigt ist, beträgt die Spannungsdifferenz zwischen dem Maximalwert und dem Mindestwert des ersten Winkeldetektionssignals 16 und dem zweiten Winkeldetektionssignal 17 bei dem ersten Ausführungsbeispiel 4,0 V, und eine Periode entspricht dem Drehwinkel von 90° des Lenkrads, wobei die Phasendifferenz 1/4 Wellenlänge beträgt und somit einem Drehwinkel von 22,5° des Lenkrads entspricht, und der Mindestwert sowie der Maximalwert des dritten Winkeldetektionssignals 18 betragen 0,5 V bzw. 4,5 V, wobei eine Periode einem Drehwinkel von 1440° des Lenkrads entspricht.
Da ein Lenkrad im Allgemeinen um etwa zwei Umdrehungen (Drehwinkelbereich von +720°) in der einen Richtung (nach rechts) ausgehend von der neutralen Stellung (Drehwinkel von 0°) sowie in etwa um zwei Umdrehungen (Drehwinkelbereich von –720°) in der anderen Richtung (nach links) ausgehend von der neutralen Stellung gedreht werden kann, benötigt der Drehwinkel des Lenkrads (Lenkwelle) der Drehwinkel-Detektionseinheit 1 einen Drehwinkelbereich von ±720° ausgehend von der neutralen Referenzstellung, d.h. einen Drehwinkelbereich von insgesamt 1440°.
Die Steuereinheit 2 überträgt das zugeführte erste Winkeldetektionssignal 16, das zugeführte zweite Winkeldetektionssignal 17 und das zugeführte dritte Win keldetektionssignal 18 zu der Speichereinheit 3, die Speichereinheit 3 überschreibt das bereits gespeicherte erste Winkeldetektionssignal 16, das bereits gespeicherte zweite Winkeldetektionssignal 17 sowie das bereits gespeicherte dritte Winkeldetektionssignal 18 mit dem neuen ersten Winkeldetektionssignal 16, dem neuen zweiten Winkeldetektionssignal 17 und dem neuen dritten Winkeldetektionssignal 18, und auf diese Weise wird der Speicherinhalt der Speichereinheit 3 aktualisiert.
Weiterhin detektiert die Steuereinheit 2 die Drehrichtung des Lenkrads, den groben bzw. ungefähren Drehwinkel sowie den feinen bzw. genauen Drehwinkel unter Verwendung des neuen ersten Winkeldetektionssignals 16, des neuen zweiten Winkeldetektionssignals 17 und des neuen dritten Winkeldetektionssignals 18. In diesem Fall werden die Drehrichtung des Lenkrads und der grobe Drehwinkel ausgehend von der neutralen Stellung (Drehwinkel von 0°) in der gleichen Weise detektiert, wie dies unter Verwendung des dritten Winkeldetektionssignals 18 bei der Steuereinheit der bereits beschriebenen, herkömmlichen Drehwinkel-Detektionsvorrichtung zum Detektieren der Drehrichtung des Lenkrads und des ungefähren Drehwinkels ausgehend von der neutralen Stellung erfolgt. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird somit auf eine Beschreibung des Detektionsvorgangs zum Detektieren der Drehrichtung des Lenkrads und des ungefähren Drehwinkels ausgehend von der neutralen Stellung, wie dies in der Steuereinheit 2 ausgeführt wird, verzichtet.
Dagegen wird die Detektion des feinen bzw. genauen Drehwinkels des Lenkrads unter Verwendung des ersten Winkeldetektionssignals 16 und des zweiten Winkeldetektionssignals 17, wie dies in der Steuereinheit 2 durchgeführt wird, gemäß der nachfolgend geschilderten Abfolge von Vorgängen durchgeführt.
4 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern der Abfolge von Vorgängen bei der Detektion des feinen Drehwinkels durch die Steuereinheit 2 bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Detektionsvorgang zum Detektieren des feinen Drehwinkels, der in der Steuereinheit 2 ausgeführt wird, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der 4 beschrieben.
In einem Schritt S1 empfängt die Steuereinheit 2 zuerst in kontinuierlicher Weise das erste Winkeldetektionssignal 16 und das zweite Winkeldetektionssignal 17 von der Drehwinkel-Detektionseinheit 1, und sie detektiert den Amplituden-Absolutwert |a| des empfangenen ersten Winkeldetektionssignals 16 sowie den Amplituden-Absolutwert |b| des empfangenen zweiten Winkeldetektionssignals 17.
In einem Schritt S2 stellt die Steuereinheit 2 als Nächstes fest, ob oder ob nicht |a| gleich oder größer ist als |b|, und zwar unter Verwendung der beiden detektierten Amplituden-Absolutwerte |a| und |b|. Wenn festgestellt wird, dass |a| gleich oder größer ist als |b| (J), dann fährt die Abfolge mit dem nächsten Schritt S3 fort, während bei der Feststellung, dass |a| kleiner ist als |b| (N), die Abfolge mit einem nachfolgenden Schritt S4 fortfährt.
In dem Schritt S3 berechnet die Steuereinheit 2 dann den grundlegenden Drehwinkel k unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung, die die beiden Amplituden-Absolutwerte |a| und |b| beinhaltet, nämlich tan^–1(|b|/|a|) × (180/π), und die Abfolge fährt dann mit dem nächsten Schritt S5 fort.
Ferner berechnet die Steuereinheit 2 in dem Schritt S4 den grundlegenden Drehwinkel k unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung, die die beiden Amplituden-Absolutwerte |a| und |b| beinhaltet, nämlich tan^–1(|a|/|b|) × (180/π), und die Abfolge fährt dann in ähnlicher Weise mit dem Schritt S5 fort.
In dem nachfolgenden Schritt S5 stellt die Steuereinheit 2 fest, ob die Amplitude a des ersten Winkeldetektionssignals 16 gleich oder größer als 0 ist, oder ob dies nicht der Fall ist. Wenn festgestellt wird, dass die Amplitude a gleich oder größer ist als 0 (J), fährt die Abfolge mit dem nächsten Schritt S6 fort, während dann, wenn festgestellt wird, dass die Amplitude a kleiner als 0 ist (N), die Abfolge mit einem weiteren Schritt S7 fortfährt.
In dem folgenden Schritt S6 stellt die Steuereinheit 2 unter Verwendung der beiden Amplituden-Absolutwerte |a| und |b| fest, ob |a| gleich oder kleiner ist als |b| oder ob dies nicht der Fall ist. Wenn festgestellt wird, dass |a| gleich oder kleiner ist als |b| (J), fährt die Abfolge mit dem nächsten Schritt S8 fort, während bei der Feststellung, dass in |a| größer ist als |b| (N), die Abfolge mit einem weiteren Schritt S9 fortfährt.
Außerdem stellt die Steuereinheit 2 in dem Schritt S7 unter Verwendung der beiden Amplituden-Absolutwerte |a| und |b| fest, ob |a| gleich oder größer ist als |b| oder ob dies nicht der Fall ist. Wenn festgestellt wird, dass |a| gleich oder größer ist als |b| (J), fährt die Abfolge mit dem nächsten Schritt S10 fort, während bei der Feststellung, dass |a| kleiner ist als |b| (N), die Abfolge mit einem weiteren Schritt S11 fortfährt.
Als Nächstes stellt die Steuereinheit 2 in dem Schritt S8 fest, ob die Amplitude b des zweiten Winkeldetektionssignals 17 kleiner ist als 0 oder nicht. Bei der Feststellung, dass die Amplitude b kleiner ist als 0 (J), fährt die Abfolge mit dem Winkelverarbeitungsfall 1 fort, während bei der Feststellung, dass die Amplitude b nicht kleiner ist als 0 (N), die Abfolge mit dem Winkelverarbeitungsfall 2 fortfährt.
In einem Schritt S9 bestimmt die Steuereinheit 2 dann, ob die Amplitude b des zweiten Winkeldetektionssignals 17 gleich oder größer ist als 0 oder ob dies nicht der Fall ist. Bei der Feststellung, dass die Amplitude b gleich oder größer ist als 0 (J), fährt die Abfolge mit dem Winkelverarbeitungsfall 3 fort, während bei der Feststellung, dass die Amplitude b kleiner ist als 0 (N) die Abfolge mit dem Winkelverarbeitungsfall 4 fortfährt.
In dem nachfolgenden Schritt S10 stellt die Steuereinheit 2 fest, ob die Amplitude b des zweiten Winkeldetektionssignals 17 gleich oder größer als 0 ist oder dies nicht der Fall ist. Bei der Feststellung, dass die Amplitude b gleich oder größer als 0 ist (J), fährt die Abfolge mit dem Winkelverarbeitungsfall 5 fort, während bei der Feststellung, dass die Amplitude b kleiner als 0 ist (N), die Abfolge mit dem Winkelverarbeitungsfall 6 fortfährt.
In dem nachfolgenden Schritt S11 stellt die Steuereinheit 2 fest, ob die Amplitude b des zweiten Winkeldetektionssignals 17 gleich oder größer als 0 ist oder nicht. Bei der Feststellung, dass die Amplitude b gleich oder größer ist als 0 (J), fährt die Abfolge mit dem Winkelverarbeitungsfall 7 fort, während bei der Fest stellung, dass die Amplitude b kleiner als 0 ist (N), die Abfolge mit dem Winkelverarbeitungsfall 8 fortfährt.
Der Grund dafür, dass |a| mit |b| verglichen wird, der kleinere Wert durch den größeren Wert dividiert wird, und der Arkustangens des Quotienten in der vorstehend beschriebenen Abfolge von Vorgängen berechnet wird, besteht darin, dass beim Dividieren des größeren Werts durch den kleineren Wert man den Divergenzwert oder in etwa den Divergenzwert erhält, und ein solches Resultat sollte verhindert werden. Mit anderen Worten ist in dem Fall, in dem man den Divergenten oder in etwa divergenten Arkustangens erhält, der Rechenfehler groß.
5 und 6 zeigen Ansichten zur Erläuterung, welchem Drehwinkelbereich der kreisförmigen Graphik und der Signalwellenform die Amplitude a des ersten Winkeldetektionssignals 16 und die Amplitude b des zweiten Winkeldetektionssignals 17 in den jeweiligen Winkelverarbeitungsfällen 1 bis 8 gemäß 4 entsprechen.
In den vorstehend genannten erläuternden Darstellungen zum Veranschaulichen der Signalwellenform stellt die Ordinate den Spannungswert (V) des Detektionssignals dar, während auf der Abszisse der Drehwinkel (in Grad) des Lenkrads aufgetragen ist.
In den kreisförmigen Graphiken der 5 und der 6 ist die Richtung des Drehwinkels im Uhrzeigersinn positiv gewählt, und zwar unter der Annahme, dass der Drehwinkel zu dem Zeitpunkt, zu dem die Amplitude a des ersten Winkeldetektionssignals 16 Null wird und die Amplitude b des zweiten Winkeldetektionssignals 17 den Mindestwert erreicht, als 0° angenommen wird. Bei den jeweiligen Signalwellenformen, die den kreisförmigen Graphiken entsprechen, sind der Drehwinkel zu dem Zeitpunkt, zu dem die Amplitude a des ersten Winkeldetektionssignals 16 Null wird und die Amplitude b des zweiten Winkeldetektionssignals 17 den Mindestwert annimmt, auf 0° eingestellt, und der Drehwinkel zu dem Zeitpunkt, zu dem die Amplitude a des ersten Winkeldetektionssignals 16 wieder Null wird und die Amplitude b des zweiten Winkeldetektionssignals 17 den Maximalwert annimmt, ist auf 180° eingestellt.
Wie in 5 in der ersten Reihe zu sehen ist, handelt es sich bei dem Winkelverarbeitungsfall 1 um einen Fall, in dem der Drehwinkel in einem Bereich von 0° bis 45° vorliegt, wobei die beiden Amplituden a und b die Bedingungen a > 0 und b < 0 erfüllen. Der Drehwinkel k in dem Fall 1 wird in Bezug auf 0° im Uhrzeigersinn gemessen. Daher ist es nicht notwendig, den grundlegenden Drehwinkel k, der in dem Drehwinkelbereich berechnet worden ist, in den anderen Winkelwert umzuwandeln, und der grundlegende Drehwinkel k wird als k = k, so wie er ist, detektiert.
Wie dann in der zweiten Reihe in 5 gezeigt ist, handelt es sich bei dem Winkelverarbeitungsfall 2 um einen Fall, in dem der Drehwinkel in einem Bereich von 135° bis 180° vorliegt, wobei die beiden Amplituden a und b die Bedingungen a > 0 und b > 0 erfüllen. Der Drehwinkel k in dem Fall 2 wird in Bezug auf bzw. ausgehend von 180° im Gegenuhrzeigersinn gemessen. Daher ist es notwendig, den grundlegenden Drehwinkel k, der in dem Drehwinkelbereich berechnet worden ist, in den anderen Winkelwert 180 – k umzuwandeln, und der grundlegende Drehwinkel k wird als k = 180 – k detektiert.
Wie in der dritten Reihe in 5 dargestellt ist, handelt es sich bei dem Winkelverarbeitungsfall 3 um einen Fall, in dem der Drehwinkel in einem Bereich von 90° bis 135° liegt und die beiden Amplituden a und b die Bedingungen a > 0 und b > 0 erfüllen. Der Drehwinkel k in dem Fall 3 wird in Bezug auf 90° im Uhrzeigersinn gemessen. Aus diesem Grund ist es notwendig, den grundlegenden Drehwinkel k, der in dem Drehwinkelbereich berechnet worden ist, in den anderen Winkelwert von 90 + k umzuwandeln, und der grundlegende Drehwinkel k wird als k = 90 + k detektiert.
Wie dann in der vierten Reihe in 5 dargestellt ist, handelt es sich bei dem Winkelverarbeitungsfall 4 um den Fall, in dem der Drehwinkel in einem Bereich von 45° bis 90° liegt und die beiden Amplituden a und b die Bedingungen a > 0 und b < 0 erfüllen. Der Drehwinkel k in dem Fall 4 wird in Bezug auf 90° im Gegenuhrzeigersinn gemessen. Daher ist es notwendig, den in den Drehwinkelbereich berechneten, grundlegenden Drehwinkel k in den anderen Winkelwert von 90 – k umzuwandeln, und der grundlegende Drehwinkel k wird als k = 90 – k detektiert.
Wie ferner in der ersten Reihe in 6 dargestellt ist, handelt es sich bei dem Winkelverarbeitungsfall 5 um einen Fall, in dem der Drehwinkel in einem Bereich von 225° bis 270° liegt und die beiden Amplituden a und b die Bedingungen a < 0 und b > 0 erfüllen. Der Drehwinkel k in dem Fall wird in Bezug auf 270° im Gegenuhrzeigersinn gemessen. Daher ist es notwendig, den in dem Drehwinkelbereich berechneten grundlegenden Drehwinkel k in den anderen Winkelwert von 270 – k umzuwandeln, und der grundlegende Drehwinkel k wird als k = 270 – k detektiert.
Wie in der zweiten Reihe in 6 dargestellt ist, handelt es sich bei dem Winkelverarbeitungsfall 6 um einen Fall, in dem der Drehwinkel in einem Bereich von 270° bis 315° liegt und die beiden Amplituden a und b die Bedingungen a < 0 und b < 0 erfüllen. Der Drehwinkel k in dem Fall 6 wird in Bezug auf 270° im Uhrzeigersinn gemessen. Daher ist es notwendig, den in dem Drehwinkelbereich berechneten grundlegenden Drehwinkel k in den anderen Winkelwert von 270 + k umzuwandeln, und der grundlegende Drehwinkel k wird als k = 270 + k detektiert.
Wie in der dritten Reihe in 6 gezeigt ist, beinhaltet der Winkelverarbeitungsfall 7 dann einen Fall, in dem der Drehwinkel in einem Bereich von 180° bis 225° liegt und die beiden Amplituden a und b die Bedingungen a < 0 und b > 0 erfüllen. Der Drehwinkel k in dem Fall 7 wird in Bezug auf 180° im Uhrzeigersinn gemessen. Daher ist es notwendig, den in dem Drehwinkelbereich berechneten grundlegenden Drehwinkel k in den anderen Winkelwert von 180 + k umzuwandeln, und der grundlegende Drehwinkel k wird als k = 180 + k detektiert.
Wie dann in der vierten Reihe in 6 dargestellt ist, handelt es sich bei dem Winkelverarbeitungsfall 8 um einen Fall, in dem der Drehwinkel in einem Bereich von 315° bis 360° liegt und die beiden Amplituden a und b die Bedingungen a < 0 und b < 0 erfüllen. Der Drehwinkel k in dem Fall 8 wird in Bezug auf 360° im Gegenuhrzeigersinn gemessen. Somit ist es notwendig, den in dem Drehwinkelbereich berechneten grundlegenden Drehwinkel k in den anderen Winkelwert von 360 – k umzuwandeln, und der grundlegende Drehwinkel k wird als k = 360 – k detektiert.
Die Steuereinheit 2 wertet die jeweiligen Winkelwerte, die mittels der Umwandlung in jedem der Drehwinkelbereiche entsprechend den Winkelverarbeitungsfällen 1 bis 8 ermittelt worden sind, als grundlegenden Drehwinkel k, und sie detektiert den feinen bzw. genauen Drehwinkel des Lenkrads auf der Basis des Winkelwerts, der als grundlegender Drehwinkel k betrachtet wird.
Anschließend erzeugt die Steuereinheit 2 die Detektionsinformation, die die Drehrichtung des Lenkrads und den Drehwinkel ausgehend von der neutralen Stellung auf der Basis der detektierten Drehrichtung, des groben Drehwinkels sowie des feinen Drehwinkels des Lenkrads anzeigt und führt die erzeugte Detektionsinformation durch die LAN-Busleitung 6 der Steuerung 4 zu.
Die Steuerung 4 nimmt eine Feinsteuerung des gesteuerten Mechanismus 5, wie z.B. der Aufhängung und dem Automatikgetriebe, auf der Basis der zugeführten Detektionsinformation vor.
7 zeigt eine Kennliniendarstellung zur Erläuterung einer exemplarischen Winkelfehler-Generierung des Drehwinkelwerts, wie diese mittels der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Drehwinkelbereich von 0° bis 360° detektiert wird. Für Vergleichszwecke zeigt 7 auch eine exemplarische Winkelfehler-Generierung des Drehwinkelwerts, wie diese mittels der herkömmlichen Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem Eingangs genannten neuen Vorschlag detektiert wird.
In 7 ist entlang der Abszisse der Drehwinkel in Grad aufgetragen, während entlang der Ordinate der Drehwinkelfehler in Grad aufgetragen ist. Die Folge der weißen Kreise A stellt die Winkelfehlerabfolge dar, die mittels der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels gebildet wird, und die Folge der schwarzen Kreise B stellt die Winkelfehlerabfolge dar, die mittels der herkömmlichen Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem Eingangs beschriebenen neuen Vorschlag erzielt wird.
Wie in 7 gezeigt ist, beträgt der maximale Winkelfehler der Winkelfehlerabfolge, die mittels der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels gebildet wird, in etwa +4° und –4°, während der maximale Winkelfehler der Winkelfehlerabfolge, die mittels der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem Eingangs beschriebenen neuen Vorschlag gebildet wird, bis zu ca. +5° und –5° breit ist, so dass offensichtlich ist, dass der mittels der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels erzielte Winkelfehler kleiner ist.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, ist aufgrund der Tatsache, dass bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels der feine Drehwinkel des Lenkrads durch das Verfahren detektiert wird, bei dem der Arkustangenswinkel des Verhältnisses des Absolutwerts der Amplitude a des ersten Winkeldetektionssignals 16 zu dem Absolutwert der Amplitude b des zweiten Winkeldetektionssignals 17 bestimmt wird und der feine bzw. genaue Drehwinkel des Lenkrads unter der Bedingung detektiert wird, dass das erste Winkeldetektionssignal 16 und das zweite Winkeldetektionssignal 17 unter Verwendung des festgestellten Arkustangenswinkels kontinuierlich gemacht werden, obwohl die linearen Flankenbereiche des ersten Winkeldetektionssignals 16 und des zweiten Winkeldetektionssignals 17 einen geringfügigen Drehwinkel-Detektionsfehler beinhalten, der Einfluss des Drehwinkel-Detektionsfehlers nicht gravierend, und der Drehwinkel lässt sich mit hoher Genauigkeit detektieren.
Da ferner der Winkel unter Berechnung des Arkustangens bestimmt wird, wird trotz der Verminderung des Ausgangs des ersten Winkeldetektionssignals 16 und des zweiten Winkeldetektionssignals 17 aufgrund der Beeinträchtigung der Hallelemente 14₁ und 14₂ , wobei beide Hallelemente 14₁ und 14₂ in ähnlicher Weise Beeinträchtigungen unterliegen, der Einfluss der Beeinträchtigung verlagert, wobei als Ergebnis hiervon der Arkustangenswinkel kaum beeinträchtigt wird.
Vorstehend ist der Fall beschrieben worden, in dem der Verarbeitungsfall zum Berechnen des Arkustangenswinkels entsprechend der Polarität der Amplitude a des ersten Winkeldetektionssignals 16 und der Amplitude b des zweiten Winkeldetektionssignals 17 sowie entsprechend der größenordnungsmäßigen Relation zwischen den Absolutwerten der Amplitude a und der Amplitude b gewählt wird. Es kann jedoch auch ein Fall Anwendung finden, bei dem der Verarbeitungsfall zum Berechnen des Arkustangenswinkels unter Verwendung entweder der Amplitude a des ersten Winkeldetektionssignals 16 oder der Amplitude b des zweiten Winkeldetektionssignals 17 gewählt wird.
Obwohl die Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der Lage ist, den Drehwinkel mit hoher Genauigkeit zu detektieren, beinhaltet der Winkelwert k, der aus dem grundlegenden Drehwinkel k umgewandelt worden ist, den geringfügigen Drehwinkelfehler, der durch die Winkelfehlersequenz β₁ dargestellt wird, aufgrund der Generierung der Winkelfehlersequenz β₁. Wie aus der Kennliniendarstellung der 7 offensichtlich ist, handelt es sich bei der Winkelfehlersequenz β₁ um ein Signal, dessen Amplitude sich in sinuswellenförmiger Weise in dem Drehwinkelbereich von 0° bis 360° ändert, nämlich um ein Kosinus-Wellensignal. Die Ursache für die Generierung des Kosinus-Wellensignals, das sich als Winkelfehlersequenz β₁ bemerkbar macht, wird der geringfügigen positionsmäßigen Abweichung in der Anbringungsposition des ersten Hallelements 14₁ zum Erzeugen des ersten Winkeldetektionssignals 16 sowie des zweiten Hallelements 14₂ zum Erzeugen des zweiten Winkeldetektionssignals 17 in der Drehwinkel-Detektionseinheit 1 von der korrekten Position zugeschrieben, die die Phasendifferenz zwischen dem ersten Winkeldetektionssignal 16 und dem zweiten Winkeldetektionssignal 17 mit nur 90° vorgibt.
Ein erstes Mittel zum Eliminieren der Winkelfehlersequenz β₁, die in dem mittels der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung detektierten Winkelwert k vorliegt, könnte darin bestehen, die Befestigungsposition des ersten Hallelements 14₁ und des zweiten Hallelements 14₂ derart zu wählen, dass sich diese in der korrekten Position befinden. Aufgrund der begrenzten mechanischen Genauigkeit ist es jedoch sehr schwierig, das erste Hallelement 14₁ und das zweite Hallelement 14₂ in der korrekten Position anzubringen, und es ist üblich, dass diese Hallelemente in einer Position mit einer geringfügigen Abweichung von der korrekten Position angebracht sind.
Ein zweites Mittel zum Eliminieren der Winkelfehlersequenz β₁, die in dem mittels der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung detektierten Winkelwert k enthalten ist, könnte aufgrund der Tatsache, dass es sich bei dem die Winkelfehlersequenz β₁ darstellenden Signal um ein Kosinus-Wellensignal handelt, darin bestehen, dass man einen Korrekturwert (Korrektur-Kosinus-Wellensignal) β₂ erzeugt, das das Kosinus-Wellensignal im Wesentlichen eliminieren soll, und dass man den erzeugten Korrekturwert β₂ von der Winkelfehlersequenz β₁ subtrahiert, d.h. β₁ – β₂ berechnet wird, um dadurch den Winkelwert k ohne die Winkelfehlersequenz β₁ zu erhalten, der aus dem grundlegenden Drehwinkel k umgewandelt worden ist.
Bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die zweite Verfahrensweise verwendet. Die Steuereinheit 2 erzeugt den Korrekturwert β₂ in der nachfolgend beschriebenen Weise, um den korrigierten Winkelwert k zu erzielen, der keine Winkelfehlersequenz β₁ beinhaltet.
Zuerst wird die positionsmäßige Abweichung der tatsächlichen Befestigungsposition des ersten Hallelements 14₁ und des zweiten Hallelements 14₂ von der korrekten Befestigungsposition körperlich gemessen, und die gemessene Abweichung α in Grad wird in die Steuereinheit 2 eingegeben.
Als Nächstes berechnet die Steuereinheit 2 den Korrekturwert β₂ gemäß der nachfolgenden Gleichung unter Verwendung der eingegebenen Abweichung α° sowie des detektierten Winkelwerts k, der als grundlegender Drehwinkel k betrachtet wird. β2 = cos(k·π/90) × (α/4)/2 – (α/4)/2
In der vorstehenden Gleichung ist dann, wenn α = 0 beträgt, β₂ = 0.
Als Nächstes berechnet die Steuereinheit 2 die Differenz β₁ – β₂ zwischen der Winkelfehlersequenz β₁ und dem Korrekturwert β₂ und ermittelt den korrigierten Winkelwert k, der keine Winkelfehlersequenz β₁ enthält.
8 zeigt eine Kennliniendarstellung zur Erläuterung des Drehwinkelfehlers zwischen der Winkelfehlersequenz β₁ und dem Wert β₁– β₂, den man durch Subtrahieren des Korrekturwerts β₂ von der Winkelfehlersequenz β₁ in dem Drehwinkelbereich von 0° bis 360° für denjenigen Fall erhält, dass die gemessene Abweichung α in Grad bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel +4° beträgt.
Weiterhin zeigt 9 eine Kennliniendarstellung zur Erläuterung des Drehwinkelfehlers zwischen der Winkelfehlersequenz β₁ und dem Wert β₁ – β₂, den man durch Subtrahieren des Korrekturwerts β₂ von der Winkelfehlersequenz β₁ in dem Drehwinkelbereich von 0° bis 360° für denjenigen Fall erhält, in dem die gemessene Abweichung α in Grad bei der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel –3° beträgt.
In den 8 und 9 ist entlang der Abszisse der Drehwinkel in Grad aufgetragen, während entlang der Ordinate der Drehwinkelfehler in Grad aufgetragen ist.
Wie in den 8 und 9 dargestellt ist, beträgt der maximale Winkelfehler der Winkelfehlersequenz β₁, der mittels der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels erreicht wird, +3° oder –4°, während die mittels der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels erzielte Winkelfehlersequenz β₁ – β₂ nahezu 0° beträgt. Es ist offensichtlich, dass der mittels der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels erreichte Winkelfehler, der in dem korrigierten Winkelwert k enthalten ist, weit geringer ist.
Da in der vorstehend beschriebenen Weise die Drehwinkel-Detektionsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels die Winkelfehlersequenz β₁ nahezu auf Null bringt, indem der erzeugte Korrekturwert β₂ subtrahiert wird, ist die Drehwinkel-Detektionsvorrichtung zusätzlich zu dem unter Verwendung der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielten Wirkung in der Lage, den Drehwinkel mit höherer Genauigkeit zu detektieren.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, werden in dem Fall, dass der Drehwinkel unter Verwendung des ersten Winkeldetektionssignals und des zweiten Winkeldetektionssignals detektiert wird, die von der Drehwinkel-Detektionseinheit erzeugt werden, die Amplitude des ersten Winkeldetektionssignals und des zweiten Winkeldetektionssignals kontinuierlich detektiert sowie der Amplituden-Absolutwert des detektierten ersten Winkeldetektionssignals und der Amplituden-Absolutwert des detektierten zweiten Winkeldetektionssignals verglichen, wobei dann, wenn der Absolutwert des einen Winkeldetektionssignals gleich oder kleiner ist als der Absolutwert des anderen Winkeldetektionssignals der grundlegende Drehwinkel des Rotors unter Verwendung des Kotangenswinkels des Werts berechnet, den man durch Dividieren des einen Amplituden-Absolutwerts durch den anderen Amplituden-Absolutwert erhält, wobei eine Mehrzahl von Winkelverarbeitungsfällen entsprechend der berechneten Amplitude des ersten Winkeldetektionssignals und/oder des zweiten Winkeldetektionssignals vorgegeben wird und der detektierte grundlegende Drehwinkel entsprechend der vorbestimmten Umwandlungsgleichung für jeden der mehreren vorgegebenen Winkelverarbeitungsfälle in einen anderen Winkelwert umgewandelt wird. Als Ergebnis hiervon kann der Drehwinkel ohne nachteiligen Einfluss des Drehwinkel-Detektionsfehlers unter Verwendung des kontinuierlichen Amplitudenwerts des ersten Winkeldetektionssignals und des zweiten Winkeldetektionssignals detektiert werden, und der erzielte Drehwinkelwert wird in einen Winkelwert umgewandelt, der für die Winkelverarbeitung für jeden der Winkelverarbeitungsfälle geeignet ist. Auf diese Weise kann der Drehwinkel mit einer hohen Genauigkeit detektiert werden.

Claims

Drehwinkel-Detektionsvorrichtung, aufweisend: einen Rotor (8), der mit einem Drehkörper verbunden ist, eine Drehwinkel-Detektionseinheit (9) zum Erzeugen eines ersten Winkeldetektionssignals (16) und eines zweiten Winkeldetektionssignals (17) mit Sinuswellenform mit einer konstanten maximalen Amplitude und der gleichen Periode sowie mit einer Phasendifferenz von ca. 1/4 Wellenlänge zusammen mit der Rotationsbewegung des Rotors (8), eine Speichereinheit (3) zum Speichern des ersten Winkeldetektionssignals (16) und des zweiten Winkeldetektionssignals (17), sowie eine Steuereinheit (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) die Amplitude des ersten Winkeldetektionssignals (16) und des zweiten Winkeldetektionssignals (17) kontinuierlich detektiert, den detektierten Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) und den detektierten Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) vergleicht, den Arkustangenswinkel (53, 54) des Quotientenwerts, den man durch Dividieren des kleineren Amplituden-Absolutwerts durch den größeren Amplituden-Absolutwert erhält, bestimmt, um den grundlegenden Drehwinkel des Drehkörpers zu berechnen, eine Mehrzahl von Winkelverarbeitungsfällen auf der Basis des Amplitudenwerts des ersten Winkeldetektionssignals (16) und/oder des Amplitudenwerts des zweiten Winkeldetektionssignals (17) vorgibt, die berechnet worden sind, und den detektierten grundlegenden Drehwinkel in Abhängigkeit von der vorbestimmten Umwandlungsgleichung für jeden der Mehrzahl von vorgegebenen Winkelverarbeitungsfällen in den anderen Winkelwert umwandelt, um dadurch den Drehwinkel des Drehkörpers zu detektieren.
Drehwinkel-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Drehwinkel-Detektionseinheit zwei magnetische Sensoren (13₁ , 13₂ ) aufweist, die einem Magneten zugewandt gegenüberliegen, und wobei die beiden magnetischen Sensoren (14₁ , 14₂ ) das erste Winkeldetektionssignal (16) bzw. das zweite Winkeldetektionssignal (17) zusammen mit der Rotationsbewegung des Rotors erzeugen.
Drehwinkel-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der detektierte grundlegende Drehwinkel unter Verwendung des Korrekturwerts korrigiert wird, der von dem Befestigungsposition-Fehlerwert der beiden magnetischen Sensoren (14₁ , 14₂ ) abhängig ist.
Drehwinkel-Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mehreren Verarbeitungsfälle entsprechend acht Winkelverarbeitungsfällen vorgegeben sind.
Drehwinkel-Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Winkelverarbeitungsfall in Abhängigkeit von der Polarität, d.h. der positiven Polarität oder der negativen Polarität, jeder Amplitude sowie von der Größe des Amplituden-Absolutwerts der Amplitude in dem Fall, in dem das erste Winkeldetektionssignal (16) und das zweite Winkeldetektionssignal (17) beide verwendet werden, vorgegeben ist.
Drehwinkel-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der vorgegebene Winkelverarbeitungsfall folgendermaßen gewählt wird: Der Arkustangenswinkel wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) gleich oder größer ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) gleich oder kleiner ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) kleiner ist als Null; der durch Subtrahieren des Arkustangenswinkels von 180° erzielte Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) gleich oder größer ist als Null, der Amplituden-Absolut wert des ersten Winkeldetektionssignals (16) gleich oder kleiner ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) gleich oder größer ist als Null; der durch Addieren des Arkustangenswinkels zu 90° erzielte Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) gleich oder größer ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) größer ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) gleich oder größer ist als Null; der durch Subtrahieren des Arkustangenswinkels von 90° erzielte Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) gleich oder größer ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) größer ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) kleiner ist als Null; der durch Subtrahieren des Arkustangenswinkels von 270° erzielte Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) kleiner ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) gleich oder größer ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) gleich oder größer ist als Null; der durch Addieren des Arkustangenswinkels zu 270° erzielte Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) kleiner ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) gleich oder größer ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) kleiner ist als Null; der durch Addieren des Arkustangenswinkels zu 180° erzielte Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) kleiner ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) kleiner ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) gleich oder größer ist als Null; und der durch Subtrahieren des Arkustangenswinkels von 360° gebildete Wert wird als Drehwinkel vorgegeben, wenn der Amplitudenwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) kleiner ist als Null, der Amplituden-Absolutwert des ersten Winkeldetektionssignals (16) kleiner ist als der Amplituden-Absolutwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) und der Amplitudenwert des zweiten Winkeldetektionssignals (17) kleiner ist als Null.
Drehwinkel-Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei es sich bei dem Drehkörper um eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs handelt und das aus dem ersten Winkeldetektionssignal (16) und dem zweiten Winkeldetektionssignal (17) berechnete Drehwinkelsignal ein Lenkwinkelsignal der Lenkwelle ist.
Drehwinkel-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Lenkwinkel-Detektionssignal über eine in dem Fahrzeug angebrachte LAN-Busleitung einer Steuerung (4) zugeführt wird.