JP2004045087A - Device and method for detecting rotation angle - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングシャフトのように多回転する回転体の絶対回転角度を検出する回転角度検出装置及び回転角度検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
回転体としてのステアリングシャフトの操舵角は、一般的に中立位置から左右それぞれ2回転弱回転する。このように左右双方向において1回転以上回転するステアリングシャフトの操舵角を求める場合、ステアリングシャフトの回転を歯車機構を用いて360度以下に減速(約1/4に減速)して検出する方法が提案されている。
【0003】
このような回転角度の検出装置として特願2000−343428では、平歯車減速機構によりステアリングの回転を約1/4に減速した後、回転角度に応じてある位置における磁束密度が変化する磁界発生装置を備え、この磁界発生装置が発生する磁界が位置に対してリニアに出力するホールICを配置して角度に応じた出力を得ることで操舵角を検出する。
【0004】
図8に示すように、上記回転角度検出装置は、ステアリングシャフト1の全回転角度範囲を双方向において1回転未満の回転角度範囲に変換するギア機構2と、ギア機構2の出力軸9に設けられた磁界発生装置3と、磁界発生装置3から得られた信号を処理して角度信号を出力する信号処理回路4とで構成されている。ギア機構2は、ステアリングシャフト1と同軸に回転する第1歯車5と、この第1歯車5に噛み合う大径の第2歯車6と、第2歯車6と同軸回転する小径の第3歯車7と、この小径の第3歯車7と噛み合う大径の第4歯車8とで構成され、第4歯車8の出力軸9に磁界発生装置3が取り付けられている。
【0005】
磁界発生装置3は、図9に示すように、出力軸9に環状のヨークを14介して取り付けられ半径方向に磁化された環状の磁石10と、磁石10の周囲にそれぞれ所定のギャップを置いて90度間隔で固定配置される固定子11と、固定子11間に形成された4個のギャップ11aのうち隣接する2個のギャップに設けられた2つの磁気センサ(ホールIC)12、13とからなる。
【0006】
そして、二つの磁気センサ12、13からの出力A、Bによっていずれか一方を領域判定用として、他方を角度信号取得用として、ステアリングシャフト1の絶対舵角を検出している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、磁気センサ12、13からの出力値には、図10に示すように、右回転時、左回転時においてヒステリシスによる誤差が発生しているので、検出した角度には角度誤差±θが生じてしまう。このヒステリシスによる誤差は、例えば回転体の右回転状態でキャリブレーションを行ったとすると、左回転時には、右回転時におけるヒステリシスによる誤差と左回転時におけるヒステリシスによる誤差との総和になるため、全体としては大きな誤差となる。なお、図10において、横軸は角度〔deg〕、縦軸は磁気センサの出力VDD〔V〕を示す。
【0008】
そこで、本発明は、ヒステリシス誤差が少なく、精度の高い回転角度の検出を行うことができる回転角度検出装置及び回転角度検出方法の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、正逆方向において1回転以上回転する回転体の回転角度検出装置であって、前記回転体の全回転角度範囲の正逆双方向において1回転未満の回転角度範囲の角度に変換し少なくとも1周期の周期波形として広範囲角度検出値を出力する広範囲角度検出手段と、前記回転体の全回転角度範囲の正逆双方向において前記広範囲角度検出値より多い複数周期の周期波形として詳細角度検出値を出力する詳細角度検出手段と、前記広範囲角度検出値の誤差範囲内における前記詳細角度検出値に相当する角度を求めて前記回転体の絶対回転角度を求める制御演算手段とからなることを特徴としている。
【0010】
この回転角度検出装置では、広範囲角度検出手段によって広範囲角度検出値を求めて、制御演算手段によりこの広範囲角度検出値の誤差範囲内における詳細角度検出値に相当する角度を求めて回転体の絶対回転角度を求める。
【0011】
この場合、広範囲角度検出値には、ヒステリシスによる角度誤差が含まれており、この角度誤差内でのさらに詳細な角度を、詳細角度検出手段によって求めた詳細角度検出値に相当する角度を求める。これにより、ヒステリシスによる角度誤差が詳細角度検出値によって補われ、高精度での角度検出が可能となる。
【0012】
さらに、本発明では、広範囲角度検出手段が、回転体の正逆方向において1回転未満の回転角度範囲に変換して広範囲角度検出を行って、誤差分を含んだ角度検出を行うと同時に詳細角度検出手段によって同じ出力が複数存在する詳細角度検出値で、誤差分を含んだ角度範囲内での詳細角度を求めるので、多回転の回転体の回転角度を高精度に求めることができる。
【0013】
請求項2の発明は、請求項1記載の回転角度検出装置であって、前記広範囲角度検出手段が、前記回転体の全回転角度範囲の正逆双方向において1回転未満の回転角度範囲に変換する第1のギア機構と、この第1のギア機構の出力軸に設けられて磁界を発生する第1の磁界発生装置と、この第1の磁界発生装置の近傍に設けられて前記回転体の回転角度を少なくとも1周期の周期波形とする広範囲角度検出値として出力する磁気センサとからなり、前記詳細角度検出手段が、前記回転体の全回転角度範囲を正逆双方向において1回転以上の回転角度範囲に変換する第2のギア機構と、この第2のギア機構の出力軸に設けられて磁界を発生する第2の磁界発生装置と、この第2の磁界発生装置の近傍に設けられて前記回転体の回転角度を前記広範囲検出値より多い複数周期の周期波形とする詳細角度検出値として出力する磁気センサとからなることを特徴としている。
【0014】
この回転角度検出装置では、回転体を回転すると第1のギア機構によって1回転未満の回転角度範囲に回転体の回転が変換され、この変換された回転により第1の磁界発生装置が発生する磁界を検知して磁気センサが広範囲角度検出値を出力する。これと同時に、第2のギア機構によって回転体の回転が1回転以上の回転に変換されて第2の磁界発生装置が発生する磁界を磁気センサが検知し、詳細角度検出値を出力する。これらの広範囲角度検出値と詳細角度検出値とは制御演算手段に入力される。制御演算手段では、広範囲角度検出値の誤差範囲内における詳細角度検出値に相当する角度を求めて回転体の絶対回転角度を求める。
【0015】
この場合、広範囲角度検出値には、ヒステリシスによる角度誤差が含まれており、この角度誤差内でのさらに詳細な角度を、詳細角度検出手段によって求めた詳細角度検出値に相当する角度を求めるので、ヒステリシスによる角度誤差が詳細角度検出値によって補われ、高精度での角度検出が可能となる。従って、この発明では、第1、第2のギア機構、第1、第2の磁界発生装置、磁気センサだけで多回転で高精度な回転角度の検出を行うことができる。
【0016】
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の回転角度検出装置であって、前記制御演算手段が、前記詳細角度検出手段によって検出された詳細角度検出値が原点を基準とする周期波形であり該詳細角度検出値の正負を判断し、前記広範囲角度検出手段によって検出された広範囲検出値と詳細角度検出手段によって検出された詳細角度検出値との前記周期波形の傾きが同じか否かを判断し、これらの判断結果から前記広範囲検出値の誤差範囲内の前記詳細角度検出値に相当する角度を求めて前記回転体の絶対角度とすることを特徴としている。
【0017】
この回転角度検出装置では、制御演算手段が、詳細角度検出手段によって検出された詳細角度検出値が原点を基準とする周期波形であり該詳細角度検出値の正負を判断し、広範囲角度検出手段によって検出された広範囲検出値と詳細角度検出手段によって検出された詳細角度検出値との周期波形の傾きが同じか否かを判断し、これらの判断結果から広範囲検出値の誤差範囲内の詳細角度検出値に相当する角度を求めて回転体の絶対角度とする。
【0018】
請求項4の発明は、請求項1〜請求項3のいずれかに記載に回転角度検出装置の回転角度検出方法であって、前記詳細角度検出値が原点を基準とする周期波形であり該詳細角度検出値の正負を判断し、前記詳細角度検出値が正の値で前記広範囲角度検出値と前記詳細角度検出値の周期波形の傾きが同一のとき、前記広範囲角度検出値の誤差範囲内における前記詳細角度検出値に相当する角度を求めて前記回転体の絶対回転角度とし、前記詳細角度検出値が正の値で前記広範囲角度検出値と前記詳細角度検出値の周期波形の傾きが異なるとき、前記詳細角度検出値に相当する角度を180度から引いた角度を詳細角度検出値として前記広範囲角度検出値の誤差範囲内における前記詳細角度検出値に相当する角度を求めて前記回転体の絶対回転角度とし、前記詳細角度検出値が負の値で前記広範囲角度検出値と前記詳細角度検出値の周期波形の傾きが異なるとき、前記詳細角度検出値に相当する角度を180度から引いた角度を詳細角度検出値として前記広範囲角度検出値の誤差範囲内における前記詳細角度検出値に相当する角度を求めて前記回転体の絶対回転角度とし、前記詳細角度検出値が負の値で前記広範囲角度検出値と前記詳細角度検出値の周期波形の傾きが同一のとき、前記詳細角度検出値に相当する角度に360度を加えた角度を詳細角度検出値として前記広範囲角度検出値の誤差範囲内における前記詳細角度検出値に相当する角度を求めて前記回転体の絶対回転角度とすることを特徴としている。
【0019】
この回転角度検出方法では、広範囲角度検出値と詳細角度検出値の周期波形の正負、傾きから詳細角度検出値に対する角度を求めて、広範囲角度検出の誤差範囲内にある詳細角度検出値に相当する角度を求めることで回転体の絶対回転角度を求めるので、比較的簡単な演算により多回転の回転体の絶対角度を高精度に検出することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図1は回転角度検出装置(舵角センサ)15を示す平面図、図2は磁石45とホールIC27との関係を示す斜視図、図3は制御演算手段19を示すブロック図、図4及び図5はホールIC27からの出力波形を示す波形図である。また、図6は制御演算手段19によるステアリングシャフト16の絶対舵角を求める手順を示すフローチャートである。
【0021】
図1(a)、(b)に示すように、本実施形態の回転角度検出装置(以下「舵角センサ」という)15は、回転体としてのステアリングシャフト16の全回転角度範囲の正逆双方向において1回転未満の回転角度範囲の角度に変換し少なくとも1周期の周期波形として広範囲角度検出値を出力する広範囲角度検出手段17と、ステアリングシャフト16の全回転角度範囲の正逆双方向において広範囲角度検出値17より多い複数周期の周期波形として詳細角度検出値を出力する詳細角度検出手段18と、広範囲角度検出値の誤差範囲内における詳細角度検出値に相当する角度を求めてステアリングシャフト16の絶対回転角度を求める制御演算手段19とからなる。
【0022】
広範囲角度検出手段17は、ステアリングシャフト16の全回転角度範囲の正逆双方向において1回転未満の回転角度範囲に変換する第1のギア機構20と、この第1のギア機構20の出力軸21に設けられて磁界を発生する第1の磁界発生装置22と、この第1の磁界発生装置22の近傍に設けられてステアリングシャフト16の回転角度を少なくとも1周期分の周期波形とする広範囲角度検出値として出力する磁気センサとしてのホールICとからなる。
【0023】
第1のギア機構20は、センサケース32内に設けられており、ステアリングシャフト16と一体に回転する第1歯車40と、この第1歯車40に噛み合う第2歯車41と、この第2歯車41に同軸に固定された第3歯車42と、この第3歯車42に噛み合う第4歯車43とから構成されている。この第1のギア機構20は、ステアリングシャフト16の回転を1/4に減速することによりステアリングシャフト16の最大角の回転を360度以下の回転に変換する。
【0024】
また、第4歯車43の下側に第1の磁界発生装置22が配置され、第1の磁界発生装置22の下側に配置された回路基板44にホールICが設けられている。なお、第1の磁界発生装置22は、図9に示した磁界発生装置3同構成であり、径方向に磁化された環状の磁石と、磁石の周囲にそれぞれ所定のギャップを置いて90度間隔で固定配置される固定子と、固定子間に形成された4個のギャップのうち隣接する2つのギャップに2つの磁気センサ12、13が配置されている。以下、広範囲角度検出手段における磁気センサは、図9に示す磁気センサ12、13として説明する。
【0025】
上記、詳細角度検出手段18は、ステアリングシャフト16の全回転角度範囲を正逆双方向において1回転以上の回転角度範囲に変換する第2のギア機構24と、この第2のギア機構24の出力軸25に設けられて磁界を発生する第2の磁界発生装置26と、この第2の磁界発生装置26の近傍に設けられてステアリングシャフト16の回転角度を広範囲検出値より多い複数周期の周期波形とする詳細角度検出値として出力する磁気センサとしてのホールIC27とからなる。
【0026】
なお、ホールIC27については、図2に示すように、180度の範囲でN極とS極に着磁された円筒状磁石45の内側に配置されている。
【0027】
第2のギア機構24は、ステアリングシャフト16と一体に回転する第1歯車40と、この第1歯車40に噛み合う第2歯車41と、第2歯車41と噛み合う第5歯車46とで構成されている。第5歯車46の下側に第2の磁界発生装置26が設けられている。
【0028】
上記ホールIC12、13からの出力波形(広範囲角度検出値)は、図4に示すように、波形a−1、波形a−2で表され、ステアリングシャフト16の回転角度を1周期分の周期波形として出力される。また、ホールIC27からの出力波形(詳細角度検出値)は、波形bで表され、広範囲角度検出値より多い複数周期で原点を基準とする周期波形として出力される。
【0029】
また、本実施形態の制御演算手段19は、図3に示すように、ホールIC27からの出力、すなわち広範囲角度検出手段17が検出した広範囲角度検出値と、ホールIC27からの出力、すなわち詳細角度検出手段18が検出した詳細角度検出値とが入力される入力ポート28と、これらの検出値が記憶される記憶部29と、これらの検出値からステアリングシャフト16の絶対舵角を演算する演算部30と、演算部30が求めた絶対舵角信号を出力する出力ポート31とで構成されている。
【0030】
そして、制御演算手段19は、詳細角度検出手段18によって検出された詳細角度検出値の正負を判断し、広範囲角度検出手段17によって検出された広範囲検出値と詳細角度検出手段18によって検出された詳細角度検出値との周期波形の傾きが同じか否かを判断し、これらの判断結果から広範囲検出値の誤差範囲内の詳細角度検出値に相当する角度を求めてステアリングシャフト16の絶対角度を求める。
【0031】
以下に、図6に示すフローチャートに従い、制御演算手段19が行うステアリングシャフト16の絶対舵角角度の角度検出方法について詳細に説明する。なお、以下の説明において、
α1は、広範囲角度検出値を示し、図5における波形a−1、波形a−2より求められ、以下の説明において波形α1ともいう。
【0032】
α2は、詳細角度検出値を示し、図5における波形bの電圧V2を規格化した波形V3より求められ、以下の説明において波形α2ともいう。
【0033】
α3は、詳細角度検出値α2を全角度領域での角度になおしたものを示す。
【0034】
αは、求められた絶対舵角を示す。
【0035】
また、図5において横軸のnは、第1歯車40/第5歯車46にステアリングシャフト16の回転数を掛けて2で割った数を示し、波形V3が出力される回数を示す。
【0036】
図6に示すように、先ずステップS1において、ホールIC12、13からの出力値を示す波形a−1、波形b−1より広範囲角度α1を検出する。この広範囲角度α1には、ヒステリシスによる角度誤差±θが含まれている。次にステップS2で、図4に示すホールIC27からの出力値(電圧)V2を規格化して波形V3を求める。この規格化では、sin波状の出力値V2に補正式を掛けてsinαの値にのるようにし、出力値V2を−1〜+1の間でのsinα2の波形として波形V3を求める。すなわち、α2=sin−1V3を求める。ステップS4で、波形V3の正負、すなわち、規格化されたα2の波形が原点を基準として+側にあるか−側にあるを判断する。波形V3が正の値(+側の値)の場合は、ステップS5で、波形α2の傾きと波形α1の傾きとが同じか否かが判断される(図7参照)。波形α1は、広範囲角度検出値を示す波形であり、1周期の中である出力値に対して一つの角度を示すが、この波形α1に対して、規格化された角度α2の波形V3は、ある出力に対して傾きの異なる角度が周期的に表れる。波形α1と角度α2を示す波形V3(波形α2)との傾きが同じである場合には、ステップS6でループ1内が実行される。
【0037】
ループ1内では、上記したように波形α2は、傾きの異なる角度が周期的(360度毎に)に表れるためステップS7で角度α2に360度に、カウンタiを掛けたものを加えることにより角度α2を全角度にした角度α3が求められる。そして、この角度α3が、広範囲角度検出値によって求められた広範囲角度α1から、ヒステリシスによる角度誤差θを引いた角度から足した角度(α1−θからα1+θ)までの範囲内にある角度α3が求まるまで、角度α2に360度に、カウンタiを掛けたものを加える。ステップS8で、α1−θとα1+θの間にα3が入ったか否かが判断されるとステップS9でループから抜け出て、α3に対応する角度αがステップS10で求められる。この角度αが、ステアリングシャフト16の絶対舵角となる。
【0038】
ステップS5において角度α2を示す波形α2と角度α1を示す波形α1との傾きが異なる場合には、ステップS11で、角度α2が180度から角度α2を引いた値に置き換えられる。そして、ステップS6以下が実行されてステアリングシャフト16の絶対舵角が求められる。
【0039】
さらに、ステップS4において、波形V3が−側にある負の値の場合には、ステップS12で、角度α1を示す波形α1と角度α2を示す波形α2との傾きが同じか否かが判断される。角度α1と角度α2との傾きが異なる場合は、ステップS13で角度α2に180度を加えた値に置き換えられ、ステップS6以下が実行され、角度α1を示す波形α1と角度α2を示す波形α2との傾きが同じ場合には、角度α2は360度から角度α2を引いた値に置き換えられる。そして、ステップS6が以下が実行される。
【0040】
そして、ステップS15で舵角検出が終了か否かが判断され、舵角検出する場合には、ステップS1以下が再び実行され、舵角検出を行わない場合には、このフローが終了する。
【0041】
この舵角センサ15では、広範囲角度検出値α1には、ヒステリシスによる角度誤差が含まれており、この角度誤差内でのさらに詳細な角度を、詳細角度検出手段18によって求めた詳細角度検出値α2に相当する角度を求めるので、ヒステリシスによる角度誤差を詳細角度検出値α2によって補われ、高精度での角度検出が可能となる。
【0042】
さらに、本発明では、広範囲角度検出手段17が、回転体の正逆方向において1回転未満の回転角度範囲に変換して広範囲角度検出を行って、誤差分を含んだ角度検出を行うと同時に詳細角度検出手段18によって同じ出力が複数存在する詳細角度検出値で、誤差分を含んだ角度範囲内での詳細角度を求めるので、多回転の回転体の回転角度を高精度に求めることができる。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明によれば、広範囲角度検出手段によって広範囲角度検出値を求めて、制御演算手段によりこの広範囲角度検出値の誤差範囲内における詳細角度検出値に相当する角度を求めて回転体の絶対回転回転角度を求めるので、広範囲角度検出値には、ヒステリシスによる角度誤差が含まれており、この角度誤差内でのさらに詳細な角度を、詳細角度検出手段によって求めた詳細角度検出値に相当する角度を求める。これにより、ヒステリシスによる角度誤差を詳細角度検出値によって補われ、高精度での角度検出が可能となる。さらに、本発明では、広範囲角度検出手段が、回転体の正逆方向において1回転未満の回転角度範囲に変換して広範囲角度検出を行って、誤差分を含んだ角度検出を行うと同時に詳細角度検出手段によって同じ出力が複数存在する詳細角度検出値で、誤差分を含んだ角度範囲内での詳細角度を求めるので、多回転の回転体の回転角度を高精度に求めることができる。
【0044】
請求項2の発明によれば、広範囲角度検出値には、ヒステリシスによる角度誤差が含まれており、この角度誤差内でのさらに詳細な角度を、詳細角度検出手段によって求めた詳細角度検出値に相当する角度を求めるので、ヒステリシスによる角度誤差が詳細角度検出値によって補われ、高精度での角度検出が可能となる。従って、この発明では、第1、第2のギア機構、第1、第2の磁界発生装置、磁気センサだけで多回転で高精度な回転角度の検出を行うことができる。
【0045】
請求項3の発明によれば、請求項1、2の構成と同等の作用効果を得ることができる。
【0046】
請求項4の発明によれば、広範囲角度検出値と詳細角度検出値の周期波形の正負、傾きから詳細角度検出値に対する角度を求めて、広範囲角度検出の誤差範囲内にある詳細角度検出値に相当する角度を求めることで回転体の絶対回転角度を求めるので、比較的簡単な演算により多回転の回転体の絶対角度を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る舵角センサを示す一部切欠平面図である。
【図2】磁石とホールICとの関係を示す説明図である。
【図3】制御演算手段の構成を示すブロック図である。
【図4】広範囲角度検出手段と詳細角度検出手段による検出波形図である。
【図5】図4に示す検出波形図において波形を規格化した状態を示す波形図である。
【図6】制御演算手段によりステアリングシャフトの絶対舵角を求める手順を示すフローチャートである。
【図7】波形α1と波形V3との関係を示す出力波形図である。
【図8】従来の回転角度検出装置を示す平面図である。
【図9】従来の磁界発生装置を示す平面図である。
【図10】従来の検出値に含まれるヒステリシス誤差を示す出力波形図である。
【符号の説明】
15 回転角度検出装置(舵角センサ)
16 回転体(ステアリングシャフト)
17 広範囲角度検出手段
18 詳細角度検出手段
19 制御演算手段
α1 広範囲角度検出値
α2 詳細角度検出値
α 絶対舵角[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation angle detection device and a rotation angle detection method for detecting an absolute rotation angle of a rotating body that makes multiple rotations such as a steering shaft.
[0002]
[Prior art]
The steering angle of the steering shaft as a rotating body generally rotates slightly less than two rotations on the left and right sides from the neutral position. As described above, when the steering angle of the steering shaft that rotates one or more rotations in the left and right directions is determined, the rotation of the steering shaft is detected to be reduced to 360 degrees or less (approximately 1/4) using a gear mechanism. Proposed.
[0003]
In Japanese Patent Application No. 2000-343428 as such a rotation angle detecting device, a magnetic field generating device in which the rotation of a steering is reduced to about 1/4 by a spur gear reduction mechanism, and then the magnetic flux density at a certain position changes according to the rotation angle. A Hall IC that outputs the magnetic field generated by the magnetic field generator linearly with respect to the position is arranged, and an output corresponding to the angle is obtained to detect the steering angle.
[0004]
As shown in FIG. 8, the rotation angle detection device is provided on a
[0005]
As shown in FIG. 9, the
[0006]
The absolute steering angle of the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the output values from the
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device and a rotation angle detection method capable of detecting a rotation angle with high accuracy with a small hysteresis error.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to
[0010]
In this rotation angle detection device, a wide-angle angle detection value is obtained by a wide-angle angle detection means, and an angle corresponding to a detailed angle detection value within an error range of the wide-angle angle detection value is obtained by a control calculation means, thereby obtaining an absolute rotation of the rotating body. Find the angle.
[0011]
In this case, the wide-angle angle detection value includes an angle error due to hysteresis, and a more detailed angle within this angle error is obtained as an angle corresponding to the detailed angle detection value obtained by the detailed angle detection means. Thereby, the angle error due to the hysteresis is compensated by the detailed angle detection value, and the angle can be detected with high accuracy.
[0012]
Further, in the present invention, the wide-angle detection means converts the rotation angle into a rotation angle range of less than one rotation in the forward / reverse direction of the rotating body, performs wide-angle detection, performs angle detection including an error, and simultaneously performs detailed angle detection. Since the detecting means obtains the detailed angle within the angle range including the error from the detected detailed angle value in which a plurality of the same outputs exist, the rotation angle of the multi-rotational rotating body can be obtained with high accuracy.
[0013]
The invention according to
[0014]
In this rotation angle detecting device, when the rotating body is rotated, the rotation of the rotating body is converted into a rotation angle range of less than one rotation by the first gear mechanism, and the magnetic field generated by the first magnetic field generator by the converted rotation. And the magnetic sensor outputs a wide angle detection value. At the same time, the rotation of the rotating body is converted into one or more rotations by the second gear mechanism, and the magnetic sensor detects the magnetic field generated by the second magnetic field generator, and outputs a detailed angle detection value. These wide-range angle detection value and detailed angle detection value are input to the control calculation means. The control calculation means obtains an angle corresponding to the detailed angle detection value within the error range of the wide-angle angle detection value to obtain an absolute rotation angle of the rotating body.
[0015]
In this case, the wide-angle angle detection value includes an angle error due to hysteresis, and a more detailed angle within this angle error is obtained as an angle corresponding to the detailed angle detection value obtained by the detailed angle detection means. The angle error due to the hysteresis is compensated by the detailed angle detection value, and the angle can be detected with high accuracy. Therefore, according to the present invention, the rotation angle can be detected in multiple rotations with high accuracy using only the first and second gear mechanisms, the first and second magnetic field generators, and the magnetic sensors.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the rotation angle detecting device according to the first or second aspect, the control calculation means determines that the detailed angle detection value detected by the detailed angle detection means is based on an origin. It is a periodic waveform, and it is determined whether the detailed angle detection value is positive or negative, and whether the inclination of the periodic waveform between the wide range detection value detected by the wide angle detection unit and the detailed angle detection value detected by the detailed angle detection unit is the same. It is characterized in that an angle corresponding to the detailed angle detection value within the error range of the wide range detection value is determined from these determination results, and is used as an absolute angle of the rotating body.
[0017]
In this rotation angle detection device, the control calculation means determines whether the detailed angle detection value detected by the detailed angle detection means is a periodic waveform based on the origin and determines whether the detailed angle detection value is positive or negative. It is determined whether or not the slope of the periodic waveform between the detected wide range detection value and the detailed angle detection value detected by the detailed angle detection means is the same, and from these determination results, the detailed angle detection within the error range of the wide range detection value is performed. An angle corresponding to the value is obtained and defined as an absolute angle of the rotating body.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the rotation angle detecting method according to any one of the first to third aspects, wherein the detailed angle detection value is a periodic waveform based on an origin. Judge whether the angle detection value is positive or negative, and when the detailed angle detection value is a positive value and the slope of the periodic waveform of the wide-angle angle detection value and the detailed angle detection value is the same, within the error range of the wide-angle angle detection value When the angle corresponding to the detailed angle detection value is obtained and defined as the absolute rotation angle of the rotating body, and when the detailed angle detection value is a positive value and the slope of the periodic waveform of the wide angle detection value and the detailed angle detection value is different, An angle obtained by subtracting an angle corresponding to the detailed angle detection value from 180 degrees as a detailed angle detection value is used to determine an angle corresponding to the detailed angle detection value within an error range of the wide range angle detection value, thereby obtaining an absolute value of the rotating body. Angle of rotation When the detailed angle detection value is a negative value and the inclination of the periodic waveform of the wide-range angle detection value and the detailed angle detection value is different, the angle obtained by subtracting the angle corresponding to the detailed angle detection value from 180 degrees is the detail. An angle corresponding to the detailed angle detection value within an error range of the wide-angle angle detection value is obtained as an angle detection value, and the absolute rotation angle of the rotating body is obtained, and the wide-angle angle detection value is a negative value of the detailed angle detection value. When the inclination of the periodic waveform of the detailed angle detection value is the same as that of the detailed angle detection value, an angle obtained by adding 360 degrees to the angle corresponding to the detailed angle detection value is set as the detailed angle detection value, and the detail within the error range of the wide angle detection value is obtained. It is characterized in that an angle corresponding to the detected angle value is obtained and used as an absolute rotation angle of the rotating body.
[0019]
In this rotation angle detection method, the angle with respect to the detailed angle detection value is obtained from the positive / negative and inclination of the periodic waveform of the wide angle detection value and the detailed angle detection value, and corresponds to the detailed angle detection value within the error range of the wide angle detection. Since the absolute rotation angle of the rotating body is obtained by obtaining the angle, the absolute angle of the multi-rotating rotating body can be detected with high accuracy by a relatively simple calculation.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a plan view showing a rotation angle detecting device (steering angle sensor) 15, FIG. 2 is a perspective view showing the relationship between the
[0021]
As shown in FIGS. 1A and 1B, a rotation angle detection device (hereinafter, referred to as a “steering angle sensor”) 15 of the present embodiment includes a steering
[0022]
The wide-angle detection means 17 includes a first gear mechanism 20 that converts the rotation angle range of the steering
[0023]
The first gear mechanism 20 is provided in the
[0024]
Further, the first
[0025]
The detailed angle detecting means 18 converts the entire rotation angle range of the steering
[0026]
As shown in FIG. 2, the
[0027]
The
[0028]
The output waveforms (wide-angle detection values) from the
[0029]
Further, as shown in FIG. 3, the control calculation means 19 of the present embodiment outputs the output from the
[0030]
Then, the control calculation means 19 determines whether the detailed angle detection value detected by the detailed angle detection means 18 is positive or negative, and detects the wide range detection value detected by the wide angle detection means 17 and the detail detected by the detailed angle detection means 18. It is determined whether or not the inclination of the periodic waveform with the detected angle value is the same, and an angle corresponding to the detailed angle detection value within the error range of the wide range detection value is determined from these determination results to determine the absolute angle of the steering
[0031]
Hereinafter, the method of detecting the absolute steering angle of the steering
α1 indicates a wide range angle detection value, which is obtained from the waveforms a-1 and a-2 in FIG. 5, and is also referred to as a waveform α1 in the following description.
[0032]
α2 indicates a detailed angle detection value, which is obtained from a waveform V3 obtained by normalizing the voltage V2 of the waveform b in FIG. 5, and is also referred to as a waveform α2 in the following description.
[0033]
α3 indicates a value obtained by converting the detailed angle detection value α2 to an angle in the entire angle region.
[0034]
α indicates the obtained absolute steering angle.
[0035]
In FIG. 5, n on the horizontal axis indicates the number obtained by multiplying the
[0036]
As shown in FIG. 6, first, in step S1, the wide angle α1 is detected from the waveforms a-1 and b-1 indicating the output values from the
[0037]
In the
[0038]
If the slope of the waveform α2 indicating the angle α2 is different from the slope of the waveform α1 indicating the angle α1 in step S5, the angle α2 is replaced with a value obtained by subtracting the angle α2 from 180 degrees in step S11. Then, step S6 and subsequent steps are executed to determine the absolute steering angle of the steering
[0039]
Further, if the waveform V3 has a negative value on the negative side in step S4, it is determined in step S12 whether the slope of the waveform α1 indicating the angle α1 and the waveform α2 indicating the angle α2 are the same. . If the inclination between the angle α1 and the angle α2 is different, the angle α2 is replaced by a value obtained by adding 180 degrees to the angle α2 in step S13, and steps S6 and subsequent steps are executed, and the waveform α1 indicating the angle α1 and the waveform α2 indicating the angle α2 are replaced. Are the same, the angle α2 is replaced with a value obtained by subtracting the angle α2 from 360 degrees. Then, the following is performed in step S6.
[0040]
Then, it is determined in step S15 whether or not the detection of the steering angle is completed. If the detection of the steering angle is performed, steps S1 and subsequent steps are executed again. If the detection of the steering angle is not performed, this flow ends.
[0041]
In the
[0042]
Further, in the present invention, the wide-angle detection means 17 converts the rotation angle into a rotation angle range of less than one rotation in the forward and reverse directions of the rotating body, performs wide-angle detection, performs angle detection including an error component, and simultaneously performs details. Since the
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the wide angle detection value is obtained by the wide angle detection means, and the angle corresponding to the detailed angle detection value within the error range of the wide angle detection value is obtained by the control calculation means. Is obtained to obtain the absolute rotation angle of the rotating body.Therefore, the wide-range angle detection value includes an angle error due to hysteresis, and a more detailed angle within this angle error is obtained by the detailed angle detection means. An angle corresponding to the detected detailed angle value is obtained. Thereby, the angle error due to the hysteresis is compensated for by the detailed angle detection value, and the angle can be detected with high accuracy. Further, in the present invention, the wide-angle detection means converts the rotation angle into a rotation angle range of less than one rotation in the forward / reverse direction of the rotating body, performs wide-angle detection, performs angle detection including an error, and simultaneously performs detailed angle detection. Since the detecting means obtains the detailed angle within the angle range including the error from the detected detailed angle value in which a plurality of the same outputs exist, the rotation angle of the multi-rotational rotating body can be obtained with high accuracy.
[0044]
According to the invention of
[0045]
According to the third aspect of the invention, it is possible to obtain the same functions and effects as those of the first and second aspects.
[0046]
According to the fourth aspect of the present invention, the angle with respect to the detailed angle detection value is obtained from the positive / negative and slope of the periodic waveform of the wide angle detection value and the detailed angle detection value, and the angle is determined as the detailed angle detection value within the error range of the wide angle detection. Since the absolute rotation angle of the rotating body is obtained by obtaining the corresponding angle, the absolute angle of the multi-rotating rotating body can be detected with high accuracy by a relatively simple calculation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway plan view showing a steering angle sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a magnet and a Hall IC.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a control calculation unit.
FIG. 4 is a waveform chart detected by a wide angle detection unit and a detailed angle detection unit;
FIG. 5 is a waveform chart showing a state where the waveforms are normalized in the detection waveform chart shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for obtaining an absolute steering angle of the steering shaft by the control calculation means.
FIG. 7 is an output waveform diagram showing a relationship between a waveform α1 and a waveform V3.
FIG. 8 is a plan view showing a conventional rotation angle detection device.
FIG. 9 is a plan view showing a conventional magnetic field generator.
FIG. 10 is an output waveform diagram showing a hysteresis error included in a conventional detection value.
[Explanation of symbols]
15 Rotation angle detection device (steering angle sensor)
16 rotating body (steering shaft)
17 Wide angle detection means 18 Detailed angle detection means 19 Control calculation means α1 Wide angle detection value α2 Detailed angle detection value α Absolute steering angle
Claims (4)
前記詳細角度検出手段が、前記回転体の全回転角度範囲を正逆双方向において1回転以上の回転角度範囲に変換する第2のギア機構と、この第2のギア機構の出力軸に設けられて磁界を発生する第2の磁界発生装置と、この第2の磁界発生装置の近傍に設けられて前記回転体の回転角度を前記広範囲検出値より多い複数周期の周期波形とする詳細角度検出値として出力する磁気センサとからなることを特徴とする回転角度検出装置。2. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the wide-range angle detection means converts the rotation angle into a rotation angle range of less than one rotation in both forward and reverse directions of the entire rotation angle range of the rotating body. A first magnetic field generator that is provided on an output shaft of the first gear mechanism and generates a magnetic field; and a first magnetic field generator that is provided near the first magnetic field generator and has a rotational angle of at least one cycle. A magnetic sensor that outputs as a wide-range angle detection value that has a periodic waveform,
The detailed angle detecting means is provided on a second gear mechanism for converting the entire rotation angle range of the rotator into one or more rotation angle ranges in both forward and reverse directions, and on an output shaft of the second gear mechanism. A second magnetic field generator for generating a magnetic field, and a detailed angle detection value provided in the vicinity of the second magnetic field generator, wherein the rotation angle of the rotator is a plurality of periodic waveforms larger than the wide range detection value. And a magnetic sensor that outputs the rotation angle.
前記詳細角度検出値が原点を基準とする周期波形であり該詳細角度検出値の正負を判断し、
前記詳細角度検出値が正の値で前記広範囲角度検出値と前記詳細角度検出値の周期波形の傾きが同一のとき、前記広範囲角度検出値の誤差範囲内における前記詳細角度検出値に相当する角度を求めて前記回転体の絶対回転角度とし、
前記詳細角度検出値が正の値で前記広範囲角度検出値と前記詳細角度検出値の周期波形の傾きが異なるとき、前記詳細角度検出値に相当する角度を180度から引いた角度を詳細角度検出値として前記広範囲角度検出値の誤差範囲内における前記詳細角度検出値に相当する角度を求めて前記回転体の絶対回転角度とし、
前記詳細角度検出値が負の値で前記広範囲角度検出値と前記詳細角度検出値の周期波形の傾きが異なるとき、前記詳細角度検出値に相当する角度を180度から引いた角度を詳細角度検出値として前記広範囲角度検出値の誤差範囲内における前記詳細角度検出値に相当する角度を求めて前記回転体の絶対回転角度とし、
前記詳細角度検出値が負の値で前記広範囲角度検出値と前記詳細角度検出値の周期波形の傾きが同一のとき、前記詳細角度検出値に相当する角度に360度を加えた角度を詳細角度検出値として前記広範囲角度検出値の誤差範囲内における前記詳細角度検出値に相当する角度を求めて前記回転体の絶対回転角度とすることを特徴とする回転角度検出方法。A rotation angle detection method for a rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 3,
The detailed angle detection value is a periodic waveform based on the origin, and determines whether the detailed angle detection value is positive or negative,
When the detailed angle detection value is a positive value and the gradient of the periodic waveform of the wide angle detection value and the detailed angle detection value is the same, an angle corresponding to the detailed angle detection value within an error range of the wide angle detection value And the absolute rotation angle of the rotating body,
When the detailed angle detection value is a positive value and the slope of the periodic waveform of the wide angle detection value differs from the inclination of the periodic waveform of the detailed angle detection value, an angle obtained by subtracting an angle corresponding to the detailed angle detection value from 180 degrees is detected as a detailed angle. Obtain an angle corresponding to the detailed angle detection value within the error range of the wide-angle angle detection value as an absolute rotation angle of the rotating body as a value,
When the detailed angle detection value is a negative value and the slope of the periodic waveform of the wide range angle detection value differs from the inclination of the periodic waveform of the detailed angle detection value, an angle obtained by subtracting an angle corresponding to the detailed angle detection value from 180 degrees is used as the detailed angle detection. Obtain an angle corresponding to the detailed angle detection value within the error range of the wide-angle angle detection value as an absolute rotation angle of the rotating body as a value,
When the detailed angle detection value is a negative value and the gradient of the periodic waveform of the wide-angle angle detection value and the detailed angle detection value is the same, an angle obtained by adding 360 degrees to the angle corresponding to the detailed angle detection value is the detailed angle. A rotation angle detecting method, wherein an angle corresponding to the detailed angle detection value within an error range of the wide-angle angle detection value is obtained as a detection value, and the obtained angle is used as an absolute rotation angle of the rotating body.
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