JP2007263840A

JP2007263840A - 絶対角度検出装置

Info

Publication number: JP2007263840A
Application number: JP2006091091A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Sano; 正佐野
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP4680814B2

Abstract

【課題】Ｍコードなどのチェーンコードを利用した分解能が高い絶対角度検出装置を提供する。
【解決手段】コード板１にインクリメンタル信号列２並びに第１及び第２のデジタル信号列３，４とを形成し、これらの各信号列に対応して４個の検出素子５，６，７，８を配置する。第１及び第２のデジタル信号列３，４を、Ａ相パルスのパルス幅内（隣接するビットの間）で第１デジタル信号列３から検出される第１コードパルスＣ１の反転の有無と、Ａ相パルスよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスのパルス幅内で第２デジタル信号列４から検出される第２コードパルスＣ２の反転の有無とを順に並べたとき、所定ビット数のチェーンコードが生成されるように形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶対角度検出装置に係り、特に、Ｍコードなどのチェーンコードを利用した絶対角度検出装置の分解能を改善する手段に関する。

従来より、自動車の操舵角検出装置などに利用される絶対角度検出装置として、ステアリング軸などの回転体と一体回転するコード板に形成された信号列に沿って複数個の検出素子を所要の配列で配置し、コード板の回転に伴って各検出素子から出力される各パルス信号からデジタルコードを生成することにより回転体の絶対回転位置を検出するものが提案されている。

図６及び図７は従来より知られているこの種の絶対角度検出装置の一例を示す図であり、図６はコード板上でのトラックの分配を示す概略図、図７は個々の検出素子から出力される出力信号とこれらの各出力信号から生成される８ビットコード語の説明図である。図６に示すように、本例の絶対角度検出装置は、コード板１００に絶対値コードを示すためのインクリメンタルトラック１０１とコードトラック１０２とが同心円状に形成され、インクリメンタルトラック１０１に沿って２つの検出素子１０３，１０４が配置されると共に、コードトラック１０２に沿って１つの検出素子１０５が配置されている（例えば、特許文献１参照。）。

図７（ａ），（ｂ）に示すように、インクリメンタルトラック１０１に沿って配置された２つの検出素子１０３，１０４からは、コード板１００の回転に伴い位相が９０°ずれたＡ相パルスとＢ相パルスとが出力される。また、図７（ｃ）に示すように、コードトラック１０２に沿って配置された１つの検出素子１０５からは、コード板１００の回転に伴いコードパルスが出力される。

コードトラック１０２は、図７（ｃ），（ｄ）に示すように、Ａ相パルスの立上りからそれよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスの立上りまでの間にコードパルスの立上りがある場合に符号“１”を割り当て、コードパルスの立上りがない場合に符号“０”を割り当てたとき、コード板１００の回転に伴って６ビットのチェーンコードが得られ、かつＡ相パルスの立上り及びＢ相パルスの立上りをそれぞれ符号“１”として付加したときに８ビットのチェーンコードが得られるように形成される。これにより、本例の絶対角度検出装置においては、２４０個の異なる角度値を定めることができる。
特表２０００−５０４４０９号公報

しかしながら、従来例に係る絶対角度検出装置は、Ａ相パルスの立上りからそれよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスの立上りまでの間にコードパルスの立上りがあるか否かを検出するので、高分解能の角度検出を行うことが難しいという問題がある。

即ち、図８にハッチングで示すように、検出素子から出力されるパルス信号の立上り及び立下りには、トラックの製造誤差、組立時における検出素子の配列誤差、及び使用時におけるコード板又は検出素子の振動などにより、ある程度の揺らぎが生じるのが普通である。したがって、Ａ相パルスの立上りからそれよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスの立上りまでの間においてコードパルスの立上りの有無を確実に検出するためには、Ａ相パルス及びＢ相パルスのパルス幅を十分に大きく設定しなくてはならず、構造的に検出角度の分解能を高めることが困難である。

本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであり、その目的は、Ｍコードなどのチェーンコードを利用した分解能が高い絶対角度検出装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、第１に、コード板と、当該コード板に形成されたインクリメンタル信号列並びに第１及び第２のデジタル信号列と、これらの各信号列に対応して配置された複数の検出素子とを備え、前記インクリメンタル信号列から検出されるＡ相パルスのパルス幅内、即ち、隣接するビットの間（立上りのビットと立下りのビットの間、又は、立下りのビットと立上りのビットとの間）で前記第１デジタル信号列から検出される第１コードパルスの反転の有無と、前記インクリメンタル信号列から検出され前記Ａ相パルスよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスのパルス幅内で前記第２デジタル信号列から検出される第２コードパルスの反転の有無とを順次検出し、コードパルスの反転があったときに符号“１”を割り当てると共にコードパルスの反転がなかったときに符号“０”を割り当て、これらの各符号を出力順に並べたとき、所定ビット数のチェーンコードが生成されるように前記第１及び第２のデジタル信号列を形成するという構成にした。

また、本発明は、第２に、コード板と、当該コード板に形成されたインクリメンタル信号列並びに第１及び第２のデジタル信号列と、これらの各信号列に対応して配置された複数の検出素子と、これら複数の検出素子から出力される信号を取り込んで前記コード板の回転角度に相当する絶対角度信号を出力する演算処理部とを備え、前記インクリメンタル信号列から検出されるＡ相パルスのパルス幅内で前記第１デジタル信号列から検出される第１コードパルスの反転の有無と、前記インクリメンタル信号列から検出され前記Ａ相パルスよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスのパルス幅内で前記第２デジタル信号列から検出される第２コードパルスの反転の有無とを順次検出し、コードパルスの反転があったときに符号“１”を割り当てると共にコードパルスの反転がなかったときに符号“０”を割り当て、これらの符号を出力順に並べたとき、所定ビット数のチェーンコードが生成されるように前記第１及び第２のデジタル信号列が形成され、前記演算処理部は、前記“１”及び“０”の符号を出力順に組み合わせて所定ビット数のチェーンコードを生成し、生成された前記チェーンコードを前記演算処理部内に予め記憶されたテーブルと対照して各チェーンコードに対応する絶対角度信号を出力するという構成にした。

かかる構成によると、Ａ相パルスのパルス幅内で第１コードパルスの反転の有無を検出し、Ａ相パルスよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスのパルス幅内で第２コードパルスの反転の有無を検出するので、Ａ相パルスの立上りからそれよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスの立上りまでの間においてコードパルスの立上りの有無を検出する場合に比べて、第１及び第２のデジタル信号列の形成マージンを大きくすることができる。

また、本発明は、前記第１又は第２の絶対角度検出装置において、前記Ａ相パルスの立上りのビット及び立下りのビットのタイミングで前記第１コードパルスが反転せず、かつ前記Ｂ相パルスの立上りのビット及び立下りのビットのタイミングで前記第２コードパルスが反転しないという構成にした。

かかる構成によると、Ａ相パルスの立上り及び立下りのタイミングで第１コードパルスが反転せず、かつＢ相パルスの立上り及び立下りのタイミングで第２コードパルスが反転しないので、Ａ相パルスのパルス幅内における第１コードパルスの反転回数及びＢ相パルスのパルス幅内における第２コードパルスの反転回数を確実に検出することができる。

また、本発明は、前記第２の絶対角度検出装置において、前記演算処理部は、前記チェーンコードに対応する絶対角度信号が確定された直後から、当該チェーンコードに対応する絶対角度信号による角度情報と前記Ａ相パルス又は前記Ｂ相パルスのパルス数をカウントすることにより算出される前記コード板の回転角度とを対比して、一致するときに前記絶対角度信号を出力することが望ましい。

かかる構成によると、絶対角度信号の誤りを検出することができるので、絶対角度検出装置のフェールセーフ性を確保することができる。

本発明の絶対角度検出装置は、Ａ相パルスのパルス幅内で第１コードパルスの反転の有無を検出し、Ａ相パルスよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスのパルス幅内で第２コードパルスの反転の有無を検出するので、Ａ相パルスの立上りからそれよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスの立上りまでの間においてコードパルスの立上りの有無を検出する場合に比べて第１及び第２のデジタル信号列の形成マージンを大きくすることができ、Ａ相パルス及びＢ相パルスのパルス幅の狭小化による分解能の向上、又はＡ相パルスのパルス幅内及びＢ相パルスのパルス幅内における第１コードパルス及び第２コードパルスの反転回数の増加による分解能の向上を図ることができる。

以下、本発明に係る絶対角度検出装置の実施形態を、図１乃至図５に基づいて説明する。図１は実施形態に係る絶対角度検出装置の構成図、図２は実施形態に係る絶対角度検出装置におけるチェーンコードの生成原理を示す説明図、図３及び図４は実施形態に係る絶対角度検出装置で生成されるチェーンコードとコード板の絶対回転角度との関係を示す表図、図５は実施形態に係る絶対角度検出装置の効果を示す波形図である。

図１に示すように、本例の絶対角度検出装置は、コード板１と、当該コード板１に形成されたインクリメンタル信号列２並びに第１及び第２のデジタル信号列３，４と、これらの各信号列２，３，４に対応して配置された４個の検出素子５，６，７，８と、これら複数の検出素子５，６，７，８から出力される各検出信号ＳｉｇｎａｌＡ，ＳｉｇｎａｌＢ，ＳｉｇｎａｌＣ１，ＳｉｇｎａｌＣ２を取り込んでコード板の回転角度に相当する絶対角度信号を出力する演算処理部９とからなる。

コード板１は、例えばステアリング軸などの図示しない回転体に連結され、回転体と一体的に回転される。

図２に示すように、インクリメンタル信号列２及びこれに対応して配置された２個の検出素子５，６は、インクリメンタル信号列２から位相が９０°ずれたＡ相信号（ＳｉｇｎａｌＡ）とＢ相信号（ＳｉｇｎａｌＢ）を出力するように構成される。また、第１のデジタル信号列３とこれに対応して配置された検出素子７は、Ａ相信号のパルス幅内で予め定められた所定の反転回数だけ反転する第１コードパルス（ＳｉｇｎａｌＣ１）を出力するように構成される。さらに、第２のデジタル信号列４とこれに対応して配置された検出素子８は、Ｂ相信号のパルス幅内で予め定められた所定の反転回数だけ反転する第２コードパルス（ＳｉｇｎａｌＣ２）を出力するように構成される。ここで、パルス幅とは、隣接するビットの間（立上りのビットと立下りのビットとの間、又は、立下りのビットと立上りのビットとの間）のパルスの幅をいう。

即ち、図２の例では、コード板１が回転を開始してから第１番目のＡ相信号の立下りから立上りまでのパルス幅内で第１コードパルスＣ１が反転せず、当該第１番目のＡ相信号の立下りから位相が９０°ずれたＢ相信号の立下りから立上りまでのパルス幅内では第２コードパルスＣ２が反転する。次に、第１番目のＡ相信号の立上りから立下りまでのパルス幅内で第１コードパルスＣ１が反転し、当該第１番目のＡ相信号の立上りから位相が９０°ずれたＢ相信号の立上りから立下りまでのパルス幅内では第２コードパルスＣ２が反転しない。このように、Ａ相信号のパルス幅内での第１コードパルスＣ１の反転の有無とＢ相信号のパルス幅内での第２コードパルスＣ２の反転の有無とを順次検出して、反転がある場合に符号“１”を割り当て、反転がない場合に符号“０”を割り当て、出力順に並べると、図２に示すように、（０１１０００００１０１０００００１００１００００１０１０１００００１０００１００００１）となり、９ステップのチェーンコードを構成している。

演算処理部９には、図３及び図４に示すように、コード板１の絶対角度と、９ステップのチェーンコードとの関係を示すテーブルが記憶されており、この演算処理部９は、９ステップのチェーンコードが検出されるごとに、図３及び図４のテーブルと照合して当該９ステップのチェーンコードに相当するコード板１の絶対角度信号を出力する。なお、図３及び図４においては、１８０°分のテーブルしか示されていないが、１８１°〜３６０°については、０°〜１８０°までの各ステップが繰り返され、かつ第１コードパルスＣ１と第２コードパルスＣ２の位置が逆転するため。３６０°までの絶対角度の検出を行うことができる。

本例の絶対角度検出装置は、Ａ相パルスのパルス幅内で第１コードパルスＣ１の反転の有無を検出し、Ａ相パルスよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスのパルス幅内で第２コードパルスＣ２の反転の有無を検出するので、図５に示すように、Ａ相パルスの立上りからそれよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスの立上りまでの間においてコードパルスの立上りの有無を検出する場合に比べて第１及び第２のデジタル信号列Ｃ１，Ｃ２の形成マージンを大きくすることができ、Ａ相パルス及びＢ相パルスのパルス幅の狭小化による分解能の向上、又はＡ相パルスのパルス幅内及びＢ相パルスのパルス幅内における第１コードパルスＣ１及び第２コードパルスＣ２の反転回数の増加による分解能の向上を図ることができる。

また、本例の絶対角度検出装置は、Ａ相パルスの立上り（立上りのビット）及び立下り（立下りのビット）のタイミングで第１コードパルスＣ１が反転せず、かつＢ相パルスの立上り及び立下りのタイミングで第２コードパルスＣ２が反転しないので、Ａ相パルスのパルス幅内における第１コードパルスＣ１の反転回数及びＢ相パルスのパルス幅内における第２コードパルスＣ２の反転回数を確実に検出することができる
なお、前記絶対角度検出装置においては、チェーンコードに対応する絶対角度信号が確定された直後から、当該チェーンコードに対応する絶対角度信号による角度情報とＡ相パルス又はＢ相パルスのパルス数をカウントすることにより算出されるコード板１の回転角度とを対比して、一致するときに絶対角度検出信号を出力すると、絶対角度信号の誤りを検出することができるので、絶対角度検出装置のフェールセーフ性を確保することができる。

実施形態に係る絶対角度検出装置の構成図である。実施形態に係る絶対角度検出装置におけるチェーンコードの生成原理を示す説明図である。実施形態に係る絶対角度検出装置で生成されるチェーンコードとコード板の絶対回転角度（０゜〜８９．５゜）との関係を示す表図である。実施形態に係る絶対角度検出装置で生成されるチェーンコードとコード板の絶対回転角度（９０゜〜１７９．５゜）との関係を示す表図である。実施形態に係る絶対角度検出装置の効果を示す波形図である。従来例に係る絶対角度検出装置のコード板上でのトラックの分配を示す概略図である。従来例に係る絶対角度検出装置における個々の検出素子から出力される出力信号とこれらの各出力信号から生成される８ビットコード語の説明図である。従来例に係る絶対角度検出装置の問題点を示す波形図である。

符号の説明

１コード板
２インクリメンタル信号列
３第１のデジタル信号列
４第２のデジタル信号列
５，６，７，８検出素子
９演算処理部
ＳｉｇｎａｌＡＡ相信号
ＳｉｇｎａｌＢＢ相信号
ＳｉｇｎａｌＣ１第１コードパルス
ＳｉｇｎａｌＣ２第２コードパルス

Claims

コード板と、当該コード板に形成されたインクリメンタル信号列並びに第１及び第２のデジタル信号列と、これらの各信号列に対応して配置された複数の検出素子とを備え、
前記インクリメンタル信号列から検出されるＡ相パルスのパルス幅内で前記第１デジタル信号列から検出される第１コードパルスの反転の有無と、前記インクリメンタル信号列から検出され前記Ａ相パルスよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスのパルス幅内で前記第２デジタル信号列から検出される第２コードパルスの反転の有無とを順次検出し、コードパルスの反転があったときに符号“１”を割り当てると共にコードパルスの反転がなかったときに符号“０”を割り当て、これらの各符号を出力順に並べたとき、所定ビット数のチェーンコードが生成されるように前記第１及び第２のデジタル信号列を形成したことを特徴とする絶対角度検出装置。
コード板と、当該コード板に形成されたインクリメンタル信号列並びに第１及び第２のデジタル信号列と、これらの各信号列に対応して配置された複数の検出素子と、これら複数の検出素子から出力される信号を取り込んで前記コード板の回転角度に相当する絶対角度信号を出力する演算処理部とを備え、
前記インクリメンタル信号列から検出されるＡ相パルスのパルス幅内で前記第１デジタル信号列から検出される第１コードパルスの反転の有無と、前記インクリメンタル信号列から検出され前記Ａ相パルスよりも位相が９０°遅れたＢ相パルスのパルス幅内で前記第２デジタル信号列から検出される第２コードパルスの反転の有無とを順次検出し、コードパルスの反転があったときに符号“１”を割り当てると共にコードパルスの反転がなかったときに符号“０”を割り当て、これらの符号を出力順に並べたとき、所定ビット数のチェーンコードが生成されるように前記第１及び第２のデジタル信号列が形成され、
前記演算処理部は、前記“１”及び“０”の符号を出力順に組み合わせて所定ビット数のチェーンコードを生成し、生成された前記チェーンコードを前記演算処理部内に予め記憶されたテーブルと対照して各チェーンコードに対応する絶対角度信号を出力することを特徴とする絶対角度検出装置。
前記Ａ相パルスの立上り及び立下りのタイミングで前記第１コードパルスが反転せず、かつ前記Ｂ相パルスの立上り及び立下りのタイミングで前記第２コードパルスが反転しないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の絶対角度検出装置。
前記演算処理部は、前記チェーンコードに対応する絶対角度信号が確定された直後から、当該チェーンコードに対応する絶対角度信号による角度情報と前記Ａ相パルス又は前記Ｂ相パルスのパルス数をカウントすることにより算出される前記コード板の回転角度とを対比して、一致するときに前記絶対角度信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の絶対角度検出装置。