JP2017129527A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶対回転角度の算出に追従して記憶部及び算出部の信頼性を確認することができる回転角度検出装置を提供すること。【解決手段】回転角度検出装置１０は、３６０°を越える回転角度を含むステアリングシャフト１１の絶対回転角度を異なる複数のロジックで算出する算出部２１と、複数のロジックが記憶されたＲＯＭ２４と、算出された複数の絶対回転角度を比較して、その差が予め設定された範囲内であれば正常と判定し、予め設定された範囲外であれば、異常と判定する判定部２２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、３６０°を越える回転角度を含む回転検出対象の絶対回転角度を検出する回転角度検出装置に関するものである。

車両のステアリングコラムの内部には、ステアリングの舵角を検出するための回転角度検出装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の回転角度検出装置は、ステアリングシャフトと一体的に回転する主動歯車にそれぞれ歯数の異なる第１及び第２の従動歯車を噛合させて、これら従動歯車の回転角度に基づいて主動歯車、つまりステアリングシャフトの回転角度を求めている。

特許文献１に記載の回転角度検出装置では、第１及び第２の従動歯車には磁石が一体回転可能に設けられるとともに、これら磁石に対応して磁気センサが設けられている。第１及び第２の従動歯車の回転に伴い磁石から発せられる磁束の方向が変化することで、磁気センサはこの磁束方向の変化に応じた角度情報信号を出力する。回転角度検出装置は、これらの角度情報信号に基づき主動歯車（ステアリングシャフト）の絶対回転角度（３６０°を越える回転角度を含む角度）を算出する。

特開２０１０−２３６９３５号公報

ところで、絶対回転角度は、磁気センサの角度情報信号に基づき、ＲＯＭ（記憶部）に記憶されたロジックでＣＰＵ（算出部）が演算することで求められる。そして、求められた絶対回転角度の信頼性を確認するために、例えばＲＯＭ（詳しくは記憶されたロジック）の信頼性を確認することが行われている。このような場合、例えば、ＲＯＭ内のデータを２バイトずつ加算した結果と、予め加算されてＲＯＭ内に記録されている答えとが一致しているか否かを確認することで、ＲＯＭに記憶されたロジックのデータが壊れていないことを確認するといったことが行われている。

しかしながら、上記のような確認方法では、演算に時間が掛かり、絶対回転角度を算出する周期（例えば、１ｍｓ）毎に信頼性を確認できないといった虞があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、絶対回転角度の算出に追従して記憶部及び算出部の信頼性を確認することができる回転角度検出装置を提供することにある。

上記課題を解決する回転角度検出装置は、３６０°を越える回転角度を含む回転検出対象の絶対回転角度を異なる複数のロジックで算出する算出部と、複数の前記ロジックが記憶された記憶部と、算出された複数の前記絶対回転角度を比較して、その差が予め設定された範囲内であれば正常と判定し、前記予め設定された範囲外であれば、異常と判定する判定部とを備える。

同構成によれば、異なる複数のロジックで算出された複数の絶対回転角度を比較して、その差が予め設定された範囲内であれば正常と判定し、予め設定された範囲外であれば、異常と判定する判定部を備えるため、絶対回転角度を算出する毎に（高速で）ロジックが記憶された記憶部及び絶対回転角度を算出する算出部の信頼性を確認することができる。

前記ロジックは、前記回転検出対象と一体回転する主動歯車に噛合されたそれぞれ歯数の異なる第１及び第２の従動歯車の各回転角度に基づいて前記絶対回転角度を算出する第１のロジックと、前記第１の従動歯車の回転角度の変位に応じて不揮発性メモリに記憶された周期数と、前記第１の従動歯車の回転角度とに基づいて前記絶対回転角度を算出する第２のロジックとを含むことが好ましい。

同構成によれば、第２のロジックは、第１のロジックで用いる第１の従動歯車を用いる構成であるため、例えば、ロジック毎にそれぞれ異なる部品を用いるような構成に比べて、装置が大型化しないようにすることができる。

前記ロジックは、３つ以上であり、前記判定部は、算出した３つ以上の前記絶対回転角度をそれぞれ比較して、正常と判定された場合の絶対回転角度に基づいて出力する絶対回転角度を決定することが好ましい。

同構成によれば、判定部は、算出した３つ以上の前記絶対回転角度をそれぞれ比較して、正常と判定された場合の絶対回転角度に基づいて出力する絶対回転角度を決定するため、例えば、一部の比較で異常と判定された場合でもその絶対回転角度が除かれて、高確率で正しいと思われる絶対回転角度を出力することが可能となる。

前記ロジックは、前記第２の従動歯車の回転角度の変位に応じて不揮発性メモリに記憶された周期数と、前記第２の従動歯車の回転角度とに基づいて前記絶対回転角度を算出する第３のロジックを含むことが好ましい。

同構成によれば、第３のロジックは、第１のロジックで用いる第２の従動歯車を用いる構成であるため、例えば、ロジック毎にそれぞれ異なる部品を用いるような構成に比べて、装置が大型化しないようにすることができる。

本発明の回転角度検出装置では、絶対回転角度の算出に追従して記憶部及び算出部の信頼性を確認することができる。

一実施形態における回転角度検出装置の概略構成を示すブロック図。 一実施形態における第２のロジックを説明するための特性図。

以下、回転角度検出装置の一実施形態を図１及び図２に従って説明する。
図１に示すように、回転角度検出装置１０は、ステアリングホイールと操舵輪とを連結するステアリングシャフト１１の周囲に配設される図示しないステアリングコラム等の構造体に固定される箱体状のハウジング１２を備えている。このハウジング１２内には、ステアリングシャフト１１に一体回転可能に且つ同軸状に外嵌固定された主動歯車１３が収容されるとともに、該主動歯車１３に噛合された第１の従動歯車１４及び第２の従動歯車１５が回転可能に支持されている。なお、本実施形態では、ステアリングシャフト１１が回転検出対象を構成している。

第１及び第２の従動歯車１４，１５はそれぞれ歯数が異なるように設けられている。このため、ステアリングシャフト１１の回転に連動して主動歯車１３が回転した場合、主動歯車１３の回転角度に対する第１の従動歯車１４の回転角度α及び第２の従動歯車１５の回転角度βはそれぞれ異なった値となる。例えば主動歯車１３の歯数をｎ、第１の従動歯車１４の歯数をｍ、第２の従動歯車１５の歯数をＬとした場合、主動歯車１３が１回転したときには、第１の従動歯車１４はｎ／ｍ回転、第２の従動歯車１５はｎ／Ｌ回転する。

図１に破線で示すように、第１の従動歯車１４には、永久磁石である第１磁石１６が一体回転可能に設けられている。また、第１磁石１６の近傍、例えばその直下には、第１磁石１６から発せられる磁界を検出する第１磁気センサ１８が配設されている。第２の従動歯車１５には、永久磁石である第２磁石１７が一体回転可能に設けられている。また、第２磁石１７の近傍、例えばその直下には、第２磁石１７から発せられる磁界を検出する第２磁気センサ１９が配設されている。第１磁気センサ１８及び第２磁気センサ１９としては、例えば４つの磁気抵抗素子（ＭＲＥ）がブリッジ状に接続されてなるいわゆるＭＲセンサが採用可能である。磁気抵抗素子の抵抗値は、与えられる磁界、詳しくは磁束の向きに応じて変化する。そして、第１磁気センサ１８及び第２磁気センサ１９は、それらに与えられる磁界の変化、詳しくは磁束の向きの変化に応じて前述したブリッジ状の回路の中点電位を磁束の検出信号である角度情報信号としてハウジング１２内に配設された制御装置２０に出力する。

制御装置２０は、算出部２１及び判定部２２の機能を果たすＣＰＵ（中央演算装置）２３、記憶部としてのＲＯＭ（読み出し専用メモリ）２４、ＲＡＭ（随時アクセスメモリ）２５及び不揮発性メモリ２６等を備えている。ＲＯＭ２４には、ステアリングシャフト１１の絶対回転角度（３６０°を越える回転角度を含む角度）θ１，θ２を算出するための異なる複数のロジック（詳しくはそのプログラムのデータ）が記憶されている。そして、ＣＰＵ２３の算出部２１は、例えば、１ｍｓ毎に、ステアリングシャフト１１の絶対回転角度θ１，θ２を、ＲＯＭ２４に記憶された異なる複数のロジックで算出する。

具体的には、本実施形態の複数のロジックは、前記第１及び第２の従動歯車１４，１５の各回転角度（３６０°以内の角度）α，βに基づいて前記絶対回転角度θ１を算出する第１のロジックを含む。

次に、第１のロジックによるステアリングシャフト１１の絶対回転角度θ１の具体的な算出方法を以下に示す。
まず、第１磁気センサ１８及び第２磁気センサ１９から入力される前記角度情報信号に基づいて得られる第１の従動歯車１４の回転角度α及び第２の従動歯車１５の回転角度βを用いて、それらの差Δａｂから以下のように仮の絶対回転角度θａｂを求める。

θａｂ＝（ｍＬ／（ｎ（Ｌ−ｍ）））×Δａｂ
但し、ｎは主動歯車１３の歯数、ｍは第１の従動歯車１４の歯数、Ｌは第２の従動歯車１５の歯数。

また、第１の従動歯車１４の回転角度αに対するステアリングシャフト１１の回転角度θａを以下のように求める。
θａ＝（ｍ／ｎ）×α
また、前記仮の絶対回転角度θａｂと前記回転角度θａとから第１の従動歯車１４の周期数ｉを以下のように求める。

ｉ＝（θａｂ−θａ）／（（ｍ／ｎ）×３６０ｄｅｇ）
そして、前記回転角度θａと前記周期数ｉとから絶対回転角度θ１を以下のように求める。

θ１＝θａ＋（ｍ／ｎ）×３６０ｄｅｇ×ｉ
また、本実施形態の複数のロジックは、第１の従動歯車１４の回転角度αの変位に応じて不揮発性メモリ２６に記憶された周期数ｉ′と、第１の従動歯車１４の回転角度αとに基づいて前記絶対回転角度θ２を算出する第２のロジックを含む。

次に、第２のロジックによるステアリングシャフト１１の絶対回転角度θ２の具体的な算出方法を以下に示す。
絶対回転角度を算出する周期（例えば、１ｍｓ）毎に、第１磁気センサ１８から入力される前記角度情報信号に基づいて得られる第１の従動歯車１４の回転角度αを用いて、今回の回転角度αから前回の回転角度αを減算する。そして、その算出値が予め設定された値Ｎ以上であれば、周期数ｉ′を−１し、その算出値が予め設定された値−Ｎ以下であれば、周期数ｉ′を＋１して、不揮発性メモリ２６に記憶させる。なお、Ｎは、例えば１８０ｄｅｇに設定される。

即ち、
今回の回転角度α−前回の回転角度α≧Ｎ・・・（式１）
が成立すると、不揮発性メモリ２６に記憶された周期数ｉ′の値を−１（デクリメント）して、その値を最新の周期数ｉ′として不揮発性メモリ２６に記憶させる。

また、
今回の回転角度α−前回の回転角度α≦−Ｎ・・・（式２）
が成立すると、不揮発性メモリ２６に記憶された周期数ｉ′の値を＋１（インクリメント）して、その値を最新の周期数ｉ′として不揮発性メモリ２６に記憶させる。

例えば、図２に示すように、第１の従動歯車１４の回転角度αがα１の位置からα２の位置に変位すると、上記（式１）が成立して、周期数ｉ′の値が０から−１に書き換えられる。

また、例えば、図２に示すように、第１の従動歯車１４の回転角度αがα３の位置からα４の位置に変位すると、上記（式２）が成立して、周期数ｉ′の値が０から＋１に書き換えられる。

そして、前記回転角度αと前記周期数ｉ′とから絶対回転角度θ２を以下のように求める。
θ２＝（α＋（３６０ｄｅｇ×ｉ′））×（ｍ／ｎ）
そして、ＣＰＵ２３の判定部２２は、上記のように算出された前記絶対回転角度θ１，θ２を比較して、その差が予め設定された範囲である誤差の範囲Δｄ内であれば正常と判定し、前記誤差の範囲Δｄ外であれば、異常と判定する。なお、前記誤差の範囲Δｄは、それぞれのロジックで算出される絶対回転角度θ１，θ２で発生する誤差を足し算した範囲である。

そして、正常と判定された場合、本実施形態の判定部２２は、絶対回転角度θ１，θ２の平均値を（最終的な）絶対回転角度θとして決定し、図示しない車両ＥＣＵ等に出力する。また、異常と判定された場合、判定部２２は、例えば、異常である旨の信号を図示しない車両ＥＣＵに出力し、車両ＥＣＵは図示しない警告ランプを点灯させる。

次に、上記のように構成された回転角度検出装置の作用について説明する。
例えば、１ｍｓ毎に、ＣＰＵ２３の算出部２１によって、複数のロジックでステアリングシャフト１１の絶対回転角度θ１，θ２が算出される。そして、ＣＰＵ２３の判定部２２によって、算出された前記絶対回転角度θ１，θ２が比較されて、その差が予め設定された範囲である誤差の範囲Δｄ内であれば正常と判定され、前記誤差の範囲Δｄ外であれば、異常と判定される。そして、正常と判定された場合、判定部２２によって、絶対回転角度θ１，θ２の平均値が（最終的な）絶対回転角度θとして決定されて、車両ＥＣＵ等に出力される。また、異常と判定された場合、判定部２２によって、異常である旨の信号が車両ＥＣＵに出力されて、車両ＥＣＵによって警告ランプが点灯される。

次に、上記実施形態の特徴的な効果を以下に記載する。
（１）異なる複数のロジック（第１及び第２のロジック）で算出された複数の絶対回転角度θ１，θ２を比較して、その差が予め設定された範囲である誤差の範囲Δｄ内であれば正常と判定し、予め設定された範囲外であれば、異常と判定する判定部２２を備える。よって、絶対回転角度θを算出する毎に（例えば１ｍｓ毎の高速で）ロジックが記憶されたＲＯＭ２４及び絶対回転角度θ１，θ２を算出するＣＰＵ２３（算出部２１）の信頼性、ひいては絶対回転角度θの信頼性が高いことを確認することができる。

（２）第２のロジックは、第１のロジックで用いる第１の従動歯車１４を用いる構成であるため、例えば、ロジック毎にそれぞれ異なる部品を用いるような構成に比べて、装置が大型化しないようにすることができる。

（３）判定部２２は、正常と判定された場合の絶対回転角度θ１，θ２の平均値を、出力する絶対回転角度θとして決定するため、例えば、それぞれのロジックで算出される絶対回転角度θ１，θ２で発生する誤差が同程度の場合、出力する絶対回転角度θの精度を高くすることができる。

上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、複数のロジックを第１及び第２のロジックの２つとしたが、これに限定されず、３つ以上としてもよい。この場合、判定部２２は、算出した３つ以上の絶対回転角度をそれぞれ比較して、正常と判定された場合の絶対回転角度に基づいて出力する絶対回転角度を決定することが好ましい。

例えば、複数のロジックは、上記実施形態の第１及び第２のロジックに加えて、第２の従動歯車１５の回転角度βの変位に応じて不揮発性メモリ２６に記憶された周期数ｉ′と、第２の従動歯車１５の回転角度βとに基づいて絶対回転角度θ３を算出する第３のロジックを含むようにしてもよい。なお、この第３のロジックは、第２の従動歯車１５の歯数（Ｌ）に対応したロジックでありつつそれ以外は第２のロジックと同様であるため、その詳細な説明は省略する。

そして、例えば、この例の判定部２２は、算出された絶対回転角度θ１，θ２の比較、絶対回転角度θ１，θ３の比較、絶対回転角度θ２，θ３の比較をそれぞれ行い、それぞれ差が予め設定された範囲である誤差の範囲Δｄ内であれば正常と判定し、前記誤差の範囲Δｄ外であれば、異常と判定する。そして、例えば、第１のロジックを記憶したデータの領域が破損している場合であって、絶対回転角度θ１，θ２を比較した結果及び絶対回転角度θ１，θ３を比較した結果が誤差の範囲Δｄ外で異常と判定された場合、判定部２２は正常と判定された絶対回転角度θ２，θ３に基づいて出力する絶対回転角度θを決定するようにしてもよい。

このようにすると、判定部２２は、算出した３つ以上の絶対回転角度θ１，θ２，θ３をそれぞれ比較して、正常と判定された場合の絶対回転角度に基づいて出力する絶対回転角度θを決定するため、例えば、一部の比較で異常と判定された場合でもその絶対回転角度が除かれて、高確率で正しいと思われる絶対回転角度θを出力することが可能となる。よって、例えば、一部の比較で異常と判定された場合でも、使用者は、修理や交換をするまで高確率で正しいと思われる絶対回転角度を用いた機能を利用することが可能となる。

また、第３のロジックは、第１のロジックで用いる第２の従動歯車１５を用いる構成であるため、例えば、ロジック毎にそれぞれ異なる部品を用いるような構成に比べて、装置が大型化しないようにすることができる。

また、複数のロジックは、絶対回転角度を算出できるものであれば、上記した第１〜第３のロジック以外のロジックを含めてもよい。
・上記実施形態では、判定部２２は、正常と判定された場合の絶対回転角度θ１，θ２の平均値を、出力する絶対回転角度θとして決定するとしたが、これに限定されず、例えば、いずれか１つを絶対回転角度θとして決定するようにしてもよい。

・上記実施形態では、回転検出対象がステアリングシャフト１１である回転角度検出装置に具体化したが、ステアリングシャフト１１以外の回転検出対象の絶対回転角度を検出するための回転角度検出装置に具体化してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記判定部は、正常と判定された場合の絶対回転角度の平均値を、出力する絶対回転角度として決定する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。

同構成によれば、判定部は、正常と判定された場合の絶対回転角度の平均値を、出力する絶対回転角度として決定するため、例えば、それぞれのロジックで算出される絶対回転角度で発生する誤差が同程度の場合、出力する絶対回転角度の精度を高くすることができる。

１１…ステアリングシャフト（回転検出対象）、１３…主動歯車、２１…算出部、１４…第１の従動歯車、１５…第２の従動歯車、２２…判定部、２４…ＲＯＭ（記憶部）、２６…不揮発性メモリ、θ…絶対回転角度、α，β…回転角度。

Claims (4)

1. ３６０°を越える回転角度を含む回転検出対象の絶対回転角度を異なる複数のロジックで算出する算出部と、
   複数の前記ロジックが記憶された記憶部と、
   算出された複数の前記絶対回転角度を比較して、その差が予め設定された範囲内であれば正常と判定し、前記予め設定された範囲外であれば、異常と判定する判定部と
   を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。
2. 前記ロジックは、
   前記回転検出対象と一体回転する主動歯車に噛合されたそれぞれ歯数の異なる第１及び第２の従動歯車の各回転角度に基づいて前記絶対回転角度を算出する第１のロジックと、
   前記第１の従動歯車の回転角度の変位に応じて不揮発性メモリに記憶された周期数と、前記第１の従動歯車の回転角度とに基づいて前記絶対回転角度を算出する第２のロジックとを含む
   請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記ロジックは、３つ以上であり、
   前記判定部は、算出した３つ以上の前記絶対回転角度をそれぞれ比較して、正常と判定された場合の絶対回転角度に基づいて出力する絶対回転角度を決定する
   請求項１又は２に記載の回転角度検出装置。
4. 前記ロジックは、
   前記第２の従動歯車の回転角度の変位に応じて不揮発性メモリに記憶された周期数と、前記第２の従動歯車の回転角度とに基づいて前記絶対回転角度を算出する第３のロジックを含む
   請求項２に従属する請求項３に記載の回転角度検出装置。

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