JP2021071444A - 回転角検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、回転角検出装置10は、図示しないステアリングに一体回転可能に連結されたステアリングシャフト11に組み付けられている。回転角検出装置10は、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された主動歯車13が収容されるとともに、当該主動歯車13と連動して回転する第1従動歯車14及び第2従動歯車15が収容されている。本例の第1従動歯車14は、主動歯車13に噛合し、第2従動歯車15は、第1従動歯車14に噛合している。
角度演算部21による主動歯車13の絶対回転角度θの演算処理について説明する。
主動歯車13の絶対回転角度θと、第1従動歯車14の絶対回転角度α´には、それらの歯数z、mにより、次式(1)で示される関係が成立する。
第1従動歯車14の絶対回転角度α´は、次式(2)のように表せる。
α´=α+iΩ・・・(2)
ここで、αは、前述の第1磁気センサ18の検出範囲Ωにおける第1従動歯車14の回転角度である。iは、第1磁気センサ18の回転情報としての周期数(回転数)を示す。周期数iは、第1磁気センサ18の検出範囲Ωを何回繰り返しているのかを示す値であり、整数値(0周期、1周期、2周期・・・)である。
θ=m(α+iΩ)/z・・・(3)
角度演算部21は、この式(3)に基づいて、主動歯車13の絶対回転角度θを求める。すなわち、第1従動歯車14の回転角度αと周期数iとが分かれば、主動歯車13の絶対回転角度θを算出可能である。このように、絶対回転角度θは、周期数i(回転数)と回転角度α(又はβでも可)とを基に算出される。
角度演算部21により周期数iを求める考え方を説明する。前述した歯数の違いにより、主動歯車13がθだけ回転したときの、第1従動歯車14の絶対回転角度α´及び第2従動歯車15の絶対回転角度β´は異なる。絶対回転角度α´と絶対回転角度β´の差には、以下のような関係が成立する。
これより、主動歯車13の絶対回転角度θは、次式(4)のように表せる。
θ=Δab・mL/z(L−m)・・・(4)
ここで、Δabは「α´−β´」を示している。Δabは回転角度α及び回転角度βによって、次のように算出できる。
・Δab=α−β+Ω (α−β<0)
式(3)及び式(4)から、周期数iは次式(5)により求められる。
ただし、θab及びθaは、次のようにして算出される値である。
・θab=Δab・mL/z(L−m)
{Δab=α−β (α−β≧0)、Δab=α−β+Ω (α−β<0)}
・θa=mα/z
角度演算部21は、式(5)に基づいて、回転角度α及び回転角度βから第1従動歯車14の周期数iを求める。このように、周期数i(回転数)は、差Δabと回転角度α(又はβでも可)とを基に算出される。
マイクロコンピュータ20は、回転角検出装置10の初期設定を行う初期設定部22を備える。初期設定部22は、例えば回転角検出装置10の組み立て時、組み立て後、及び車両への搭載後などの初期の検査時に、一連の初期設定を実行する。初期設定は、例えば回転角検出装置10の出荷前に実施されることが好ましい。初期設定部22は、第1磁気センサ18及び第2磁気センサ19のセンサ出力のゼロ点を調整するゼロ点調整部23を備えている。
図3に破線で示すように、第1磁気センサ18及び第2磁気センサ19の出力には、誤差が含まれることがある。これは、例えば歯車の寸法のばらつき、組付け位置のばらつき、及び、歯車間のバックラッシなどに起因する。これにより、回転角度α及び回転角度βは、主動歯車13の絶対回転角度θに対して直線的に変化する理論的な値(図3の実線)と比べて、プラス側又はマイナス側にずれる誤差を含んだ値となる。この誤差の大きさや正負の方向は、主動歯車13の絶対回転角度θの変化に伴い不規則に変化している。
i=(mα−Lβ)/{(L−m)Ω}・・・(6)
式(6)の関係により、例えば「α−β」が大きくなるように誤差を含む場合、ずれ量mod_iは、プラス側に生じる。一方、例えば「α−β」が小さくなるように誤差を含む場合、ずれ量mod_iは、マイナス側に生じる。ずれ量mod_iは、回転角度α及び回転角度βの誤差の組み合わせによって、絶対回転角度θにおいて真値からのずれ幅の大きいところがあったりずれ幅の小さいところがあったりする。ずれ量mod_iは、次式(7)のように表せる。
ただし、Δα及びΔβは、それぞれ回転角度α及び回転角度βにおける誤差である。なお、式(7)は、「α−β<0」のときにも成り立つ。
図1に戻り、初期設定部22は、初期設定において、ずれ量mod_iの測定を行うとともに、測定したずれ量mod_iに基づいてずれ量mod_iを計算上の限度内に収めるために第2補正値Bを補正する初期補正部24を備える。
ただし、Δimaxは、ずれ量mod_iの最大値であり、Δiminは、ずれ量mod_iの最小値である。
中心ずれ量C1をゼロにするためには、ずれ量mod_iを「−C1」だけオフセットさせればよい。式(9)より、ずれ量mod_iを「−C1」だけオフセットさせるための第2補正値Bのオフセット量Cは、次式(10)のように表せる。
そして、初期補正部24は、オフセット量Cを第2補正値Bに加算し、新たな第2補正値B´を得る。初期補正部24は、新たな第2補正値B´で、第2補正値Bを更新し、これを記憶部32に記憶する。
次に、回転角検出装置10の初期設定方法について、図5及び図6を用いて説明する。なお、本例の初期設定方法は、回転角検出装置10の組み立て時の初期段階で実施される。
図1に戻り、マイクロコンピュータ20は、第1磁気センサ18及び第2磁気センサ19の少なくとも一方のセンサ出力のゼロ点を、ユーザ使用中に補正する補正部31を備えている。補正部31を設けるのは、初期設定後、例えば外気温の変化などの環境の変化があった場合に、中心ずれ量C1がプラス側又はマイナス側にずれて、周期数iが間違った値になるのを抑制するためである。補正部31は、例えば車両のイグニッションサイクルの1サイクル内で測定されたずれ量mod_iを基に、ゼロ点の補正を行う。なお、本実施形態の場合、車両のイグニッションサイクルの1サイクルは、イグニッション状態がオフからオンに遷移してから、再度オフに遷移したときまでの期間とする。なお、イグニッション状態のオフからオンへは、ACCオンを経由して遷移してもよい。
(1)回転角検出装置10は、第1磁気センサ18のセンサ出力のゼロ点と、第2磁気センサのセンサ出力のゼロ点とのうち少なくとも一方を補正する補正部31を備えている。補正部31は、第1従動歯車14の周期数iを演算し、周期数iを演算するにあたって計算上発生するずれ量mod_iを測定し、規定範囲Tとずれ量mod_iとを基にゼロ点を補正する一連の処理を、ユーザ使用中に実行する。この構成によれば、ユーザ使用中に、例えば気温が変化するなど環境の変化が生じ、ずれ量mod_iが変化した場合でも、ゼロ点を補正することができる。したがって、回転角の検出精度悪化を抑制できる。
[補正部31によるゼロ点の補正について]
・補正部31は、中心ずれ量C1をゼロとなるように補正を行ったが、これに限定されず、中心ずれ量C1をゼロの近傍の値になるように補正するのでもよい。
・補正部31によるずれ量mod_iの測定方法は、周期数iの丸め前後の値の差を計算するのでもよいし、別の装置により測定された周期数iの真値を取得し、この真値と周期数iとの差を計算するのでもよい。すなわち、ずれ量mod_iの測定方法は、特に限定されない。
・補正部31は、第1磁気センサ18のゼロ点を調整してもよいし、第2磁気センサ19のゼロ点を調整してもよいし、これらの両方を調整してもよい。すなわち、第1磁気センサ18及び第2磁気センサ19の少なくとも一方のゼロ点を調整すればよい。
・初期設定におけるずれ量mod_iの測定時、絶対回転角度θの検出方法は限定されない。例えば、回転角検出装置10とは別の測定器を用いて測定した絶対回転角度θを、マイクロコンピュータ20に入力するようにしてもよい。また、例えば予め決められた角速度で主動歯車13を回転させ、主動歯車13の回転を開始してからの時間に基づき、初期補正部24が絶対回転角度θを検出するようにしてもよい。すなわち、初期設定における絶対回転角度θの検出方法は、適宜変更可能である。
・初期設定部22におけるゼロ点の補正方法と、補正部31によるゼロ点の補正方法は異なるものであってもよい。また、初期設定の方法は、特に限定されない。
[その他]
・第1磁気センサ18及び第2磁気センサ19の検出範囲Ωは、センサの特性により適宜変更される。
・歯車の歯数m、L、zは適宜変更可能である。ただし、これらの歯数間において、次の関係を保つ必要がある。すなわち、「z>m、L」かつ「m≠L」という関係式が成立するように歯数を設定する。この場合、歯数の少ない方の従動歯車が本例における第1従動歯車に相当する。
・回転角検出装置10は、ステアリングの回転角を検出するステアリングアングルセンサに限定されない。回転体全般について、その回転態様を検出する回転検出装置に適用可能である。
(イ)回転体と一体回転する主動歯車に第1従動歯車及び第2従動歯車が連動するように組み付けられ、前記第1従動歯車の回転を第1センサにより検出し、前記第2従動歯車の回転を第2センサにより検出し、前記第1センサ及び前記第2センサのセンサ出力を基に前記回転体の回転角を演算することと、前記第1従動歯車及び前記第2従動歯車の回転時の前記第1センサ及び前記第2センサのセンサ出力の基準が合うように、前記第1センサの前記センサ出力のゼロ点と前記第2センサの前記センサ出力のゼロ点とが調整されている場合、これらゼロ点のうち少なくとも一方を補正することと、を行うように構成された回路を備え、前記回路は、前記第1センサ及び前記第2センサのセンサ出力を基に前記第1従動歯車及び前記第2従動歯車の少なくとも一方の回転情報を演算し、前記回転情報を演算するにあたって計算上発生するずれ量を測定し、上限及び下限を有する範囲と前記ずれ量とを基に、前記ゼロ点を補正する一連の処理を、ユーザ使用中に実行するように構成される回転角検出装置。
Claims (6)
- 回転体と一体回転する主動歯車に第1従動歯車及び第2従動歯車が連動するように組み付けられ、前記第1従動歯車の回転を第1センサにより検出し、前記第2従動歯車の回転を第2センサにより検出し、前記第1センサ及び前記第2センサのセンサ出力を基に前記回転体の回転角を演算する角度演算部と、
前記第1従動歯車及び前記第2従動歯車の回転時の前記第1センサ及び前記第2センサのセンサ出力の基準が合うように、前記第1センサの前記センサ出力のゼロ点と前記第2センサの前記センサ出力のゼロ点とが調整されている場合、これらゼロ点のうち少なくとも一方を補正する補正部とを備え、
前記補正部は、前記第1センサ及び前記第2センサのセンサ出力を基に前記第1従動歯車及び前記第2従動歯車の少なくとも一方の回転情報を演算し、前記回転情報を演算するにあたって計算上発生するずれ量を測定し、上限及び下限を有する範囲と前記ずれ量とを基に、前記ゼロ点を補正する一連の処理を、ユーザ使用中に実行する
回転角検出装置。 - 前記上限及び前記下限の各値が記憶された記憶部を備え、
前記補正部は、ユーザ使用中において、予め前記記憶部に記憶されている上限及び下限の前記範囲内から前記ずれ量が外れた場合に、前記ゼロ点の補正を実行する
請求項1に記載の回転角検出装置。 - 前記回転情報は、端数が四捨五入される数値であり、
前記補正部は、前記ずれ量の最大値及び前記上限のうち大きい方と、前記ずれ量の最小値及び前記下限のうち小さい方との平均値から求まる前記ずれ量の範囲の中心としての中心ずれ量を算出し、前記中心ずれ量がゼロ又はその近傍となるように前記ゼロ点を補正する
請求項1又は2に記載の回転角検出装置。 - 前記補正部は、前記ゼロ点を補正した場合、記憶部に記憶された前記上限及び下限の値を、変更後の新たな値に更新する
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の回転角検出装置。 - 前記補正部は、前記範囲と前記ずれ量とに基づいてオフセット量を演算し、前記第1センサのセンサ出力と前記第1センサの前記回転情報とを基に前記回転体の回転角が演算される場合に、前記オフセット量を基に前記第2センサの前記ゼロ点を補正する
請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の回転角検出装置。 - 前記第1センサ及び前記第2センサの前記センサ出力の前記ゼロ点の基準を合わせ、前記回転情報の前記ずれ量を測定して、前記ずれ量を基に前記ゼロ点を補正する一連の処理を、初期の検査時に実行する初期設定部を備える
請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載の回転角検出装置。
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