JP4281595B2 - 角度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵装置においてアクチュエータによって回転トルクが制御される回転部材の角度を複数個のセンサによって検出する角度検出装置に関するものであり、特に、それら複数個のセンサが一斉に故障しない限り角度検出を保証する技術に関するものである。

車両の操舵装置においてアクチュエータによって回転トルクが制御される回転部材の角度を複数個のセンサによって検出する角度検出装置が既に知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１には、同じ回転部材の絶対角と相対角とを検出するために２個のレゾルバを用いる技術が開示されている。この特許文献１においては、軸倍角が１だけ異なる２個のレゾルバを用いることにより、絶対角が検出され、それら２個のレゾルバのうちのいずれかを用いることにより、相対角が検出される。
特開２００３−２７９４２７号公報

一般に、複数個のセンサを用いて回転部材の絶対角および相対角を検出する角度検出装置においては、それらセンサが一斉に故障しない限り、絶対角も相対角も検出されることが保証されることが理想的である。

しかしながら、特許文献１に記載の角度検出装置においては、２個のレゾルバのいずれかでも故障すると、相対角は検出できるが、絶対角は検出できない。

このような事情を背景として、本発明は、車両の操舵装置においてアクチュエータによって回転トルクが制御される回転部材の角度を複数個のセンサによって検出する角度検出装置において、それら複数個のセンサが一斉に故障しない限り、絶対角も相対角も検出されることを保証することを課題としてなされたものである。

本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。

さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。
（１） 車両の操舵装置においてアクチュエータによって回転トルクが制御される回転部材の角度を検出する角度検出装置であって、
前記回転部材の相対角を検出する３個の相対角センサと、
それら３個の相対角センサのうちの少なくとも２個の相対角センサ間の位相差に基づき、前記回転部材の絶対角を算出するとともに、少なくとも１個の相対角センサの出力信号に基づき、前記相対角を算出する角度算出装置と
を含む角度検出装置。

この角度検出装置においては、３個の相対角センサが一斉に故障しない限り、正常である２個の相対角センサ間の位相差に基づき、回転部材の絶対角が算出され、さらに、正常である１個の相対角センサの出力信号に基づき、同じ回転部材の相対角が算出される。

したがって、この角度検出装置によれば、３個の相対角センサが一斉に故障しない限り、絶対角の検出も相対角の検出も保証される。

ところで、本発明者は、同じ回転部材について相対角センサを２個、冗長的に設けるとともに、絶対角センサを２個、冗長的に設けることを提案した。この提案を採用すれば、それら２個の相対角と２個の絶対角センサとが一斉に故障しない限り、相対角も絶対角も検出されることが保証される。しかし、この提案を採用する場合には、センサの数が４個となり、角度検出装置全体の部品点数の増加が招来される。

これに対し、本項に係る角度検出装置を採用する場合には、センサの数が３個で足り、当該角度検出装置全体の部品点数の削減が容易となる。

本項における「位相差」は、例えば、少なくとも２個の相対角センサの出力信号間の位相差として電気的に検出したり、それら少なくとも２個の相対角センサのロータ間の位相差として機械的に検出することが可能である。例えば、それら２個の相対角センサにおける２個のロータによって回転させられる第３のロータの回転角を「位相差」を反映する物理量として機械的に検出することが可能である。

本項における「回転部材」は、例えば、運転者によって回転操作されるステアリングホイール、そのステアリングホイールと共に回転させられるステアリング軸、操舵車輪と共に回転させられる部材（例えば、ラック・アンド・ピニオン機構におけるピニオン、そのピニオンと共に回転させられるピニオン軸等）等とすることが可能である。

本項における「相対角」は例えば、「絶対角」が例えば、回転部材が少なくとも３６０度である設定角度だけ回転する間に単調に変化する角度として定義される場合に、回転部材がその設定角度だけ回転する間に複数回周期的に変化する角度として定義することが可能である。また、「相対角」は、例えば、「絶対角」が例えば、回転部材の回転中、その回転部材のある瞬間における角度位置を規定するために唯一存在する角度として定義される場合に、回転部材の回転中、その回転部材のある瞬間における角度位置を、ある基準角度からの隔たりを表す角度として定義することも可能である。
（２） 前記３個の相対角センサが、それら３個の相対角センサから選択される２個の相対角センサの組合せのすべてにつき、それら２個の相対角センサ間の位相差が前記絶対角と共に単調に変化する（１）項に記載の角度検出装置。

この角度検出装置においては、３個の相対角センサから選択される２個の相対角センサの組合せのすべてにつき、それら２個の相対角センサ間の位相差が絶対角と共に単調に変化する。それら位相差と絶対角とが１対１に対応するのである。

したがって、この角度検出装置によれば、３個の相対角センサのうち１個のみが故障することを想定した場合に、その故障する１個の相対角センサの種類を問わず、絶対角の検出が保証される。
（３） 前記３個の相対角センサが、それら３個の相対角センサから選択される２個の相対角センサの組合せのすべてにつき、それら２個の相対角センサ間の位相差が前記回転部材の基準角度において０である（１）または（２）項に記載の角度検出装置。

この角度検出装置においては、３個の相対角センサから選択される２個の相対角センサの組合せのすべてにつき、それら２個の相対角センサ間の位相差が回転部材の基準角度において０である。

したがって、この角度検出装置によれば、３個の相対角センサのうち１個のみが故障することを想定した場合に、その故障する１個の相対角センサの種類を問わず、正常である２個の相対角センサ間の位相差が必ず、回転部材の、基準角度からの角度を反映することとなる。よって、位相差から絶対角を算出する規則を、故障する１個の相対角センサの種類に応じて変更せずに済む。
（４） 前記基準角度が、前記絶対角が０度であることを意味する（３）項に記載の角度検出装置。
（５） 前記３個の相対角センサが、３個のレゾルバである（１）ないし（４）項のいずれかに記載の角度検出装置。
（６） 前記３個のレゾルバが、角度分解数が互いに素であるものである（５）項に記載の角度検出装置。

この角度検出装置においては、前記（５）項における３個のレゾルバが、角度分解数が互いに素であるものとされている。ここに、「角度分解数」は、絶対角が検出されるべき回転部材が１回転する角度すなわち３６０度の間にレゾルバの出力が１周期変化する数として定義される。

この角度検出装置においては、絶対角が０度から、３個のレゾルバの分解能角度（例えば、３６０度を各レゾルバの角度分解数で割り算した値）の最小公倍数と等しい角度まで変化する領域（例えば、３６０度またはそれより大きい角度の領域）においては、それら３個のレゾルバから選択された任意の２個のレゾルバ間の位相差が絶対角に対して単調に変化する。すなわち、その領域内においては、位相差と絶対値とが１対１に対応するのである。

したがって、この角度検出装置によれば、いずれのレゾルバの分解能角度よりも大きい角度領域内において、２個のレゾルバ間の位相差から絶対角を正確に検出することが保証される。
（７） 前記アクチュエータが、複数の極数を有するモータであり、
前記３個のレゾルバが、角度分解数が前記モータの極数に整合する整合レゾルバを少なくとも１個含み、
前記角度算出装置が、その整合レゾルバの出力信号に基づいて前記相対角を算出するものである（５）または（６）項に記載の角度検出装置。

この角度検出装置によれば、整合レゾルバの出力信号と相対角とが互いに同期するため、整合レゾルバの出力信号から相対角を算出するための処理を単純化することが容易となる。ここに、「相対角」は、例えば、モータの電気角に換算できる角度であるため、その電気角と等価な角度である。
（８） 前記アクチュエータが、複数の極数を有するモータであり、
前記３個のレゾルバが、角度分解数が他のレゾルバとは異なるものを含み、
前記角度算出装置が、それら３個のレゾルバのうち角度分解数が最大であるものの出力信号に基づいて前記相対角を算出するものである（５）ないし（７）項のいずれかに記載の角度検出装置。

この角度検出装置によれば、３個のレゾルバのうち角度分解数が最大ではないものの出力信号に基づいて相対角を検出する場合より、その相対角の分解能を向上させることが容易となる。
（９） 前記操舵装置が、
前記車両の操舵車輪を転舵するために運転者によって回転操作されるステアリングホイールから運転者が受ける操舵反力を制御する操舵反力制御部と、
前記操舵車輪の転舵角を制御する転舵角制御部とを含み、
前記回転部材が、前記ステアリングホイールと共に回転させられ、
前記アクチュエータが、前記操舵反力を制御するために設けられている（１）ないし（８）項のいずれかに記載の角度検出装置。

この角度検出装置によれば、ステアリングホイールとアクチュエータとの双方に関連する回転部材の絶対角と相対角とを、３個の相対角センサが一斉に故障しない限り、正常に検出することが保証される。
（１０） 前記操舵反力制御部が、前記算出された絶対角および相対角に基づき、前記アクチュエータを制御するものである（９）項に記載の角度検出装置。

この角度検出装置によれば、３個の相対角センサが一斉に故障しない限り、操舵反力を正常に制御することが保証される。
（１１） 前記操舵装置が、前記操舵反力制御部と前記転舵角制御部とが常には、機械的に互いに絶縁される一方、電気的に互いに連携させられるステア・バイ・ワイヤ式である（９）または（１０）項に記載の角度検出装置。

以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。

図１および図２には、本発明の第１実施形態に従う角度検出装置を含む車両用操舵装置が系統的に表されている。この操舵装置は、左右の前輪１０，１０（図１参照）と左右の後輪（図示しない）とを備えた車両において、転舵車輪（操舵車輪）である左右の前輪１０，１０をステア・バイ・ワイヤ方式によって電気的に転舵する。

図１に示すように、この車両は、左右の前輪１０，１０を転舵するために運転者によって回転操作されるステアリングホイール１４（これが操作部材の一例である。）を備えている。一方、操舵装置は、図１に示す操作部２０と、図２に示す転舵部２２とを含むように構成されている。

操作部２０は、図１に示すように、ステアリングホイール１４に同軸に接続されたステアリング軸３０（これが操作軸の一例である。）を有している。一方、転舵部２２は、図２に示すように、車両において左右方向に延びてそれの長さ方向に移動させられるラックバー（これがステアリングバーの一例である。）３２を有しており、このラックバー３２によって左右の前輪１０，１０を転舵する。

この操舵装置においては、それが正常である限り、ステアリングホイール１４と転舵部２２とが機械的に互いに絶縁される。そのため、従来からのマニュアル方式の操舵装置と同等の操作フィーリングを再現すべく、操作部２０が、ステアリングホイール１４に操舵反力を擬似的に付与する。

具体的には、操作部２０においては、図１に示すように、ステアリング軸モータ４０がステアリング軸３０に同軸に装着される。ステアリング軸モータ４０は、図示しないが、ロータとステータとを含むように構成される。このステアリング軸モータ４０の一例は、ブラシレス・モータであり、このモータは、ベクトル制御が必要なモータの一例である。このステアリング軸モータ４０の構成は、下記の他のモータについても共通する。

これに対し、転舵部２２においては、図２に示すように、ハウジング５０内において、ラックバー３２に形成されたラック５２にピニオン５４がかみ合わされている。すなわち、この操舵装置は、ラック・アンド・ピニオン方式を採用しているのである。ピニオン５４から延びるピニオン軸５６はラックバー３２に対して交差している。

ラックバー３２に直線運動を付与するために、転舵部２２は、第１および第２のラック軸モータ５８，５９と、それらラック軸モータ５８，５９の回転運動をラックバー３２の直線運動に変換する運動変換機構としてのボールねじ６０とを備えている。

ボールねじ６０は、めねじ６２とおねじ６４とが螺合されて構成されている。

めねじ６２は、回転可能かつ軸方向移動不能に支持される。このめねじ６２は、図示しない複数個のベアリングを介してハウジング５０に支持されている。このめねじ６２は、第１および第２のラック軸モータ５８，５９に共通のロータ（これが駆動軸の一例である。）として機能し、その結果、このめねじ６２はそれら第１および第２のラック軸モータ５８，５９によって回転させられる。

これに対し、おねじ６４は、回転不能かつ軸方向移動可能に支持される。このおねじ６４は、めねじ６２の回転に伴って直線変位させられ、これにより、ラックバー３２をそれの長さ方向に変位させる。以下、めねじ６２をロータ６２ともいい、おねじ６４をラック軸６４ともいう。

転舵部２２においては、さらに、図２に示すように、ピニオン軸５６にピニオン軸モータ６６の回転力が付与されるようになっている。本実施形態においては、ピニオン軸モータ６６の回転力が、減速機能を有する伝達機構７０を介してピニオン軸５６に伝達されるようになっている。伝達機構７０は、本実施形態においては、ピニオン軸５６と共に回転するフェースギヤ７２にピニオン７４がかみ合わされた食い違い歯車対として構成されている。そのピニオン７４は、ピニオン軸モータ６６に同軸に連結されている。

さらに、この操舵装置は、転舵部２２の電気系統が万一故障した場合には、運転者がステアリングホイール１４を操作することによって左右の前輪１０，１０を機械的に転舵するために、バックアップ制御部８０を備えている。

バックアップ制御部８０は、図１に示すように、ステアリング軸３０に係合したプーリ８２と、図２に示すように、ピニオン軸５６に係合したプーリ８４とを備えている。本実施形態においては、いずれのプーリ８２，８４も、ステアリング軸３０とピニオン軸５６とのうち対応するものに同軸に固定されている。それら２個のプーリ８２，８４にはワイヤ８６が巻き掛けられている。

ただし、ステアリング軸３０とピニオン軸５６との間、具体的には、ワイヤ８６の途中に図示しないクラッチが設けられており、このクラッチにより、常には、それら２者が機械的に互いに絶縁されているが、この操舵装置の異常時には、それら２者が機械的に互いに連携させられる。

図１に示すように、操作部２０においては、ステアリング軸モータ４０に、それのロータ（図示しない）の回転角すなわちステアリング軸３０の回転角を相対角およびステアリング軸モータ４０の電気角として検出する第１ないし第３のレゾルバ９０，９２，９４が設けられている。各レゾルバ９０，９２，９４は、前記（１）項における「相対角センサ」の一例である。操作部２０は、ステアリングホイール１４の回転角である操舵角を絶対角として検出する絶対角センサは備えていない。

すなわち、本実施形態においては、ステアリング軸３０が前記（１）項における「回転部材」の一例を構成しているのである。

図３に示すように、各レゾルバ９０，９２，９４は、よく知られているように、ステータ１００，１０２，１０４と、可動子としてのロータ１１０，１１２，１１４とを備え、かつ、各ロータ１１０，１１２，１１４が各ステータ１００，１０２，１０４と同軸に、かつ、回転可能に設計されている。それらロータ１１０，１１２，１１４は、ステアリング軸３０と同軸に取り付けられ、そのステアリング軸３０と一体的に回転させられる。

各ステータ１００，１０２，１０４は、各ロータ１１０，１１２，１１４を外周側から覆うように配置されている。各ステータ１００，１０２，１０４には、図示しないが、複数の歯がそれと同軸な一円周に沿って並んで配置されている。各歯には、コイル１２０，１２２，１２４が巻き付けられている。各コイル１２０，１２２，１２４は、図示しないが、励磁コイルと、第１の検知コイルと、第２の検知コイルとを含むように構成されている。励磁コイルによって励磁相、第１の検知コイルによってｓｉｎ相、第２の検知コイルによってｃｏｓ相がそれぞれ形成されている。

図１に示すように、各レゾルバ９０，９２，９４は、各Ｒ／Ｄコンバータ１３０，１３２，１３４に電気的に接続されている。各Ｒ／Ｄコンバータ１３０，１３２，１３４は、図示しない電源からの電気エネルギーを利用することにより、対応するレゾルバ９０，９２，９４の励磁コイルに励磁信号を設定周波数で供給する。励磁コイルが励磁されてそれに磁気力が発生すると、それに伴い、第１および第２の検知コイルが起電する。

各レゾルバ９０，９２，９４においては、図示しないが、各ロータ１１０，１１２，１１４のうち、それがステータ１００，１０２，１０４の内周面に対面する外周面に凹凸が交互に形成されており、その結果、ステータ１００，１０２，１０４の前述の各歯は、ロータ１１０，１１２，１１４が一方向に回転するにつれて、ロータ１１０，１１２，１１４との距離が周期的に変化する。各歯とロータ１１０，１１２，１１４との距離が短いほど、各歯においては、励磁コイルの磁気力によって各検知コイルに高い電圧が発生する。

このような現象に着目することにより、各レゾルバ９０，９２，９４は、ロータ１１０，１１２，１１４の回転角θすなわちステアリング軸３０の回転角を磁気的に検出する。各Ｒ／Ｄコンバータ１３０，１３２，１３４は、対応するレゾルバ９０，９２，９４における第１および第２の検知コイルにそれぞれ起電した電圧Ｖｓｉｎ，Ｖｃｏｓを検出してそれら２個の検出値を用いることによって回転角θを演算し、それを表すデジタル信号を出力する。

図２に示すように、転舵部２２においては、第１および第２のラック軸モータ５８，５９にそれぞれ、それらに共通のロータ６２の回転角すなわちめねじ６２の回転角を相対角として検出する第１および第２の相対角センサ１４０，１４２が冗長的に設けられている。さらに、ピニオン軸モータ６６には、それのロータ（図示しない）の回転角、すなわち、ピニオン７４の回転角を相対角（すなわち、ステアリング軸モータ４０の電気角）として検出する相対角センサ１４４が設けられている。

さらに、転舵部２２においては、ピニオン軸５６に関連し、それの回転角を絶対角として検出する絶対角センサ１５０が設けられている。この絶対角センサ１５０は、ピニオン軸５６の絶対回転角を利用して最終的に車輪の転舵量を検出するために利用される。

図４に示すように、この操舵装置においては、前述の、第１ないし第３のレゾルバ９０，９２，９４と、第１および第２の相対角センサ１４０，１４２と、相対角センサ１４４と、絶対角センサ１５０とがそれぞれ電子制御ユニット（以下、単に「ＥＣＵ(Electronic Control Unit)」という。）１６０に接続されている。このＥＣＵ１６０には、前述の、ステアリング軸モータ４０と、第１および第２のラック軸モータ５８，５９と、ピニオン軸モータ６６とが接続されている。

なお付言するに、図４に示す例においては、ＥＣＵ１６０が１個のユニットとして説明されているが、互いに共通する機能を実現する複数個のユニットとして冗長的に構成することが可能である。このような冗長的な構成を採用すれば、ＥＣＵ１６０が１個のユニットとして構成される場合より、信頼性を向上させることが容易となる。

このＥＣＵ１６０は、コンピュータ１６２を主体として構成されている。コンピュータ１６２は、よく知られているように、ＣＰＵ１６４とＲＯＭ１６６とＲＡＭ１６８とがバス１７０によって相互に接続されて構成されている。

図４に示すように、ＲＯＭ１６６には、角度検出プログラム、操舵反力制御プログラムおよび基本制御プログラムを始めとする各種プログラムが予め記憶されている。

角度検出プログラムは、後に詳述するが、第１ないし第３のレゾルバ９０，９２，９４を選択的に用いることにより、ステアリング軸モータ４０の電気角θｅと、ステアリング軸３０の絶対角θａｂｓとを検出するためにＣＰＵ１６４によって実行されるプログラムである。電気角θｅは、ステアリング軸モータ４０の制御（例えば、ステアリング軸モータ４０の制御量（目標値と実際値との偏差を反映する量）の設定）に使用され、これに対し、絶対角θａｂｓは、車両制御（例えば、車両の平面運動の制御）における操舵反力の制御（例えば、操舵反力の目標値およびステアリング軸モータ４０の目標値の設定）に使用される。

操舵反力制御プログラムは、後に詳述するが、角度検出プログラムの実行によって検出された電気角θｅと絶対角θａｂｓとを用いることにより、ステアリングホイール１４から運転者に作用する操舵反力を制御するためにＣＰＵ１６４によって実行されるプログラムである。

基本制御プログラムは、ステア・バイ・ワイヤ方式で左右の前輪１０，１０を転舵するためにＣＰＵ１６４によって実行されるプログラムである。この基本制御プログラムは、基本的には、例えば、上述の絶対角θａｂｓの検出値に基づいて前述の複数個のモータ４０，５８，５９，６６のうち該当するものを制御するためにＣＰＵ１６４によって実行される。

この基本制御プログラムにおいては、さらに、故障診断が行われ、その結果次第で、ステア・バイ・ワイヤ方式での転舵制御を中止してマニュアル方式での転舵を行うために、前記クラッチを切り換えるための指令が発令される。

図５には、この操舵装置のうちの操作部２０の構成が系統的にブロック図で表されている。ＥＣＵ１６０のうち操作部２０に関連する部分は、角度演算部１８０と操舵反力制御部１８２とである。角度演算部１８２は、ＥＣＵ１６０のコンピュータ１６２のうち、前述の角度検出プログラムを実行する部分であり、これに対し、操舵反力制御部１８２は、ＥＣＵ１６０のコンピュータ１６２のうち、前述の操舵反力制御プログラムを実行する部分である。

図６には、上述の角度検出プログラムの内容がフローチャートで概念的に表されている。以下、この角度検出プログラムを具体的に説明するが、それに先立ち、概略的に説明する。

この角度検出プログラムの実行により、ステアリング軸３０の絶対角θａｂｓと、ステアリング軸モータ４０の電気角θｅとが検出される。
（１）絶対角の検出
各レゾルバ９０，９２，９４は、角度分解数が複数であるように設計されている。ここに、「角度分解数」は、レゾルバ９０，９２，９４が１回転する間に出力信号が周期的に変化する回数、すなわち、１回転当たりの出力信号の周期数を意味する。したがって、いずれのレゾルバ９０，９２，９４の出力信号も、絶対角θａｂｓが０度から３６０度まで変化する間に、繰返し周期的に変化する。

そのため、いずれか１個のレゾルバの出力信号しか参照することができない限り、絶対角θａｂｓを、０度から３６０度まで変化する領域（そのレゾルバの出力信号が１周期を超えて変化する領域を含む。）の全体において正確に検出することができない。

これに対して、本実施形態においては、絶対角θａｂｓが、３個のレゾルバ９０，９２，９４から選択される２個のレゾルバ間の位相差に基づいて検出される。２個のレゾルバを用いて検出されるのである。本実施形態においては、その位相差は電気的に検出され、具体的には、それら２個のレゾルバの出力信号、すなわち、対応する２個のＲ／Ｄコンバータの出力信号（対応するレゾルバの回転角を反映する信号）間の位相差として検出される。

以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、３個のレゾルバ９０，９２，９４が一斉に故障しない限り、絶対角θａｂｓが正常に検出される。

本実施形態においては、２個のレゾルバの組合せがいずれであっても、それら２個のレゾルバ間の位相差が絶対角θａｂｓの増加につれて単調に変化するようにするため、３個のレゾルバ９０，９２，９４が、それらレゾルバ９０，９２，９４から選択される２個のレゾルバの組合せのすべてにつき、２個のレゾルバ間の位相差が、絶対角θａｂｓと共に単調に変化するように設計されている。

具体的には、本実施形態においては、それら３個のレゾルバ９０，９２，９４が、角度分解数が互いに素であるように設計されている。すなわち、それら３個のレゾルバ９０，９２，９４の３個の角度分解数間に１以外の公約数が存在しないように設計されているのである。

図７には、それら３個のレゾルバ９０，９２，９４の各出力信号（Ｒ／Ｄコンバータ１３０，１３２，１３４の各出力（デジタル値としてＥＣＵ１６０に取り込まれる）であって各レゾルバ９０，９２，９４の回転角を表すもの）が絶対角θａｂｓの増加につれて周期的に変化する様子がグラフで例示的に表されている。この例においては、角度分解数が、レゾルバ９０については５個（図７において「５Ｘ」で表す。）、レゾルバ９２については６個（図７において「６Ｘ」で表す。）、レゾルバ９４については７個（図７において「７Ｘ」で表す。）に選定されている。

さらに、図８（ａ）には、第１および第２のレゾルバ９０，９２間の位相差が絶対角θａｂｓの一方向変化（増加または減少）につれて単調にかつ比例的に変化する様子がグラフで表されている。図８（ｂ）には、第２および第３のレゾルバ９２，９４間の位相差が絶対角θａｂｓの一方向変化（増加または減少）につれて単調にかつ比例的に変化する様子がグラフで表されている。図８（ｃ）には、第３および第１のレゾルバ９４，９０間の位相差が絶対角θａｂｓの一方向変化（増加または減少）につれて単調にかつ比例的に変化する様子がグラフで表されている。

したがって、本実施形態においては、位相差そのものとして絶対角θａｂｓが算出されるようになっている。

さらに、本実施形態においては、絶対角θａｂｓが０度であるときに、それら３個のレゾルバ９０，９２，９４から選択される２個のレゾルバのいずれの組合せについても、位相差が０度であるようにも設計されている。したがって、本実施形態によれば、それら３個のレゾルバ９０，９２，９４のうちのいずれが故障した場合であっても、故障しない２個のレゾルバ間の位相差がただちに、絶対角θａｂｓを反映することとなる。
（２）相対角の検出
本実施形態においては、３個のレゾルバ９０，９２，９４が、角度分解数がステアリング軸モータ４０の極数に整合する整合レゾルバを１個含んでいる。ここに、「極数」は、ステアリング軸モータ４０が１回転する間に磁石の極性（Ｎ極とＳ極の一組）が変化する回数を意味する。極数は、磁石の極性がＮＳと変化する組合せを１極としてカウントされる。例えば、磁石の極性がＮＳと変化する組合せが１回転当たり７個である場合には、極数が７個であるとされる。

具体的には、本実施形態においては、ステアリング軸モータ４０の極数が７個とされ、レゾルバ９４の角度分解数も７個とされている。したがって、そのレゾルバ９４は、上述の整合レゾルバの一例である。

そして、本実施形態においては、そのレゾルバ９４の出力信号により表される角度（正確には、Ｒ／Ｄコンバータ１３４の出力（デジタル値）により表される回転角）として、ステアリング軸モータ４０の電気角θｅが検出される。

本実施形態においては、３個のレゾルバ９０，９２，９４のうち角度分解数が最大であるレゾルバ９４が、電気角θｅを検出するために用いられる。したがって、本実施形態によれば、電気角θｅの検出分解能を向上させることが容易である。

以上、この角度検出プログラムの実行による角度検出を概略的に説明したが、次に、この角度検出プログラムを図６を参照しつつ具体的に説明する。

この角度検出プログラムはコンピュータ１６２によって繰返し実行される。各回の実行時には、まず、ステップＳ１（以下、単に「Ｓ１」で表す。他のステップについても同じとする。）において、３個のレゾルバ９０，９２，９４のうち正常である２個のレゾルバが選択レゾルバとして選択される。各レゾルバ９０，９２，９４が正常であるか否かは、断線チェック、短絡チェック等によって判定することが可能である。

次に、Ｓ２において、それら２個の選択レゾルバの２個の出力信号（Ｒ／Ｄコンバータの出力信号）に基づき、それら出力信号間の位相差が検出される。続いて、Ｓ３において、その検出された位相差に基づき、絶対角θａｂｓが算出される。例えば、その検出された位相差と前述の比例係数との積として絶対角θａｂｓが算出される。その算出された絶対角θａｂｓは、ＲＡＭ１６８に保存される。

その後、Ｓ４において、レゾルバ９４の出力信号（Ｒ／Ｄコンバータ１３４の出力信号）が取り込まれる。続いて、Ｓ５において、その取り込まれた出力信号により表される回転角として、ステアリング軸モータ４０の電気角θｅが算出される。その算出された電気角θｅも、ＲＡＭ１６８に保存される。

以上で、この角度検出プログラムの一回の実行が終了する。

図９には、前述の操舵反力制御プログラムの内容がフローチャートで概念的に表されている。

この操舵反力制御プログラムもコンピュータ１６２によって繰返し実行される。各回の実行時には、まず、Ｓ５１において、ＲＡＭ１６８から絶対角θａｂｓが読み込まれる。次に、Ｓ５２において、その読み込まれた絶対角θａｂｓに基づき、ステアリング軸モータ４０の制御量が決定される。その制御量は、例えば、絶対角θａｂｓに応じてステアリング軸モータ４０の制御量すなわち操舵反力（操舵トルク）の目標値との間に予め定められた関係であってＲＯＭ１６６に予め記憶されたものに従って決定される。

続いて、Ｓ５３において、ＲＡＭ１６８から電気角θｅが読み込まれる。その後、Ｓ５４において、その読み込まれた電気角θｅに基づき、ステアリング軸モータ４０が制御される。具体的には、ステアリング軸モータ４０に印加すべき駆動電圧がベクトル制御方式によって制御される。

以上で、この操舵反力制御プログラムの一回の実行が終了する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、ステアリング軸モータ４０が前記（１）項における「アクチュエータ」の一例を構成し、角度演算部１８０が同項，（７）または（８）項における「角度算出装置」の一例を構成し、絶対角θａｂｓが０度であることが前記（４）項における「基準角度」の一例なのである。

さらに、本実施形態においては、操舵反力制御部１８２が前記（９）ないし（１１）項のいずれかにおける「操舵反力制御部」の一例を構成し、ＥＣＵ１６０のうち前述の基本制御プログラムを実行する部分が前記（９）または（１１）項における「転舵角制御部」の一例を構成しているのである。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態に対して角度検出プログラムの内容が異なるのみで、他の要素については共通するため、角度検出プログラムについてのみ詳細に説明し、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、詳細な説明を省略する。

第１実施形態においては、電気角θｅを検出するためにレゾルバ９４が用いられ、このレゾルバ９４は、ステアリング軸モータ４０の極数Ｎと同じ数の角度分解数ｍを有している。これに対し、本実施形態においては、レゾルバ９０または９２、すなわち、ステアリング軸モータ４０の極数Ｎとは異なる数の角度分解数ｍを有するレゾルバを用いて電気角θｅが検出される。

図１０には、本実施形態における角度検出プログラムの内容がフローチャートで概念的に表されている。

この角度検出プログラムはコンピュータ１６２によって繰返し実行される。各回の実行時には、まず、Ｓ２０１において、レゾルバ９０および９２のうち正常であるもの（以下、「第１選択レゾルバ」という。）から出力信号が取り込まれる。次に、Ｓ２０２において、その取り込まれた出力信号に基づき、第１選択レゾルバの出力角θ１（相対回転角）が算出される。

続いて、Ｓ２０３において、３個のレゾルバ９０，９２，９４のうち正常な２個のレゾルバ（以下、「第２選択レゾルバ」という。）からそれぞれ、出力信号が取り込まれる。その後、Ｓ２０４において、それら取り込まれた２個の出力信号間の位相差が検出される。

続いて、Ｓ２０５において、その検出された位相差に基づき、第１実施形態と同様にして、ステアリング軸３０の絶対角θ２が算出される。その後、Ｓ２０６において、その算出された絶対角θ２と、第１選択レゾルバの角度分解数ｍとに基づき、その第１選択レゾルバの出力数（出力の周期数）ｘ１が算出される。

この出力数ｘ１は、例えば、
ｘ１＝ｉｎｔ（θ２／（３６０／ｍ））
なる式を用いて算出することが可能である。ここに「ｉｎｔ」は、それに後続する括弧内の数値を整数化することを意味する演算子である。

続いて、Ｓ２０７において、その算出された出力数ｘ１と、出力角θ１と、角度分解数ｍと、第１選択レゾルバの絶対回転角（出力の周期数を反映した回転角）の、ステアリング軸３０の原点からの角度ｙ（絶対角）が算出される。

この角度ｙは、例えば、
ｙ＝（ｘ１＊３６０＋θ１）／ｍ
なる式を用いて算出することが可能である。

その後、Ｓ２０８において、その算出された角度ｙに基づき、ステアリング軸モータ４０の電気角ｚが算出される。

この電気角ｚは、例えば、ステアリング軸モータ４０の極数をｎとすると、
ｚ＝ｎ＊ｙ−３６０＊ｉｎｔ（ｙ／（３６０／ｎ））
なる式を用いて算出することが可能である。

以上で、この角度検出プログラムの一回の実行が終了する。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１または第２実施形態と操作部のハードウエア構成が異なるのみで、他の要素については共通であるため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については、同一の名称または符号を使用して引用することにより、詳細な説明を省略する。

第１および第２実施形態においては、図１に示すように、ステアリング軸モータ４０がステアリング軸３０に直結されているため、各レゾルバ９０，９２，９４によってステアリング軸３０の絶対角およびステアリング軸モータ４０の相対角が検出される。

これに対し、本実施形態においては、図１１に示すように、ステアリング軸３０が減速機２００を介してステアリング軸モータ４０に連結され、さらに、そのステアリング軸モータ４０に３個のレゾルバ９０，９２，９４が直結されている。したがって、本実施形態においては、それら３個のレゾルバ９０，９２，９４により、ステアリング軸モータ４０のロータの絶対角と相対角とが検出される。そのロータの絶対角が検出されれば、その絶対角に減速機２００の減速比の影響を見込む（例えば、その絶対角に減速比を掛け算する）ことにより、ステアリング軸３０の絶対角を算出することが可能である。

本実施形態においては、ステアリング軸モータ４０が単独で前記（１）項における「アクチュエータ」の一例を構成すると考えることも、減速機２００と共同して同項における「アクチュエータ」の一例を構成すると考えることも可能である。さらに、ステアリング軸モータ４０のロータが前記（１）項における「回転部材」の一例を構成すると考えることも、ステアリング軸３０が同項における「回転部材」の一例を構成すると考えることも可能である。

次に、本発明の第４実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１または第２実施形態と操作部のハードウエア構成が異なるのみで、他の要素については共通であるため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については、同一の名称または符号を使用して引用することにより、詳細な説明を省略する。

第１および第２実施形態においては、図１に示すように、ステアリング軸モータ４０がステアリング軸３０に直結されているため、各レゾルバ９０，９２，９４によってステアリング軸３０の絶対角およびステアリング軸モータ４０の相対角が検出される。

これに対し、本実施形態においては、図１２に示すように、３個のレゾルバ９０，９２，９４がステアリング軸３０に直結され、さらに、そのステアリング軸３０が減速機２２０を介してステアリング軸モータ４０に連結されている。したがって、本実施形態においては、３個のレゾルバ９０，９２，９４により、ステアリング軸３０の絶対角と、減速機２２０の入力軸の相対角とが検出される。その入力軸の相対角が検出されれば、その相対角に減速機２２０の減速比の影響を見込む（例えば、その相対角に減速比を掛け算する）ことにより、ステアリング軸モータ４０の相対角を算出することが可能である。

本実施形態においては、ステアリング軸モータ４０が単独で前記（１）項における「アクチュエータ」の一例を構成すると考えることも、減速機２２０と共同して同項における「アクチュエータ」の一例を構成すると考えることも可能である。さらに、減速機２２０の入力軸が前記（１）項における「回転部材」の一例を構成すると考えることも、ステアリング軸３０が同項における「回転部材」の一例を構成すると考えることも可能である。

以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［発明の開示］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

本発明の第１実施形態に従う角度検出装置を備えた車両用操舵装置のうちの操作部２０を示す系統図である。 上記車両用操舵装置のうちの転舵部２２を示す正面断面図である。 図１に示す操作部２０の要部を拡大して示す正面図である。 上記車両用操舵装置の電気系統を系統的に表すブロック図である。 図４に示す電気系統のうち操舵反力の制御に関連する部分を取り出して系統的に表すブロック図である。 図４における角度検出プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。 図１における３個のレゾルバ９０，９２，９４であって角度分解数が互いに素であるものの出力の周期的変化を示すグラフである。 図１における３個のレゾルバ９０，９２，９４から選択される２個のレゾルバ間の位相差が絶対角に対してリニアに変化する様子を示すグラフである。 図４における操舵反力制御プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に従う角度検出装置を備えた車両用操舵装置のＥＣＵ１６０のコンピュータ１６２によって実行される角度検出プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に従う角度検出装置を備えた車両用操舵装置のうちの操作部２０を示す系統図である。 本発明の第４実施形態に従う角度検出装置を備えた車両用操舵装置のうちの操作部２０を示す系統図である。

符号の説明

１４ ステアリングホイール
２０ 操作部
３０ ステアリング軸
４０ ステアリング軸モータ
９０，９２，９４ レゾルバ
１６０ 電子制御ユニットＥＣＵ
１６２ コンピュータ
１８０ 角度演算部
１８２ 操舵反力制御部
２００，２２０ 減速機

Claims (11)

1. 車両の操舵装置においてアクチュエータによって回転トルクが制御される回転部材の角度を検出する角度検出装置であって、
   前記回転部材の相対角を検出する３個の相対角センサと、
   それら３個の相対角センサのうちの少なくとも２個の相対角センサ間の位相差に基づき、前記回転部材の絶対角を算出するとともに、少なくとも１個の相対角センサの出力信号に基づき、前記相対角を算出する角度算出装置と
   を含む角度検出装置。
2. 前記３個の相対角センサが、それら３個の相対角センサから選択される２個の相対角センサの組合せのすべてにつき、それら２個の相対角センサ間の位相差が前記絶対角と共に単調に変化する請求項１に記載の角度検出装置。
3. 前記３個の相対角センサが、それら３個の相対角センサから選択される２個の相対角センサの組合せのすべてにつき、それら２個の相対角センサ間の位相差が前記回転部材の基準角度において０である請求項１または２に記載の角度検出装置。
4. 前記基準角度が、前記絶対角が０度であることを意味する請求項３に記載の角度検出装置。
5. 前記３個の相対角センサが、３個のレゾルバである請求項１ないし４のいずれかに記載の角度検出装置。
6. 前記３個のレゾルバが、角度分解数が互いに素であるものである請求項５に記載の角度検出装置。
7. 前記アクチュエータが、複数の極数を有するモータであり、
   前記３個のレゾルバが、角度分解数が前記モータの極数に整合する整合レゾルバを少なくとも１個含み、
   前記角度算出装置が、その整合レゾルバの出力信号に基づいて前記相対角を算出するものである請求項５または６に記載の角度検出装置。
8. 前記アクチュエータが、複数の極数を有するモータであり、
   前記３個のレゾルバが、角度分解数が他のレゾルバとは異なるものを含み、
   前記角度算出装置が、それら３個のレゾルバのうち角度分解数が最大であるものの出力信号に基づいて前記相対角を算出するものである請求項５ないし７のいずれかに記載の角度検出装置。
9. 前記操舵装置が、
   前記車両の操舵車輪を転舵するために運転者によって回転操作されるステアリングホイールから運転者が受ける操舵反力を制御する操舵反力制御部と、
   前記操舵車輪の転舵角を制御する転舵角制御部と
   を含み、
   前記回転部材が、前記ステアリングホイールと共に回転させられ、
   前記アクチュエータが、前記操舵反力を制御するために設けられている請求項１ないし８のいずれかに記載の角度検出装置。
10. 前記操舵反力制御部が、前記算出された絶対角および相対角に基づき、前記アクチュエータを制御するものである請求項９に記載の角度検出装置。
11. 前記操舵装置が、前記操舵反力制御部と前記転舵角制御部とが常には、機械的に互いに絶縁される一方、電気的に互いに連携させられるステア・バイ・ワイヤ式である請求項９または１０に記載の角度検出装置。