JP5201736B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents
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Description
この種の回転角度検出装置として、例えば、特許文献1は、1つの主動歯車に対して、相互に歯数の異なる2つの従動歯車が噛み合わされたものを開示している。
解決手段1:本発明の一態様によれば、360度を超えて回転可能な被検出対象と一体に回転可能な少なくとも1つの主動歯車と、前記主動歯車の回転に伴い回転駆動される第1の従動歯車と、前記主動歯車の回転に伴い、前記第1の従動歯車とは異なる回転角度にて回転駆動される第2の従動歯車と、前記第1の従動歯車の回転角度を0°以上360°以下の範囲で測定可能な第1センサと、前記第2の従動歯車の回転角度を0°以上360°以下の範囲で測定可能な第2センサと、前記第1センサ及び第2センサによって測定された第1の従動歯車の回転角度及び第2の従動歯車の回転角度に基づいて、前記被検出対象の絶対角度を計算する演算手段とを備える回転角度検出装置において、前記第1の従動歯車を回転駆動する前記主動歯車の歯数をZ1とし、前記第2の従動歯車を回転駆動する前記主動歯車の歯数をZ2とし、前記第1の従動歯車の歯数をS1とし、前記第2の従動歯車の歯数をS2とし、mを正の整数としたときに次式(1):
前記演算手段は、次式(7):
また、(S1/Z1)<1、且つ、(S2/Z2)<1なので、絶対角度θの計算過程において、α及びβの測定誤差が増大されながら伝搬することがない。
これらの結果として、この回転角度検出装置によれば、より高精度にて、主動歯車の絶対角度が計算によって求められる。
図1は、一実施形態の回転角度検出装置10の概略構成を示す図である。この回転角度検出装置10は、例えば車両のステアリング軸の回転角度を絶対角度として検出するステアリング角度センサとしての用途に適している。この場合、検出対象物となるのはステアリング軸であり、絶対角度の検出範囲は、例えば360度の5倍程度である。ただし、本発明はこのような条件に限られるものではない。
回転角度検出装置10は測定ユニット12と演算ユニット13とを有し、測定ユニット12のハウジング14は、例えばステアリングコラムに取り付けられる。
ハウジング14は、ステアリング軸16によって貫通され、ハウジング14内を延びるステアリング軸16の部分に、主動歯車18が同軸に固定されている。従って、主動歯車18は、ステアリング軸16の回転に伴い、ステアリング軸16と一体且つ同心にて回転する。
なお、本実施形態では、1つの主動歯車18の2つの歯列18a,18bを設けたが、2つの主動歯車をステアリング軸16に固定してもよい。
第1の従動歯車20a及び第2の従動歯車20bの回転角をα及びβとしたときに、回転角度検出装置10は、回転角α及び回転角βをそれぞれ直接測定するための回転角センサを有する。
演算ユニット13は、マイクロコンピュータ(MPU)によって構成することができ、例えば、測定ユニット12の近傍に配置される。
また、演算ユニット13は、第1回転数演算部28a及び第2回転数演算部28bを有し、第1回転数演算部28a及び第2回転数演算部28bは、センサ信号処理部26で演算された回転角α及びβに基づいて、第1の従動歯車20a及び第2の従動歯車20bの回転数i及び回転数jをそれぞれ計算する。
以下では、一方の系統(第1系統)、則ち、第1回転数演算部28a及び第1絶対角度演算部30aにおいて実行される演算方法について詳細について説明する。
図2に示したように、第1系統では、まず、測定された第1の従動歯車20aの回転角度α及び第2の従動歯車20bの回転角度βが読み込まれる(ステップS10)。
より詳しくは、第1指標I1は、第1の従動歯車20aの回転数i及び第2の従動歯車20bの回転数jが同一であるか否かを判定するためのものであり、次式(2):
ステップS12で回転数が演算されると、主動歯車18の絶対角度θが計算される(ステップS14)。
本実施形態では、例えば、Z1=88,Z2=96,S1=40,S2=40であり、絶対角度θの測定範囲は、主動歯車18の5回転分に相当する0度以上1800度以下である。
以下では、第1系統とは異なる計算論理によるもう一方の系統(第2系統)、則ち、第2回転数演算部28b及び第2絶対角度演算部30bにおいて実行される演算方法について詳細について説明する。
第2系統のステップS12では、指標としての第2指標I2が、次式(7):
そして、第1の従動歯車20aの回転数iと第2の従動歯車20bの回転数jとが同一であると判定されたとき、次式(10):
以上のように、第2系統の演算方法によれば、第1の従動歯車20aの回転数i及び第2の従動歯車20bの回転数jが正確に計算され、それらの回転数i,jに基づき後述する式(12)によって絶対角度θを計算するので、第1の従動歯車20a及び第2の従動歯車20bの回転角度α,βの大きさが近接する領域でも絶対角度θを高精度に検出できるため、検出範囲の全ての領域において主動歯車の絶対角度θが計算によって高精度に求めることができる。
すなわち、各系統では、次式(12):
図5は、縦軸に第1の従動歯車20aの回転数iをとり、横軸に第2の従動歯車20bの回転数jをとったときの関係図である。回転角度α及び回転角度βが0から徐々に増加するように変化したとき、図5上では、この変化に対応する点は、直線(j=0,i=0)、直線(j=1,i=0)及び直線(j=1,i=1)の順序で移動する。
図5中の直線は、次式(15):
また、(S1/Z1)<1、且つ、(S2/Z2)<1なので、絶対角度θの計算過程において、回転角度α及び回転角度βの測定誤差が増大されながら伝搬することがない。
これらの結果として、この回転角度検出装置10によれば、より高精度にて、主動歯車18の絶対角度θが計算によって求められる。
また、回転角度検出装置10の機械的な構成やプログラムも一実施形態のものに限定されることはない。
最後に、本発明の回転角度検出装置は、車両のステアリング軸以外にも適用可能であることはいうまでもない。
16 ステアリング軸
18 主動歯車
20a 第1の従動歯車
20b 第2の従動歯車
Claims (7)
- 360度を超えて回転可能な被検出対象と一体に回転可能な少なくとも1つの主動歯車と、
前記主動歯車の回転に伴い回転駆動される第1の従動歯車と、
前記主動歯車の回転に伴い、前記第1の従動歯車とは異なる回転角度にて回転駆動される第2の従動歯車と、
前記第1の従動歯車の回転角度を0°以上360°以下の範囲で測定可能な第1センサと、
前記第2の従動歯車の回転角度を0°以上360°以下の範囲で測定可能な第2センサと、
前記第1センサ及び第2センサによって測定された第1の従動歯車の回転角度及び第2の従動歯車の回転角度に基づいて、前記被検出対象の絶対角度を計算する演算手段とを備える回転角度検出装置において、
前記第1の従動歯車を回転駆動する前記主動歯車の歯数をZ1とし、
前記第2の従動歯車を回転駆動する前記主動歯車の歯数をZ2とし、
前記第1の従動歯車の歯数をS1とし、
前記第2の従動歯車の歯数をS2とし、
mを正の整数としたときに次式(1):
前記演算手段は、
前記第1の従動歯車の回転角度及び前記第2の従動歯車の回転角度に基づいて、前記第1の従動歯車の回転数と第2の従動歯車の回転数とが同じであるか否かを判定するための少なくとも1つの指標を計算し、
計算された指標に基づいて前記第1の従動歯車の回転数と第2の従動歯車の回転数とが同じであるか否かを判定し、
当該判定結果に基づいて前記第1の従動歯車の回転数及び第2の従動歯車の回転数を計算し、そして、
計算された前記第1の従動歯車の回転数及び第2の従動歯車の回転数に基づいて前記絶対角度を計算する
ことを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項1に記載の回転角度検出装置において、
前記演算手段は、
計算した前記指標に丸め処理を施し、
丸め処理された前記指標に基づいて前記第1の従動歯車の回転数と第2の従動歯車の回転数とが同じであるか否かを判定する
ことを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項2に記載の回転角度検出装置において、
前記第1の従動歯車の回転角度をαとし、
前記第2の従動歯車の回転角度をβとし、
前記第1のセンサ及び前記第2のセンサによって測定可能な前記第1の従動歯車及び前記第2の従動歯車の最大回転角度をΩとし、
前記指標の1つとしての第1指標をI1としたときに、
前記演算手段は、次式(2):
ことを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項3に記載の回転角度検出装置において、
前記第1の従動歯車の回転数をiとし、
前記第2の従動歯車の回転数をjとしたとき、
前記演算手段は、
前記第1の従動歯車の回転数と前記第2の従動歯車の回転数とが同一であると判定したとき、次式(5):
前記第1の従動歯車の回転数と前記第2の従動歯車の回転数とが同一ではないと判定したとき、次式(6):
ことを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項2乃至4の何れかに記載の回転角度検出装置において、
前記第1の従動歯車の回転角度をαとし、
前記第2の従動歯車の回転角度をβとし、
前記第1のセンサ及び前記第2のセンサによって測定可能な前記第1の従動歯車及び前記第2の従動歯車の最大回転角度をΩとし、
前記指標のうち1つとしての第2指標をI2としたときに、
前記演算手段は、次式(7):
ことを特徴とする回転角度検出装置。
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JP2009103743A Active JP5201736B2 (ja) | 2009-04-22 | 2009-04-22 | 回転角度検出装置 |
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