JP5331718B2 - 回転角度検出装置および回転角度検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転角度検出装置および回転角度検出方法に関する。

従来より、３６０度を越えて回転可能な回転体の回転角度を検出する装置が提案されている。
例えば、特許文献１には、以下のように構成された回転角度検出装置が記載されている。すなわち、回転可能な回転体は、ｎ個の歯が形成された歯車を有している。この歯車は、ｍ個の歯を有している歯車とｍ＋１個の歯を有している２つの歯車に係合されている。これら２つの歯車の角度ψとθは２つの周期的な角度センサを用いて測定される。この測定は接触式か又は非接触式に行われる。そして、これらの角度センサはそれぞれ電子評価回路に接続されており、この評価回路は、回転体の回転角度φの検出に必要な計算を行う。このように構成された回転角度検出装置において、いわゆる絶対値センサである２つの角度センサは、回転角度検出装置のスイッチオン直後に、スイッチオン時の２つの歯車の回転角度ψとθを供給する。これらの角度値、回転体の歯車の角度マークないし歯の数、および２つの歯車の角度マークないし歯の数により、回転体の角度φを検出する。

特許第３７９２７１８号公報

角度センサから出力される、回転体の回転に連動して回転する従動体の回転角度の検出値に誤差が生じると、これらの検出値を基に演算する回転体の回転角度にも演算誤差が生じてしまう。それゆえ、角度センサから出力される従動体の回転角度の検出値に誤差が生じることに起因して生じる、回転体の回転角度の演算誤差を抑制することが望ましい。

かかる目的のもと、本発明は、回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段と、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算する零回転角度演算手段と、前記零回転角度演算手段が演算した前記零回転角度と予め定められた基準角度との偏差に基づいて、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする回転角度検出装置である。

ここで、前記零回転角度演算手段は、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
また、前記零回転角度演算手段は、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。

また、前記回転体は歯車を有し、前記第１の従動体は第１の従動歯車を有し、前記第２の従動体は前記第１の従動歯車の歯数とは異なる歯数を有する第２の従動歯車を有し、前記第１の従動体および前記第２の従動体は、前記第１の従動歯車および前記第２の従動歯車が前記歯車により回転力が付与されることにより前記回転体の回転に連動して回転することが好適である。

他の観点から捉えると、本発明は、回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、を備える前記回転体の回転角度を検出する検出装置の回転角度検出方法であって、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算し、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算し、演算した前記零回転角度と予め定められた基準角度との偏差に基づいて、演算した前記回転体の回転角度を補正することを特徴とする回転角度検出方法である。

ここで、演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
また、演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。

本発明によれば、角度センサから出力される従動体の回転角度の検出値に誤差が生じることに起因して生じる、回転体の回転角度の演算誤差を抑制することができる。

実施の形態に係る検出装置を適用した電動パワーステアリング装置の断面図である。 実施の形態に係る検出装置の斜視図である。 第２の回転軸の回転角度と、第２の歯車，第３の歯車の回転角度との関係を示す図である。 ＥＣＵが行う第２の回転軸の回転角度演算処理の手順を示すフローチャートである。 （ａ）は、第２の歯車の実際の回転角度に対して、第１の回転角度センサの検出値にひずみが生じている場合を例示する図である。（ｂ）は、第３の歯車の実際の回転角度に対して、第２の回転角度センサの検出値にひずみが生じている場合を例示する図である。 第２の回転軸の回転角度と、第１の回転角度センサおよび第２の回転角度センサの検出値にひずみが生じている場合の第２の歯車，第３の歯車の回転角度の検出回転角度との関係を示す図である。 第２の回転軸の実際の回転角度と、第１の回転角度センサおよび第２の回転角度センサの検出値にひずみが生じている場合の、演算した第２の回転軸の回転角度、および誤差との関係を示す図である。 算出した交差角の初期値に対する変動量と、第２の回転軸の回転角度の演算結果の実際の回転角度に対する誤差との関係を示す図である。 第２の歯車の回転角度と第３の歯車の回転角度との関係を例示した図である。 第２の歯車の回転角度が第３の歯車の回転角度に対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の歯車の回転角度と第３の歯車の回転角度との関係を示す図である。 第２の歯車の回転角度が第３の歯車の回転角度に対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の回転軸の回転角度と、第２の歯車，第３の歯車の回転角度との関係を示す図である。 交差角を１２０度とした場合の、第２の歯車の回転角度と第２の歯車の累積の回転角度とを示す図である。 ＥＣＵが行う本実施の形態に係る回転角度演算処理の手順を示すフローチャートである。 第２の回転軸の実際の回転角度と、本実施の形態に係る回転角度演算手段が演算した第２の回転軸の回転角度、および誤差との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る検出装置１を適用した電動パワーステアリング装置１００の断面図である。図２は、実施の形態に係る検出装置１の斜視図である。なお、図２においては、構成を分かり易くするために後述するフラットケーブルカバー５０およびベース６０の一部は省略して示している。

検出装置１は、ハウジング１１０に回転可能に支持された第１の回転軸１２０と、同じくハウジング１１０に回転可能に支持された回転体の一例としての第２の回転軸１３０との相対角度を検出すると共に第２の回転軸１３０の回転角度φを検出する装置である。
ハウジング１１０は、例えば自動車などの乗り物の本体フレーム（以下、「車体」と称する場合もある。）に固定される部材であり、第１ハウジング１１１と第２ハウジング１１２とが、例えばボルトなどにより結合されて構成される。
第１の回転軸１２０は、例えばステアリングホイールが連結される回転軸であり、軸受１１３を介して第１ハウジング１１１に回転可能に支持されている。

第２の回転軸１３０は、トーションバー１４０を介して第１の回転軸１２０に同軸的に結合されていると共に軸受１１４を介して第２ハウジング１１２に回転可能に支持されている。また、第２の回転軸１３０に形成されたピニオン１３１が、車輪に連結されるラック軸（不図示）のラック（不図示）と噛み合っている。そして、第２の回転軸１３０の回転運動がピニオン１３１，ラックを介してラック軸の直線運動に変換され、車輪が操舵される。
また、第２の回転軸１３０には、例えば圧入などによりウォームホイール１５０が固定されている。このウォームホイール１５０は、第２ハウジング１１２に固定された電動モータ１６０の出力軸に連結されたウォームギヤ１６１と噛み合っている。

以上のように構成された電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出装置１にて検出し、その検出トルクに基づいて電動モータ１６０を駆動し、電動モータ１６０の発生トルクをウォームギヤ１６１、ウォームホイール１５０を介して第２の回転軸１３０に伝達する。これにより、電動モータ１６０の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。

以下に、検出装置１について詳述する。
検出装置１は、第１の回転軸１２０に取り付けられる第１の磁石１０と、ハウジング１１０に固定される第１の歯車２０と、を有している。また、検出装置１は、第２の回転軸１３０の回転に伴い、第２の回転軸１３０の軸心を回転中心として公転しつつ第１の歯車２０と噛み合って自転する第１の従動歯車の一例としての第２の歯車３０を有する。また、検出装置１は、第２の回転軸１３０の回転に伴い、第２の回転軸１３０の軸心を回転中心として公転しつつ第１の歯車２０と噛み合って自転し、第２の歯車３０の歯数とは異なる歯数の第３の歯車４０を有する。この第３の歯車４０は、第２の従動歯車の一例である。

第１の磁石１０は、ドーナツ状であり、その内側に第１の回転軸１２０が嵌合され、第１の回転軸１２０と共に回転する。そして、少なくとも外周面に、Ｎ極およびＳ極が交互に配置されている。
第１の歯車２０は、フラットケーブルカバー５０の上部の内周面の全周に設けられた歯車である。フラットケーブルカバー５０が、ハウジング１１０の第２ハウジング１１２に固定されることで、第１の歯車２０は、ハウジング１１０に固定される。

フラットケーブルカバー５０をハウジング１１０に固定する態様としては、以下の態様を例示することができる。すなわち、フラットケーブルカバー５０の外周面に、周方向に等間隔に複数個（本実施の形態においては９０度間隔に４個）の凸部５０ａを、外側に延出するように形成する。一方、ハウジング１１０の第２ハウジング１１２に、凸部５０ａが嵌合される凹部１１２ａを、凸部５０ａと同数個形成する。そして、フラットケーブルカバー５０の凸部５０ａを第２ハウジング１１２に形成した凹部１１２ａに嵌合することで、第２の回転軸１３０の回転方向の位置決めを行う。そして、第１ハウジング１１１でフラットケーブルカバー５０の上面を押さえることで第２の回転軸１３０の軸方向の位置決めを行う。

検出装置１は、第２の回転軸１３０に固定されて、第２の回転軸１３０と共に回転するベース６０を有している。そして、第２の歯車３０および第３の歯車４０が、ベース６０に回転可能に支持されている。言い換えれば、第２の歯車３０および第３の歯車４０は、ハウジング１１０に固定されるフラットケーブルカバー５０に対して、第２の回転軸１３０の軸心を回転中心として回転可能に設けられている。
第２の歯車３０の内側には、半円柱状のＮ極と半円柱状のＳ極とを有する円柱状の第２の磁石３０ａが例えばインサート成形により装着されている。また、第３の歯車４０の内側には、同じく半円柱状のＮ極と半円柱状のＳ極とを有する円柱状の第３の磁石４０ａが例えばインサート成形により装着されている。これら第２の歯車３０と第２の磁石３０ａとで第１の従動体の一例を構成し、第３の歯車４０と第３の磁石４０ａとで第２の従動体の一例を構成する。

第２の歯車３０を、ベース６０に回転可能に支持する態様としては、以下の態様を例示することができる。図１に示すように、ベース６０に円柱状の凹部６０ａを設け、凹部６０ａにベアリング６１を装着する。他方、第２の歯車３０の下面に円柱状の凸部３０ｂを設ける。そして、第２の歯車３０の凸部３０ｂを、ベアリング６１の内周面に嵌合する。または、第２の歯車３０の回転中心部に、つまり第２の磁石３０ａの中心部に非磁性体の回転軸を設け、この回転軸をベース６０に設けた軸受け（例えば、ベアリング）に嵌合してもよい。第３の歯車４０も上述した態様でベース６０に回転可能に支持する。

ベース６０には、配線パターン（不図示）が形成されたプリント基板７０が、第２の歯車３０および第３の歯車４０との間で所定の間隙を形成するように、例えばネジ止めなどにより装着されている。言い換えれば、プリント基板７０は、ハウジング１１０に固定されるフラットケーブルカバー５０に対して、第２の回転軸１３０の軸心を回転中心として回転可能に設けられている。
プリント基板７０には、図１，２に示すように、第１の回転軸１２０の半径方向には第１の磁石１０の外周面の外側であり、第１の回転軸１２０の軸方向には第１の磁石１０が設けられた領域内となるように相対角度センサ７１が装着されている。本実施の形態に係る相対角度センサ７１は、磁界によって抵抗値が変化することを利用した磁気センサであるＭＲセンサ（磁気抵抗素子）であることを例示することができる。そして、この相対角度センサ７１が、第１の磁石１０から発生される磁界に基づいて第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を検出する相対角度検出手段を構成する。

また、プリント基板７０には、第２の磁石３０ａの中央部と対向する位置に、第２の磁石３０ａとの間で所定の間隙を形成するように第１の検出手段の一例としての第１の回転角度センサ７２が装着されている。また、プリント基板７０には、第３の磁石４０ａの中央部と対向する位置に、第３の磁石４０ａとの間で所定の間隙を形成するように第２の検出手段の一例としての第２の回転角度センサ７３が装着されている。本実施の形態に係る第１，２の回転角度センサ７２，７３も、ＭＲセンサ（磁気抵抗素子）であることを例示することができる。そして、この第１，２の回転角度センサ７２，７３が、第２の歯車３０の自転の角度と第３の歯車４０の自転の角度とに基づいて第２の回転軸１３０の回転角度を検出する回転角度検出手段を構成する。

また、プリント基板７０には、配線パターンと電気的に接続されたコネクタ７４が取り付けられており、このコネクタ７４には、フラットケーブル８０の一方の先端部に設けられたコネクタ（不図示）が接続されている。フラットケーブル８０は、図２に示すように、ベース６０の下方であってフラットケーブルカバー５０の内側で渦状に巻かれている。そして、フラットケーブル８０の一方の先端部は、ベース６０に形成された孔を介してベース６０の上方のコネクタ７４に接続されている。また、フラットケーブル８０の他方の先端部は、フラットケーブルカバー５０に形成された孔を介してフラットケーブルカバー５０の内部から外部へ出され、フラットケーブルカバー５０の外側で、例えば電動パワーステアリング装置１００の制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ）（不図示）のプリント基板（制御基板）に設けられたコネクタ（不図示）に接続される。

また、検出装置１は、相対角度センサ７１の検出値を基に第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を演算する相対角度演算手段（不図示）と、第１，第２の回転角度センサ７２，７３の検出値を基に第２の回転軸１３０の回転角度φを演算する回転角度演算手段（不図示）と、を備えている。相対角度演算手段は、上述した相対角度検出手段を構成し、回転角度演算手段は上述した回転角度検出手段を構成する。そして、これらの演算手段は、プリント基板７０とは別にフラットケーブルカバー５０の外側に設けたプリント基板（例えば上述したＥＣＵに設けられた基板）に装着してもよいし、プリント基板７０に装着してもよい。

演算手段を、プリント基板７０とは別のプリント基板に装着する場合には、相対角度センサ７１および第１，２の回転角度センサ７２，７３の検出値は、フラットケーブル８０を介して演算手段に出力されるようにする。また、演算手段を、プリント基板７０に装着する場合には、演算手段にて相対角度センサ７１および第１，２の回転角度センサ７２，７３の検出値に基づいて相対角度あるいは回転角度を演算した後に、演算した結果を、フラットケーブル８０を介してＥＣＵに出力する。

次に、回転角度演算手段がＥＣＵに設けられているものとして、第２の回転軸１３０の回転角度φを検出する態様について詳細に説明する。
図３は、第２の回転軸１３０の回転角度φと、第２の歯車３０，第３の歯車４０の回転角度θＡ，θＢとの関係を示す図である。
第１の歯車２０の歯数は、例えば９０個、第２の歯車３０の歯数は、例えば３６個、第３の歯車４０の歯数は、例えば３９個である。そして、これら第１の歯車２０の歯数と第２の歯車３０の歯数との関係、第１の歯車２０の歯数と第３の歯車４０の歯数との関係を考慮すると共に、第２の歯車３０の歯数と第３の歯車４０の歯数とが異なる点を考慮すると、図３に示すような、第２の回転軸１３０の回転角度φと、第２の歯車３０，第３の歯車４０の回転角度θＡ，θＢとの関係を示す図を得ることができる。

第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３は、それぞれ、例えば、検出した第２の歯車３０または第３の歯車４０の回転角度（θＡまたはθＢ）に応じたデューティ比を有するパルス幅変調信号ＰＷＭを予め定められた周期で出力する。
そして、ＥＣＵは、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて、言い換えれば第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３により入力された検出結果に基づいて、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢを演算する。そして、演算した角度差ΔθＡＢに基づいて第２の回転軸１３０の回転角度φを演算する。

ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路であり、予め定められた周期で、キャプチャ・レジスタに取り込んだ、最新のパルス幅変調信号ＰＷＭのＯＮパルスの時間を読み込み、この時間および周期に基づいて第２の回転軸１３０の回転角度φを演算する演算処理を行う。
以下、フローチャートを用いて、ＥＣＵが行う第２の回転軸１３０の回転角度演算処理について説明する。
図４は、ＥＣＵが行う第２の回転軸１３０の回転角度演算処理の手順を示すフローチャートである。ＥＣＵは、予め定められた周期にてこの回転角度演算処理を行う。

ＥＣＵは、先ず、第２の歯車３０の回転角度θＡを算出する（ステップ４０１）。これは、キャプチャ・レジスタに取り込んだ最新の第２の歯車３０の回転角度θＡに応じたＰＷＭ信号のＯＮ時間と周期に基づいて算出する処理である。
ＥＣＵは、次に、第３の歯車４０の回転角度θＢを算出する（ステップ４０２）。これは、キャプチャ・レジスタに取り込んだ最新の第３の歯車４０の回転角度θＢに応じたＰＷＭ信号のＯＮ時間と周期に基づいて算出する処理である。

次に、ＥＣＵは、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢを算出する（ステップ４０３）。これは、ステップ４０１にて算出された回転角度θＡからステップ４０２にて算出された回転角度θＢを減算することにより算出する処理である（ΔθＡＢ＝θＡ−θＢ）。
その後、ＥＣＵは、ステップ４０３にて算出した角度差ΔθＡＢが０度（ｄｅｇ）よりも小さいか否かを判別する（ステップ４０４）。そして、ステップ４０４にて肯定判定した場合には、ステップ４０３にて算出した角度差ΔθＡＢに３６０度を加算した値をΔθＡＢに置き換え（ΔθＡＢ←ΔθＡＢ＋３６０）（ステップ４０５）、ステップ４０６へ進む。他方、ステップ４０４にて否定判定した場合には、ステップ４０６へ進む。

そして、ステップ４０６において、第２の回転軸１３０の回転角度φを算出する（ステップ４０６）。これは、以下の式（１）により算出する処理である。
φ＝ΔθＡＢ×Ｋ１・・・（１）
ここで、Ｋ１は、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢを第２の回転軸１３０の回転角度φに変換する係数であり、第１の歯車２０の歯数、第２の歯車３０の歯数、第３の歯車４０の歯数、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３の検出角度である３６０度に依存する係数である。
このようにして、ＥＣＵは、第２の回転軸１３０の回転角度φを算出する。

ここで、第２の歯車３０あるいは第３の歯車４０の実際の回転角度と、第１の回転角度センサ７２あるいは第２の回転角度センサ７３が検出する回転角度との間に誤差が生じることが考えられる。
図５（ａ）は、第２の歯車３０の実際の回転角度に対して、第１の回転角度センサ７２の検出値にひずみが生じている場合を例示する図である。図５（ｂ）は、第３の歯車４０の実際の回転角度に対して、第２の回転角度センサ７３の検出値にひずみが生じている場合を例示する図である。

そして、第２の歯車３０あるいは第３の歯車４０の実際の回転角度と、第１の回転角度センサ７２あるいは第２の回転角度センサ７３が検出する回転角度との間に誤差が生じている場合には、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３の検出値に基づいて演算する第２の回転軸１３０の回転角度φにも誤差が生じてしまう。

図６は、第２の回転軸１３０の回転角度φと、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３の検出値にひずみが生じている場合の第２の歯車３０，第３の歯車４０の回転角度の検出回転角度θＡ，θＢとの関係を示す図である。
図７は、第２の回転軸１３０の実際の回転角度と、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３の検出値にひずみが生じている場合の、演算した第２の回転軸１３０の回転角度φ、および誤差との関係を示す図である。

図７に示すように、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３の検出値にひずみが生じている場合、これらの検出値に基づいて第２の回転軸１３０の回転角度φを算出すると、算出した第２の回転軸１３０の回転角度φは、図７に示すような曲線となる。第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３の検出値にひずみが生じていない場合の、算出した第２の回転軸１３０の回転角度φは直線となることから、第２の回転軸１３０の実際の回転角度φに対して、図７に示すような誤差が生じてしまう。

これに対して、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す事項を見出した。
上述したように、本実施の形態に係る検出装置１は、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢに基づいて第２の回転軸１３０の回転角度φを検出する装置であるため、検出可能な第２の回転軸１３０の回転角度φの範囲内では、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなるポイント（回転角度）は１点しか存在しない。このポイント（回転角度）は、設計レイアウトや組み付け精度によって定まり、検出装置１を乗り物に組み付けた後は、検出装置１が正常に作動する限り変化することがない。かかる点に着目した結果、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて算出した、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなる回転角度（以下、「交差角θＫ」と称する場合もある。）の、初期値に対する変動量ΔθＫと、第１の回転角度センサ７２あるいは第２の回転角度センサ７３の検出値のひずみに起因する第２の回転軸１３０の回転角度φの演算結果の、実際の回転角度に対する誤差との間には関連性があることを見出した。なお、交差角θＫは、言い換えれば、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢが零となる零回転角度である。

図８は、算出した交差角θＫの初期値に対する変動量ΔθＫと、第２の回転軸１３０の回転角度φの演算結果の実際の回転角度に対する誤差との関係を示す図である。なお、図８においては、交差角θＫの初期値は０（零）度（ｄｅｇ）であるとし、算出した交差角θＫがマイナス方向に変動する場合には、負の値ではなく、３６０度から変動量を減算した値としている。
図８は、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて算出した交差角θＫの、初期値（以下、「初期交差角θＫ０」という。）に対する変動量ΔθＫが大きくなるほど、第２の回転軸１３０の回転角度φの演算結果の誤差が大きくなることを示している。

かかる事項に鑑み、本実施の形態に係る回転角度演算手段の一例としてのＥＣＵは、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて演算した第２の回転軸１３０の回転角度φを、初期交差角θＫ０に対する、算出した交差角θＫの変動量ΔθＫに応じて補正する補正手段を有し、補正手段が補正した後の回転角度φ´を最終的な第２の回転軸１３０の回転角度として出力する。

すなわち、本実施の形態に係る回転角度演算手段においては、定期的に、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて交差角θＫを算出する。そして、算出した交差角θＫと、初期交差角θＫ０との偏差に基づいて、第１の回転角度センサ７２が検出した第２の歯車３０の回転角度θＡと第２の回転角度センサ７３が検出した第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢに基づいて演算した第２の回転軸１３０の回転角度φを補正する。

以下に、第１の歯車２０の歯数が９０個、第２の歯車３０の歯数が３６個、第３の歯車４０の歯数が３９個であることを前提としてより詳しく説明する。
図９は、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係を例示した図である。横軸に第２の歯車３０の回転角度θＡを、縦軸に第３の歯車４０の回転角度θＢを取り、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係を細線で示している。この細線を見ると、例えば、第３の歯車４０の回転角度θＢが零度である場合には、第２の歯車３０の回転角度θＡが、３０度、６０度、９０度、１２０度、１５０度、１８０度、２１０度、２４０度、２７０度、３００度、３３０度となり得ることを示している。

また、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなる線を太線で示している。
そして、図９に例示した、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係では、細線と太線とが交わるポイント（回転角度）は零（３６０）度である。このことは、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが零（３６０）度であるときに、唯一第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなることを示しており、かかる場合には、零度（３６０度）が上述した交差角θＫとなる。
なお、図３に示した、第２の回転軸１３０の回転角度φと、第２の歯車３０，第３の歯車４０の回転角度θＡ，θＢとの関係は、この交差角θＫが零度（３６０度）である場合の関係を示した図である。

ところで、設計レイアウトでは、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなるポイント（回転角度）が零度、つまり設計段階の交差角θＫが零度となるように設計されたとしても、検出装置１を乗り物に組み付けた後の交差角θＫが零度とならない場合がある。これは、第２の歯車３０、第３の歯車４０などの製品の寸法バラツキや検出装置１の電動パワーステアリング装置１００への組み付け精度の悪さに起因するものである。

図１０は、第２の歯車３０の回転角度θＡが第３の歯車４０の回転角度θＢに対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係を示す図である。図１１は、第２の歯車３０の回転角度θＡが第３の歯車４０の回転角度θＢに対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の回転軸１３０の回転角度φと、第２の歯車３０，第３の歯車４０の回転角度θＡ，θＢとの関係を示す図である。

図１０には、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなる線である太線と、第２の歯車３０の回転角度θＡが第３の歯車４０の回転角度θＢに対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係を示す細線とが交わるポイント（回転角度）、つまり交差角θＫが１２０度となることを示している。

このように、検出装置１を乗り物に組み付けた後には、設計段階の交差角θＫからずれるおそれがある。しかしながら、組み付けた後は、検出装置１が正常に作動する限り、交差角θＫが変化することはない。
そこで、本実施の形態に係るＥＣＵにおいては、検出装置１を乗り物に組み付けた後、その乗り物がユーザに使用される前の段階の、好ましくは検出装置１を乗り物に組み付けた直後の、交差角θＫを認識して、上述した初期交差角θＫ０として用いるためにＲＯＭに記憶しておく。そして、定期的に、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて交差角θＫを算出し、この算出した交差角θＫと初期交差角θＫ０との偏差に基づいて、第１の回転角度センサ７２が検出した第２の歯車３０の回転角度θＡと第２の回転角度センサ７３が検出した第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢに基づいて演算した第２の回転軸１３０の回転角度φを補正する。

以下に、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて交差角θＫを算出する手法について説明する。
図１２は、例として、交差角θＫを１２０度とした場合の、第２の歯車３０の回転角度θＡと第２の歯車３０の累積の回転角度θＬＡとを示す図である。
図１２を見ても分かるとおり、第２の歯車３０の累積の回転角度θＬＡは、以下の式（２）により算出することができる。
θＬＡ＝３６０×ｎ＋θＡ−θＫ・・・（２）
ｎは、第２の歯車３０の、３６０度→０度のまたぎ回数である。図１２ではｎ＝２である場合を示している。

また、同様に、第３の歯車４０の累積の回転角度θＬＢは、以下の式（３）により算出することができる。
θＬＢ＝３６０×ｍ＋θＢ−θＫ・・・（３）
ｍは、第３の歯車４０の、３６０度→０度のまたぎ回数である。

一方、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢと、第２の歯車３０の累積の回転角度θＬＡとの関係は、以下の式（４）の関係となる。
θＬＡ＝ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ・・・（４）
ここで、ＫＡは、第２の歯車３０の減速比であり、第１の歯車２０の歯数を第２の歯車３０の歯数で除した値（＝第１の歯車２０の歯数／第２の歯車３０の歯数）である。

また、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢと、第３の歯車４０の累積の回転角度θＬＢとの関係は、以下の式（５）の関係となる。
θＬＢ＝ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＢ・・・（５）
ここで、ＫＢは、第３の歯車４０の減速比であり、第１の歯車２０の歯数を第３の歯車４０の歯数で除した値（＝第１の歯車２０の歯数／第３の歯車４０の歯数）である。

上記式（２）および式（４）により、
３６０×ｎ＋θＡ−θＫ＝ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ
が成り立ち、この式を整理すると、
θＫ＝３６０×ｎ＋θＡ−ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡであり、
θＫ＝３６０×ｎ−（ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ−θＡ）・・・（６）
となる。
同様に、上記式（３）および式（５）により、
θＫ＝３６０×ｍ−（ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＢ−θＢ）・・・（７）
となる。

ただし、式（６）において、故障診断装置を備えるＥＣＵの起動直後等、交差角θＫからの３６０度→０度またぎ回数である上述した、ｎを特定できない場合を考慮し、式（６）の「ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ−θＡ」を３６０で除算した場合の余りを、３６０から減算することで交差角θＫを算出する。つまり、以下の式（８）により交差角θＫを算出する。
θＫ＝３６０−ＭＯＤ｛（３６０＋ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ−θＡ），３６０｝・・・（８）
なお、ＭＯＤ｛Ｘ，Ｙ｝は、ＸをＹで除算した場合の余りのことである。
同様に、式（７）を変形した、以下の式（９）により交差角θＫを算出してもよい。
θＫ＝３６０−ＭＯＤ｛（３６０＋ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＢ−θＢ），３６０｝・・・（９）

そして、ＥＣＵは、上述した式（８）あるいは式（９）を用いて算出した交差角θＫと初期交差角θＫ０との偏差に基づいて、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて演算した第２の回転軸１３０の回転角度φを補正する。

以下、フローチャートを用いて、本実施の形態に係る回転角度演算手段の一例としてのＥＣＵが行う回転角度演算処理について説明する。
図１３は、ＥＣＵが行う本実施の形態に係る回転角度演算処理の手順を示すフローチャートである。ＥＣＵは、予め定められた周期にてこの回転角度演算処理を行う。
ステップ４０１〜４０６の処理については、図４に示したフローチャートを用いて説明した処理であるのでその詳細な説明は省略する。

ステップ４０６で第２の回転軸１３０の回転角度φを算出した後に、ステップ１３０７へ進む。そして、ステップ１３０７においては、交差角θＫを算出する（ステップ１３０７）。これは、上述した式（８）あるいは式（９）により算出する処理である。つまり、式（８）に、ステップ４０１にて算出した回転角度θＡ、ステップ４０３あるいはステップ４０５にて算出した角度差ΔθＡＢを代入することにより算出する処理である。あるいは、式（９）に、ステップ４０２にて算出した回転角度θＢ、ステップ４０３あるいはステップ４０５にて算出した角度差ΔθＡＢを代入することにより算出する処理である。

そして、ＥＣＵは、ステップ１３０７において算出した交差角θＫが１８０度以上であるか否かを判別する（ステップ１３０８）。そして、ステップ１３０８にて肯定判定した場合には、ステップ１３０９へ進み、ステップ１３０７にて算出した交差角θＫから３６０度を減算する（１３０９）。これらは、上述したように、初期交差角θＫ０が０（零）度で、算出した交差角θＫがマイナス方向に変動する場合には、負の値ではなく、３６０度からその変動量を減算する値とすることから、後述する補正回転角度θαを算出するにあたって、ステップ１３０７にて算出した交差角θＫが１８０度以上である場合には、ステップ１３０７にて算出した交差角θＫから３６０度を減算して負の値に変換するための処理である。なお、交差角θＫの変動量ΔθＫは１８０度未満となるように基本設計を行っておくことが重要である。
他方、ステップ１３０８にて否定判定した場合には、ステップ１３１０へ進む。

ステップ１３１０においては、交差角θＫの初期交差角θＫ０に対する変動量ΔθＫを算出する（ΔθＫ＝θＫ−θＫ０）（ステップ１３１０）。その後、ステップ１３１０にて算出した変動量ΔθＫに予め定められた補正係数Ｋｈを乗算して、補正回転角度θαを算出する（θα＝ΔθＫ×Ｋｈ）（ステップ１３１１）。補正係数Ｋｈは、交差角θＫの初期交差角θＫ０に対する変動量ΔθＫを、ステップ４０６にて演算した第２の回転軸１３０の回転角度φを補正すべき角度に変換する係数である。図８に示した、算出した交差角θＫの初期値に対する変動量ΔθＫと、第２の回転軸１３０の回転角度φの演算結果の実際の回転角度に対する誤差との相関関係に基づいて、予め補正係数Ｋｈを定めておく。そして、予め定めた補正係数ＫｈをＲＯＭに記憶しておき、このステップ１３１１では、記憶しておいた補正係数Ｋｈを読み込み、ステップ１３１０にて算出した変動量ΔθＫに乗算することにより補正回転角度θαを算出する。

その後、ステップ４０６にて算出した第２の回転軸１３０の回転角度φにステップ１３１１にて算出した補正回転角度θαを加算することにより、補正後の第２の回転軸１３０の回転角度φを算出する（ステップ１３１２）。
図１４は、第２の回転軸１３０の実際の回転角度と、本実施の形態に係る回転角度演算手段が演算した第２の回転軸１３０の回転角度φ、および誤差との関係を示す図である。
上述した処理により、ＥＣＵは、第１の回転角度センサ７２および／または第２の回転角度センサ７３の検出値にひずみ（誤差）が生じているとしても、このひずみ（誤差）が生じていることに起因して生じる、第２の回転軸１３０の回転角度φの演算誤差を抑制することができる。したがって、本実施の形態にかかる検出装置１は、より精度高く第２の回転軸１３０の回転角度φを算出することができる。

そして、このように、交差角θＫの変動量ΔθＫに基づいて、ひいては第２の回転軸１３０の回転角度φを算出するのにこれまでも用いている第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値を基に算出した第２の回転軸１３０の回転角度φを補正するので、補正用に、新たな信号、機構などを追加することなく第２の回転軸１３０の回転角度φをより精度高く算出することが可能となる。

なお、回転角度演算手段の一例としてのＥＣＵが上述したステップ４０６の処理を行うことにより、ＥＣＵは、演算手段の一例であり、上述したステップ１３０７の処理を行うことにより、ＥＣＵは、零回転角度演算手段の一例である。また、上述したステップ１３０８〜１３１２の処理を行うことにより、ＥＣＵは、零回転角度演算手段が演算した零回転角度の一例としての交差角θＫと予め定められた基準角度の一例としての初期交差角θＫ０との偏差に基づいて、演算手段が演算した第２の回転軸１３０の回転角度φを補正する補正手段の一例である。

また、ＥＣＵが行う回転角度演算処理において、初期交差角θＫ０として、設計レイアウトから定まる交差角θＫを用いてもよいことはいうまでもない。かかる場合においても、交差角θＫの変動量ΔθＫに応じて、算出した第２の回転軸１３０の回転角度φを補正しない場合よりも、より精度高く第２の回転軸１３０の回転角度φを算出することができる。

１…検出装置、１０…第１の磁石、２０…第１の歯車、３０…第２の歯車、４０…第３の歯車、５０…フラットケーブルカバー、６０…ベース、７０…プリント基板、７１…相対角度センサ、７２…第１の回転角度センサ、７３…第２の回転角度センサ、８０…フラットケーブル、１００…電動パワーステアリング装置、１１０…ハウジング、１２０…第１の回転軸、１３０…第２の回転軸、１４０…トーションバー、１５０…ウォームホイール、１６０…電動モータ

Claims (7)

1. 回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、
   前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、
   前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段と、
   前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算する零回転角度演算手段と、
   前記零回転角度演算手段が演算した前記零回転角度と予め定められた基準角度との偏差に基づいて、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
2. 前記零回転角度演算手段は、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記零回転角度演算手段は、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
4. 前記回転体は歯車を有し、
   前記第１の従動体は第１の従動歯車を有し、
   前記第２の従動体は前記第１の従動歯車の歯数とは異なる歯数を有する第２の従動歯車を有し、
   前記第１の従動体および前記第２の従動体は、前記第１の従動歯車および前記第２の従動歯車が前記歯車により回転力が付与されることにより前記回転体の回転に連動して回転することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
5. 回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、
   前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、
   を備える前記回転体の回転角度を検出する検出装置の回転角度検出方法であって、
   前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算し、
   前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算し、
   演算した前記零回転角度と予め定められた基準角度との偏差に基づいて、演算した前記回転体の回転角度を補正する
   ことを特徴とする回転角度検出方法。
6. 演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項５に記載の回転角度検出方法。
7. 演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項５に記載の回転角度検出方法。

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