JP7400485B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents
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Description
従動歯車を主動歯車へ向けて付勢することによって、主動歯車と従動歯車との間の噛み合いを好適に確保することができる。しかし、付勢部材を備える回転角度検出装置では、従動歯車を主動歯車へ向けて付勢することによって従動歯車におけるヒステリシスの発生が抑えられるため、主動歯車の歯の状態から従動側回転角度の演算が受ける影響が大きくなりやすい。従動歯車を主動歯車へ向けて付勢した場合には、従動歯車を主動歯車へ向けて付勢しない場合と比べて、例えば、0から360度の角度領域では、補正前の従動側回転角度が実際の補正対象従動歯車の回転角度よりも大となる乖離が生じる一方、360度を超える角度領域では、補正前の従動側回転角度が実際の補正対象従動歯車の回転角度よりも小となる乖離が生じることがある。この場合、従来であれば、0から360度の角度領域の偏差のみで求めた補正角度に基づいて従動側回転角度を補正することから、0から360度の角度領域では、補正前の従動側回転角度が実際の補正対象従動歯車の回転角度よりも大となる乖離を抑えるように従動側回転角度を補正する。しかし、360度を超える角度領域でも同様の補正角度で従動側回転角度を補正することから、補正前の従動側回転角度が実際の補正対象従動歯車の回転角度よりも小となる乖離に対して、小となる乖離をより大きく乖離するように補正することになる。付勢部材を備えた回転角度検出装置ではこうした事情があるため、360度を超える角度領域の偏差も考慮した補正角度を用いることで従動側回転角度をより適切に補正できるという作用を好適に享受することができる。
上記構成によれば、従動側回転角度だけでなく、回転軸に作用するトルクについての情報を提供することが可能になる。
図1及び図2に示すように、検出装置1は、例えば車両の操舵装置に搭載されるものである。回転軸としてのピニオン軸2は、ステアリングホイールに連結されたステアリング軸を構成するものである。検出装置1は、ステアリングホイールのステアリング操作を通じてピニオン軸2に加わるトルクを操舵トルクとして検出するトルクセンサと、ピニオン軸2の360度を超える多回転にわたる回転角度である絶対角度θpaを検出する回転角センサとが組み合わせられてなるトルクアングルセンサ装置である。
図3に示すように、トルクセンサ20は、第1磁気ヨーク21、第2磁気ヨーク22、第1集磁リング23、第2集磁リング24、第1トルク検出用磁気センサ25、第2トルク検出用磁気センサ26、及び多極磁石27を有している。
ピニオン軸2の出力軸は筒状をなしている部分を有しており、当該筒状をなしている部分がピニオン軸2の入力軸を覆うようにピニオン軸2の入力軸側へ向けて延びている。第1磁気ヨーク21及び第2磁気ヨーク22は、ピニオン軸2の出力軸の筒状をなしている部分に固定されている。第1磁気ヨーク21及び第2磁気ヨーク22の径方向内側には、多極磁石27が位置している。第1磁気ヨーク21及び第2磁気ヨーク22は、多極磁石27の磁界に応じた磁気回路を形成する。
「m」は第1従動歯車32の歯61aの歯数、「z」は主動歯車31の歯31aの歯数、「Ω」は第1回転角度検出用磁気センサ37が検出することのできる角度領域、「α」は第1従動側回転角度θg1である。本実施形態では、「m」は24、「z」は48、「Ω」は360度である。「mα/z」は、第1回転角度検出用磁気センサ37の検出範囲Ωにおける第1従動歯車32の第1従動側回転角度θg1に対する主動歯車31の回転角度を示している。制御装置110は、式(1)に基づいて、絶対角度θpaを演算する。
補正角度θcを求める際には、まず、第1従動歯車32を2回回転させてその角度領域全域で第1従動側回転角度θg1を求める。第1従動歯車32を2回回転させるのは、第1従動歯車32の歯61aの歯数が主動歯車31の歯31aの歯数を2で割った歯数をなしているためである。第1従動歯車32が2回転したときに主動歯車31が1回転する関係を有していることから、第1従動歯車32と主動歯車31との間の噛み合いは、第1従動歯車32の1回転目と3回転目とで同じであり、2回転目と4回転目とで同じである。第1従動歯車32を2回転させている間に、第1従動歯車32と主動歯車31との間の全ての噛み合わせが生じることから、補正角度θcを求める際には、第1従動歯車32を2回回転させてその角度領域全域で第1従動側回転角度θg1を求めている。なお、第1従動側回転角度θg1を求める際に第1従動歯車32を回転させる回数であり、後述の偏差の平均を求める際に用いる偏差の数である「2」は、ピニオン軸2の回転に関係する各構成要素のうち最も周期の長い構成要素であるピニオン軸2が1回転するのに対応する回数に設定されている。言い換えると、当該「2」は、ピニオン軸2の入力軸に対して一体回転可能に設けられている主動歯車31の歯31aの歯数と第1従動歯車32の歯61aの歯数との最小公倍数の歯数を、第1従動歯車32の歯61aの歯数で割った数に設定されている。
図8では、求めた第1従動側回転角度θg1と実際の第1従動歯車32の回転角度との偏差を実線で示している。この偏差は、0から360度の角度領域と360から720度の角度領域とで同じになることもあるが、図8に示したように、0から360度の角度領域と360から720度の角度領域とで異なることがある。図8において、0から360度の角度領域では、補正前の第1従動側回転角度θg1が実際の第1従動歯車32の回転角度よりも大となる乖離が生じている状況が多いことから、全体として偏差が負となる状況が多い。これに対して、図8において、360度から720度の角度領域では、0から360度の角度領域よりも、補正前の第1従動側回転角度θg1が実際の第1従動歯車32の回転角度よりも小となる乖離が生じている状況が多くなっており、全体として偏差が正となる状況が多くなっている。なお、乖離が生じる要因としては、センサの出力の電気的な誤差や歯車の機械的な誤差が挙げられる。センサの出力の電気的な誤差としては、入力される磁束密度に応じて生成される電気信号Sg1,Sg2のばらつきが挙げられる。歯車の機械的な誤差としては、主動歯車31の歯31a及び第1従動歯車32の歯61aの欠けや摩耗等が挙げられる。
マイクロコンピュータ100の第1回転角度検出用演算部37aで記憶している補正角度θcは、相対的に同じ回転角度に対応した、2個の偏差を平均した平均値である。補正角度θcを求める際には、0から360度の角度領域での偏差だけでなく、360度を超える角度領域での偏差を考慮して補正角度を求めるようにしている。360度を超える角度領域の偏差も考慮して求めた補正角度θcに基づいて第1従動側回転角度θg1を補正していることから、0から360度の角度領域の偏差のみで求めた補正角度に基づいて第1従動側回転角度θg1を補正する場合と比べて、全体として第1従動側回転角度θg1をより適切に補正することができる。
(1)第1従動側回転角度θg1をより適切に補正することができるため、第1従動側回転角度θg1の検出精度を高めることができる。
上記各実施形態は次のように変更してもよい。また、以下の他の実施形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。
・主動歯車31の歯31a、第1従動歯車32の歯61a、及び第2従動歯車33の歯63aの歯数は、適宜変更可能である。
2…ピニオン軸
20…トルクセンサ
30…回転角度センサ
31…主動歯車
32…第1従動歯車
33…第2従動歯車
36…付勢部材
37、38…第1、第2回転角度検出用磁気センサ
37a、38a…第1、第2回転角度検出用演算部
100…マイクロコンピュータ
θc…補正角度
θg1、θg2…第1、第2従動側回転角度
θpa…絶対角度
Claims (4)
- 回転軸に対して一体回転可能に設けられている主動歯車と噛み合う従動歯車である補正対象従動歯車と、
前記補正対象従動歯車の回転に基づき電気信号を生成するセンサと、
前記センサによって生成される電気信号に基づいて、前記補正対象従動歯車の回転角度である従動側回転角度を演算する演算部と、を備え、
前記補正対象従動歯車の歯数は、前記主動歯車の歯数を整数で割った歯数をなしており、
前記演算部は、前記従動側回転角度を演算する際に当該従動側回転角度を補正するために用いる補正角度を記憶しており、
前記補正角度は、前記補正対象従動歯車を前記整数の回数回転させてその角度領域全域で前記従動側回転角度を求め、求めた前記従動側回転角度と実際の前記補正対象従動歯車の回転角度との偏差を角度領域全域で求め、角度領域全域での偏差を0から360度の角度領域での偏差となるように、前記整数の回数回転させることによって得られる相対的に同じ回転角度に対応した個数の偏差を平均した平均値として求めたものである回転角度検出装置。 - 前記補正対象従動歯車とは別の、前記主動歯車と噛み合う従動歯車である補正対象外従動歯車と、
前記センサとは別の、前記補正対象外従動歯車の回転に基づき電気信号を生成する第2センサとを備え、
前記補正対象従動歯車と前記補正対象外従動歯車とは、互いに歯数が異なっており、
前記演算部は、前記第2センサによって生成される電気信号に基づいて、前記補正対象外従動歯車の回転角度を演算するとともに、前記補正対象外従動歯車の回転角度に対しては前記補正角度に基づいた補正を行わない請求項1に記載の回転角度検出装置。 - 前記従動歯車を前記主動歯車へ向けて付勢する付勢部材を備える請求項1または2に記載の回転角度検出装置。
- 前記回転軸に作用するトルクを検出するトルクセンサを備える請求項1~3のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
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