(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車を有する回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
第１の従動歯車を有して前記回転体の回転に連動して回転する第１の従動体と、
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の従動歯車を有して前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体と、
前記第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の検出手段および前記第２の検出手段により入力された検出結果に基づいて前記回転体の回転角度を演算する回転角度演算手段と、
を備え、
前記第１の検出手段および前記第２の検出手段の少なくともいずれかは、検出した回転角度に応じたデューティ比を有するパルス幅変調信号を、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジのいずれか一方のエッジが予め定められた周期となるように出力するとともに、検出した回転角度に応じた時間に予め定められた時間を加算した時間を当該一方のエッジから他方のエッジまでの時間とすることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記第１の検出手段および前記第２の検出手段の少なくともいずれかが出力するパルス幅変調信号の周期は、前記回転角度演算手段が前記回転体の回転角度を演算する周期と略同一であ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。
【請求項３】
前記パルス幅変調信号の一方のエッジでカウントし始めて前記他方のエッジまでカウントされ予め定められたレジスタに取り込まれたカウント値を予め定められた記憶領域に移動させる移動手段をさらに備え、
前記回転角度演算手段は、前記移動手段により前記予め定められた記憶領域に移動されたカウント値に基づいて前記回転体の回転角度を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記回転角度演算手段および前記移動手段は同一のコンピュータであり、当該コンピュータは、前記回転体に回転補助力を与える電動モータを制御する処理の周期を確保した上で前記カウント値を前記予め定められた記憶領域に移動させるとともに前記回転体の回転角度を予め定められた周期で演算することを特徴とする請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
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４のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７９２７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３６０度を越えて回転可能な回転体に取り付けられた歯車と噛み合う２つの従動歯車それぞれの回転角度を２つのセンサなどの検出手段にて検出し、これら２つのセンサの検出結果に基づいて回転体の回転角度を演算する装置において、２つの検出手段として、測定した回転角度に応じたデューティ比を有するパルス幅変調信号を出力する検出手段を用いることが考えられる。
【０００５】
パルス幅変調信号を出力する検出手段を用いる場合、検出手段は、検出結果を、この検出結果に基づいて回転体の回転角度を演算する演算部において、より確実に用いることができるように出力することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもと、本発明は、歯車を有する回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、第１の従動歯車を有して前記回転体の回転に連動して回転する第１の従動体と、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の従動歯車を有して前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体と、前記第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の検出手段および前記第２の検出手段により入力された検出結果に基づいて前記回転体の回転角度を演算する回転角度演算手段と、を備え、前記第１の検出手段および前記第２の検出手段の少なくともいずれかは、検出した回転角度に応じたデューティ比を有するパルス幅変調信号を、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジのいずれか一方のエッジが予め定められた周期となるように出力するとともに、検出した回転角度に応じた時間に予め定められた時間を加算した時間を当該一方のエッジから他方のエッジまでの時間とすることを特徴とする回転角度検出装置である。
【０００７】
ここで、前記第１の検出手段および前記第２の検出手段の少なくともいずれかが出力するパルス幅変調信号の周期は、前記回転角度演算手段が前記回転体の回転角度を演算する周期と略同一であることが好適である。
また、前記パルス幅変調信号の一方のエッジでカウントし始めて前記他方のエッジまでカウントされ予め定められたレジスタに取り込まれたカウント値を予め定められた記憶領域に移動させる移動手段をさらに備え、前記回転角度演算手段は、前記移動手段により前記予め定められた記憶領域に移動されたカウント値に基づいて前記回転体の回転角度を演算することが好適である。
【０００８】
また、前記回転角度演算手段および前記移動手段は同一のコンピュータであり、当該コンピュータは、前記回転体に回転補助力を与える電動モータを制御する処理の周期を確保した上で前記カウント値を前記予め定められた記憶領域に移動させるとともに前記回転体の回転角度を予め定められた周期で演算することが好適である。
また、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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、回転角度演算手段において第１の検出手段および第２の検出手段の少なくともいずれかの検出結果をより確実に用いることができるように出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に係る回転角度検出装置の概略構成図である。
【図２】回転体の回転角度と、第１の従動ギア、第２の従動ギアの回転角度との関係を示す図である。
【図３】第１の従動ギアおよび第２の従動ギアの回転角度と、パルス幅変調信号のデューティ比との関係を示す図である。
【図４】第１の従動ギアおよび第２の従動ギアの回転角度と、第１の回転角度センサおよび第２の回転角度センサが出力するパルス幅変調信号との関係を示す図である。
【図５】ＥＣＵが行う回転体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。
【図６】本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【図７】ＥＰＳ装置を制御する部分の概略構成図である。
【図８】目標電流算出部の概略構成図である。
【図９】制御部の概略構成図である
【図１０】第１の従動ギアおよび第２の従動ギアの回転角度と、パルス幅変調信号のデューティ比との関係の参考例を示す図である。
【図１１】図１０に示した参考例のときのパルス幅変調信号の出力態様の一例を示す図である。
【図１２】ＥＣＵが最優先の割り込み処理としてカウント値をＲＡＭに移動させる移動処理を行う場合の他の処理との関係を示す図である。
【図１３】本実施の形態に係る第１の回転角度センサおよび第２の回転角度センサのパルス幅変調信号を示す図である。
【図１４】本実施の形態に係る第１の回転角度センサおよび第２の回転角度センサのパルス幅変調信号とＥＣＵの処理との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る回転角度検出装置１の概略構成図である。
回転角度検出装置１は、例えば自動車などの乗り物の本体フレームに回転可能に支持される回転体１００の回転角度を検出する装置である。回転体１００としては、例えば後述するステアリングシャフト２０２であることを例示することができ、本体フレームに固定される部材であるハウジング（不図示）に固定されたボールベアリングなどの軸受を介してハウジングに回転可能に支持されている。
【００１２】
この回転角度検出装置１にて、回転体１００の回転角度を検出することにより、回転体１００に連結されたステアリングホイール２０１（図６参照）の回転角度の検出、ひいてはステアリングホイール２０１（図６参照）が搭載された乗り物の進行方向の把握が可能となる。そして、回転角度検出装置１の検出結果は、進路案内を行う装置、ステアリングの角度に応じてサスペンションの硬さを変える装置等の各種の制御装置において使用される。
【００１３】
以下に、回転角度検出装置１について詳述する。
回転角度検出装置１は、回転体１００に取り付けられた歯車の一例としてのギア１０１と、ギア１０１と噛み合う第１の従動歯車の一例としての第１の従動ギア１１１と、ギア１０１と噛み合う第２の従動歯車の一例としての第２の従動ギア１２１とを有する。第１の従動ギア１１１は、例えば、ハウジングに回転可能に支持された第１の回転軸１１０に取り付けられることでハウジングに対して回転可能となっている。第２の従動ギア１２１も、例えば、ハウジングに回転可能に支持された第２の回転軸１２０に取り付けられることでハウジングに対して回転可能となっている。これら第１の従動ギア１１１と第１の回転軸１１０とで第１の従動体の一例を構成し、第２の従動ギア１２１と第２の回転軸１２０とで第２の従動体の一例を構成する。
【００１４】
図２は、回転体１００の回転角度と、第１の従動ギア１１１，第２の従動ギア１２１の回転角度との関係を示す図である。
ギア１０１の歯数はｎ個、第１の従動ギア１１１の歯数はｍ個、第２の従動ギア１２１の歯数は（ｍ＋１）個である。そして、ギア１０１の歯数と第１の従動ギア１１１の歯数との関係、ギア１０１の歯数と第２の従動ギア１２１の歯数との関係を考慮すると共に、第１の従動ギア１１１の歯数がｍ個、第２の従動ギア１２１の歯数が（ｍ＋１）個である点を考慮すると、図２に示すような、回転体１００の回転角度と、第１の従動ギア１１１，第２の従動ギア１２１の回転角度との関係を示す図を得ることができる。なお、ｎは８１、ｍは２１であることを例示することができる。
【００１５】
また、回転角度検出装置１は、第１の従動ギア１１１の回転角度を検出する第１の検出手段の一例としての第１の回転角度センサ１１２を有している。第１の回転角度センサ１１２は、第１の従動ギア１１１の回転半径方向の外側に配置されており、第１の従動ギア１１１の歯又は第１の回転軸１１０の周方向に複数形成された角度マークに基づいて第１の従動ギア１１１の回転角度を検出する。
同様に、回転角度検出装置１は、第２の従動ギア１２１の回転角度を検出する第２の検出手段の一例としての第２の回転角度センサ１２２を有している。第２の回転角度センサ１２２は、第２の従動ギア１２１の回転半径方向の外側に配置されており、第２の従動ギア１２１の歯又は第２の回転軸１２０の周方向に複数形成された角度マークに基づいて第２の従動ギア１２１の回転角度を検出する。
そして、回転角度検出装置１は、第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２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１１２および第２の回転角度センサ１２２により入力された検出結果に基づいて回転体１００の回転角度を演算する回転角度演算手段の一例としての電子制御ユニット（以下、単に「ＥＣＵ」と称す。）１０（図１参照）を有している。
【００１６】
第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２は、それぞれ、検出した第１の従動ギア１１１または第２の従動ギア１２１の回転角度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。
図３は、第１の従動ギア１１１および第２の従動ギア１２１の回転角度と、パルス幅変調信号ＰＷＭのデューティ比との関係を示す図である。
図３に示すように、第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２は、それぞれ、第１の従動ギア１１１または第２の従動ギア１２１の回転角度０度〜３６０度を、デューティ比Ｄ１％〜Ｄ２％のパルス幅変調信号ＰＷＭに変換して出力する。
【００１７】
図４は、第１の従動ギア１１１および第２の従動ギア１２１の回転角度と、第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２が出力するパルス幅変調信号ＰＷＭとの関係を示す図である。
図４に示すように、第１の回転角度センサ１１２は、第１の従動ギア１１１の回転角度に応じたＯＮ（Ｈｉｇｈ）パルスの時間ＰＷＭＡ＿ＯＮを有するパルス幅変調信号ＰＷＭＡを、予め定められた周期ＰＷＭＡ＿Ｔにて出力し、第２の回転角度センサ１２２は、第２の従動ギア１２１の回転角度に応じたＯＮ（Ｈｉｇｈ）パルスの時間ＰＷＭＢ＿ＯＮを有するパルス幅変調信号ＰＷＭＢを、予め定められた周期ＰＷＭＢ＿Ｔにて出力する。
【００１８】
ＥＣＵ１０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る。ＥＣＵ１０には、第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２が接続されており、ＥＣＵ１０を介して第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２に電力が供給される。また、ＥＣＵ１０は、第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２から出力されたパルス幅変調信号ＰＷＭＡおよびＰＷＭＢを入力し、パルス幅変調信号ＰＷＭＡおよびＰＷＭＢの周期と、パルス幅変調信号ＰＷＭＡおよびＰＷＭＢのＯＮ（Ｈｉｇｈ）パルスの時間ＰＷＭＡ＿ＯＮおよびＰＷＭＢ＿ＯＮとを認識する。
【００１９】
より具体的には、ＥＣＵ１０は、パルス幅変調信号ＰＷＭＡおよびＰＷＭＢの周期を測定するためのタイマカウンタと、パルス幅変調信号ＰＷＭＡおよびＰＷＭＢそれぞれのＯＮ（Ｈｉｇｈ）パルスの時間を測定するための２つのタイマカウンタとの合計３つのタイマカウンタを備えている。
パルス幅変調信号ＰＷＭＡおよびＰＷＭＢの周期を測定するためのタイマカウンタは、フリーランカウンタ設定とし、パルス幅変調信号ＰＷＭＡおよびＰＷＭＢの立ち上がりエッジのカウンタの値をキャプチャ・レジスタに取り込む。また、バッファ機能を使用し、パルス幅変調信号ＰＷＭＡおよびＰＷＭＢの今回（ｎ回目）のカウント値ＴＡ（ｎ）およびＴＢ（ｎ）と、前回（ｎ−１回目）のカウント値ＴＡ（ｎ−１）およびＴＢ（ｎ−１）とをＲＡＭ（メモリ）に記憶できる構成とする。
パルス幅変調信号ＰＷＭＡおよびＰＷＭＢそれぞれのＯＮ（Ｈｉｇｈ）パルスの時間を測定するための各タイマカウンタは、パルス幅変調信号ＰＷＭＡあるいはＰＷＭＢの立ち上がりエッジ時にスタート、立ち下がりエッジ時にストップし、その間のカウンタの値（カウント値）をキャプチャ・レジスタに取り込みカウンタをクリアする。
【００２０】
そして、ＥＣＵ１０は、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ＰＷＭＡおよびＰＷＭＢのＯＮパルスのカウント値をＲＡＭ（メモリ）に移動させる。そして、ＥＣＵ１０は、予め定められた周期Ｔ（図４参照）で、ＲＡＭに記憶したカウント値に基づいて回転体１００の回転角度φを演算する演算処理を行う。図４には、第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２が回転角度を検出する周期（ＰＷＭＡ＿ＴおよびＰＷＭＢ＿Ｔ）およびタイミングと、ＥＣＵ１０が行う回転体１００の回転角度φを演算する処理のタイミングおよび処理周期Ｔを示している。
【００２１】
以下、フローチャートを用いて、ＥＣＵ１０が行う回転体１００の回転角度演算処理について説明する。
図５は、ＥＣＵ１０が行う回転体１００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。ＥＣＵ１０は、上述した周期Ｔにてこの回転角度演算処理を行う。
ＥＣＵ１０は、先ず、第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２の検出周期ＰＷＭＡ＿ＴおよびＰＷＭＢ＿Ｔを算出する（ステップ５０１）。
第１の回転角度センサ１１２の検出周期ＰＷＭＡ＿Ｔを算出する処理は、ＲＡＭに記憶している、今回（ｎ回目）のパルス幅変調信号ＰＷＭＡの立ち下がりエッジ時のカウンタ値ＴＡ（ｎ）から、前回（ｎ−１回目）のパルス幅変調信号ＰＷＭＡの立ち下がりエッジ時のカウンタ値ＴＡ（ｎ−１）を減算する処理である（ＰＷＭＡ＿Ｔ＝ＴＡ（ｎ）−ＴＡ（ｎ−１））。
また、第２の回転角度センサ１２２の検出周期ＰＷＭＢ＿Ｔを算出する処理は、今回（ｎ回目）のパルス幅変調信号ＰＷＭＢの立ち下がりエッジ時のカウンタ値ＴＢ（ｎ）から、前回（ｎ−１回目）のパルス幅変調信号ＰＷＭＢの立ち下がりエッジ時のカウンタ値ＴＢ（ｎ−１）を減算する処理である（ＰＷＭＢ＿Ｔ＝ＴＢ（ｎ）−ＴＢ（ｎ−１））。
【００２２】
その後、ＥＣＵ１０は、第１の従動ギア１１１の回転角度θＡおよび第２の従動ギア１２１の回転角度θＢを演算する（ステップ５０２）。
第１の従動ギア１１１の回転角度θＡを演算する処理は、ＲＡＭに記憶した最新の第１の従動ギア１１１の回転角度に応じたパルス幅変調信号ＰＷＭＡのＯＮパルスの時間ＰＷＭＡ＿ＯＮを読み込み、以下の式（１）に代入するとともに、ステップ５０１にて算出した検出周期ＰＷＭＡ＿Ｔを以下の式（１）に代入することにより演算する処理である。
θＡ＝（ＰＷＭＡ＿ＯＮ−ＰＷＭＡ＿Ｔ×０．０５）／（ＰＷＭＡ＿Ｔ×０．９）×Ｋ１・・・（１）
ここで、Ｋ１は、パルス幅変調信号ＰＷＭＡを回転角度θＡに変換する係数であり、パルス幅変調信号ＰＷＭＡに用いるデューティ比の幅と最大回転角度３６０度とに依存する係数であり、予めＲＯＭに記憶されている。
【００２３】
また、第２の従動ギア１２１の回転角度θＢを演算する処理は、ＲＡＭに記憶した最新の第２の従動ギア１２１の回転角度に応じたパルス幅変調信号ＰＷＭＢのＯＮパルスの時間ＰＷＭＢ＿ＯＮを読み込み、以下の式（２）に代入するとともに、ステップ５０１にて算出した検出周期ＰＷＭＢ＿Ｔを以下の式（２）に代入することにより演算する処理である。
θＢ＝（ＰＷＭＢ＿ＯＮ−ＰＷＭＢ＿Ｔ×０．０５）／（ＰＷＭＢ＿Ｔ×０．９）×Ｋ２・・・（２）
ここで、Ｋ２は、パルス幅変調信号ＰＷＭＢを回転角度θＢに変換する係数であり、パルス幅変調信号ＰＷＭＢに用いるデューティ比の幅と最大回転角度３６０度とに依存する係数であり、予めＲＯＭに記憶されている。
なお、本実施の形態においては、パルス幅変調信号ＰＷＭＢに用いるデューティ比の幅と最大回転角度３６０度との関係は、パルス幅変調信号ＰＷＭＡに用いるデューティ比の幅と最大回転角度３６０度との関係と同じであるので、Ｋ２＝Ｋ１であることが好適である。
【００２４】
その後、ＥＣＵ１０は、ステップ５０２にて算出した第１の従動ギア１１１の回転角度θＡと第２の従動ギア１２１の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢを算出する（ΔθＡＢ＝θＡ−θＢ）（ステップ５０３）。そして、ＥＣＵ１０は、ステップ５０３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５０４）。そして、ステップ５０４にて肯定判定した場合には、ステップ５０３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５０５）、ステップ５０６へ進む。他方、ステップ５０４にて否定判定した場合には、ステップ５０６へ進む。
【００２５】
そして、ＥＣＵ１０は、ステップ５０６において回転体１００の回転角度φを算出する。これは、以下の式（３）により算出する処理である。
φ＝ΔθＡＢ×Ｋ３・・・（３）
ここで、Ｋ３は、第１の従動ギア１１１の回転角度θＡと第２の従動ギア１２１の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢを回転体１００の回転角度φに変換する係数であり、ギア１０１の歯数、第１の従動ギア１１１の歯数、第２の従動ギア１２１の歯数、第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２の検出角度である３６０度に依存する係数であり、予めＲＯＭに記憶された係数である。
このように、ＥＣＵ１０が回転角度演算処理を実行することで、回転角度検出装置１は、回転体１００の回転角度φを検出する。
【００２６】
上述した本実施の形態に係るＥＣＵ１０は、後述する電動パワーステアリング装置２を制御する制御装置としても機能する。以下、電動パワーステアリング装置２について説明する。
図６は、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置２の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置２（以下、単に「ＥＰＳ装置２」と称する場合もある。）は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては自動車に適用した構成を例示している。
【００２７】
ＥＰＳ装置２は、ドライバが操作する車輪（ホイール）状のステアリングホイール（ハンドル）２０１と、ステアリングホイール２０１に一体的に設けられたステアリングシャフト２０２とを備えている。ステアリングシャフト２０２と上部連結シャフト２０３とが自在継手２０３ａを介して連結されており、上部連結シャフト２０３と下部連結シャフト２０８とが自在継手２０３ｂを介して連結されている。
【００２８】
また、ＥＰＳ装置２は、転動輪としての左右の前輪２５０のそれぞれに連結されたタイロッド２０４と、タイロッド２０４に連結されたラック軸２０５とを備えている。また、ＥＰＳ装置２は、ラック軸２０５に形成されたラック歯２０５ａとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン２０６ａを備えている。ピニオン２０６ａは、ピニオンシャフト２０６の下端部に形成されている
【００２９】
また、ＥＰＳ装置２は、ピニオンシャフト２０６を収納するステアリングギアボックス２０７を有している。ピニオンシャフト２０６は、ステアリングギアボックス２０７にてトーションバー（不図示）を介して下部連結シャフト２０８と連結されている。ステアリングギアボックス２０７の内部には、下部連結シャフト２０８とピニオンシャフト２０６との相対角度に基づいてステアリングホイール２０１の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段の一例としてのトルクセンサ２０９が設けられている。
【００３０】
また、ＥＰＳ装置２は、ステアリングギアボックス２０７に支持された電動モータ２１０と、電動モータ２１０の駆動力を減速してピニオンシャフト２０６に伝達する減速機構２１１とを有している。
また、ＥＰＳ装置２は、電動モータ２１０に実際に流れる実電流の大きさおよび方向を検出するモータ電流検出部３３（図９参照）と、電動モータ２１０の端子間電圧を検出するモータ電圧検出部２６０を有している。
そして、ＥＰＳ装置２は、上述したＥＣＵ１０にて制御される。ＥＣＵ１０には、上述したトルクセンサ２０９の出力値、自動車の車速を検出する車速センサ２７０の出力値、モータ電圧検出部２６０の出力値が入力される。
【００３１】
以上のように構成されたＥＰＳ装置２は、ステアリングホイール２０１に加えられた操舵トルクをトルクセンサ２０９にて検出し、その検出トルクに応じて電動モータ２１０を駆動し、電動モータ２１０の発生トルクをピニオンシャフト２０６に伝達する。これにより、電動モータ２１０の発生トルクが、ステアリングホイール２０１に加える運転者の操舵力をアシストする。
【００３２】
次に、ＥＣＵ１０が行うＥＰＳ装置２の制御について説明する。
図７は、ＥＰＳ装置２を制御する部分の概略構成図である。
ＥＣＵ１０は、トルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ２１０が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部２０と、目標電流算出部２０が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部３０とを有している。
【００３３】
図８は、目標電流算出部２０の概略構成図である。
目標電流算出部２０は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部２１と、電動モータ２１０の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部２２とを備えている。また、目標電流算出部２０は、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部２３と、モータ電流信号Ｉｍおよびモータ端子間電圧信号Ｖｍに基づいて電動モータ２１０の回転速度を推定するモータ回転速度推定部２４とを備えている。また、目標電流算出部２０は、ベース電流算出部２１、イナーシャ補償電流算出部２２、ダンパー補償電流算出部２３などからの出力に基づいて最終的な目標電流を決定する最終目標電流決定部２５を備えている。
【００３４】
なお、目標電流算出部２０には、車速センサ２７０にて検出された車速が出力信号に変換された車速信号ｖと、モータ電圧検出部２６０にて検出された電圧が出力信号に変換されたモータ端子間電圧信号Ｖｍと、モータ電流検出部３３にて検出された実電流が出力信号に変換されたモータ電流信号Ｉｍと、トルクセンサ２０９にて検出されたトルクが出力信号に変換されたトルク信号Ｔｄとが入力される。
なお、ＥＣＵ１０には、車速センサ２７０などからの信号がアナログ信号として入力されるので、図示しないＡ／Ｄ変換部によりアナログ信号をデジタル信号に変換し、目標電流算出部２０に取り込んでいる。
【００３５】
図９は、制御部３０の概略構成図である。
制御部３０は、電動モータ２１０の作動を制御するモータ駆動制御部３１と、電動モータ２１０を駆動させるモータ駆動部３２と、電動モータ２１０に実際に流れる実電流を検出するモータ電流検出部３３とを有している。
モータ駆動制御部３１は、目標電流算出部２０にて算出された目標電流と、モータ電流検出部３３にて検出された電動モータ２１０へ供給される実電流との偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０と、電動モータ２１０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成部６０とを有している。
【００３６】
フィードバック制御部４０は、目標電流算出部２０にて算出された目標電流とモータ電流検出部３３にて検出された実電流との偏差を求める偏差演算部４１と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２とを有している。
偏差演算部４１は、目標電流算出部２０からの出力値である目標電流信号ＩＴとモータ電流検出部３３からの出力値であるモータ電流信号Ｉｍとの偏差の値を偏差信号４１ａとして出力する。
【００３７】
フィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２は、目標電流と実電流とが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、入力された偏差信号４１ａに対して、比例要素で比例処理した信号を出力し、積分要素で積分処理した信号を出力し、加算演算部でこれらの信号を加算してフィードバック処理信号４２ａを生成・出力する。
ＰＷＭ信号生成部６０は、フィードバック制御部４０からの出力値に基づいてＰＷＭ信号６０ａを生成し、生成したＰＷＭ信号６０ａを出力する。
【００３８】
モータ駆動部３２は、４個の電力用電界効果トランジスタをＨ型ブリッジ回路の構成で接続したモータ駆動回路７０と、４個の中から選択した２個の電界効果トランジスタのゲートを駆動してこれらの電界効果トランジスタをスイッチング動作させるゲート駆動回路部８０とを有している。ゲート駆動回路部８０は、ＰＷＭ信号生成部６０から出力されたＰＷＭ信号（駆動制御信号）６０ａに基づいて、ステアリングホイール２０１の操舵方向に応じて２個の電界効果トランジスタを選択し、選択した２個の電界効果トランジスタをスイッチング動作させる。
モータ電流検出部３３は、モータ駆動回路７０に直列に接続されたシャント抵抗７１の両端に生じる電圧から電動モータ２１０に流れるモータ電流（電機子電流）の値を検出してモータ電流信号Ｉｍを出力する。
【００３９】
このように、ＥＣＵ１０は、目標電流算出部２０、制御部３０などを有し、目標補助トルクの算出、この目標補助トルクを電動モータ２１０が供給するのに必要となる目標電流の算出、算出した目標電流に基づくフィードバック制御、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成などの、電動モータ２１０の作動を制御するための一連のＥＰＳ制御処理を実行する。
【００４０】
すなわち、ＥＣＵ１０は、ＥＰＳ制御処理を実行するとともに回転体１００の回転角度演算処理を実行する。また、ＥＣＵ１０は、外部の機器との通信処理などを行うバックグラウンド処理をも実行する。このようにＥＣＵ１０は、複数の処理を実行するが、その中でもＥＰＳ制御処理を他の処理に優先して行うように設定され、ＥＰＳ制御処理を他の処理に優先して予め定められた周期で実行するように設定されている。そして、ＥＣＵ１０が予め定められた周期でＥＰＳ制御処理を実行することを前提に、目標電流を算出するのに用いる係数やフィードバック制御に用いる係数などＥＰＳ制御処理に用いる各種係数を定めている。
【００４１】
ＥＣＵ１０が予め定められた周期でＥＰＳ制御処理を実行することができるように回転角度検出装置１の第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２は、以下のように構成されている。
すなわち、第１の回転角度センサ１１２は、パルス幅変調信号ＰＷＭＡのＯＮパルスの時間ＰＷＭＡ＿ＯＮを、第１の従動ギア１１１の回転角度に応じた時間Ｔ１と回転角度に依存しない予め定められた時間ＴＰとを加算した時間として出力する。同様に、第２の回転角度センサ１２２は、パルス幅変調信号ＰＷＭＢのＯＮパルスＰＷＭＢ＿ＯＮの時間を、第２の従動ギア１２１の回転角度に応じた時間Ｔ２と回転角度に依存しない予め定められた時間ＴＰとを加算した時間として出力する。
【００４２】
これは以下の理由による。なお、第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２は同じであるので、以下では、代表して第１の回転角度センサ１１２について説明する。
例えば、第１の回転角度センサ１１２が、ＯＮパルスの時間ＰＷＭＡ＿ＯＮを、予め定められた時間ＴＰを加算せずに第１の従動ギア１１１の回転角度に応じた時間Ｔ１のみとし、デューティ比を５％〜９５％（Ｄ１＝５、Ｄ２＝９５）とした場合を考える。図１０は、第１の従動ギア１１１および第２の従動ギア１２１の回転角度と、パルス幅変調信号ＰＷＭのデューティ比との関係の参考例を示す図である。
【００４３】
図１１は、図１０に示した参考例のときのパルス幅変調信号ＰＷＭの出力態様の一例を示す図である。
上述したように、ＥＣＵ１０は、タイマカウンタがキャプチャ・レジスタに取り込んだパルス幅変調信号ＰＷＭＡのＯＮパルスの時間ＰＷＭＡ＿ＯＮのカウント値をＲＡＭ（メモリ）に移動させる。また、タイマカウンタは、立ち下がりエッジ時のカウンタの値をすぐにキャプチャ・レジスタに取り込む。そのため、カウント値をキャプチャ・レジスタに取り込む間隔が短い場合には、カウント値をＲＡＭに移動させるのに必要な時間がなくなり、移動させる前にキャプチャ・レジスタのカウント値が次の立ち下がりエッジに基づくカウント値に上書きされてしまうおそれがある。例えば、第１の従動ギア１１１の回転角度が３５９．９度から０度へ変化する場合、つまり、デューティ比が略９５％から５％へ急激に変化する場合、第１の回転角度センサ１１２が出力する立ち下がりエッジ間の間隔が非常に短いため（図１１参照。例えば、ＰＷＭＡ＿Ｔ＝１ｍｓである場合、エッジ間の最短時間は１００μｓとなる）、この間に、デューティ比略９５％の立ち下がりエッジに基づくカウント値をＲＡＭに移動しないとデューティ比略５％の立ち下がりエッジに基づくカウント値に上書きされてしまう。その結果、ＥＣＵ１０が、異なるＯＮパルスＰＷＭＡ＿ＯＮの時間に基づいて回転体の回転角度φを演算してしまうため、回転体の回転角度φの検出精度が悪化する。
【００４４】
このような問題に対して、ＥＣＵ１０が、カウント値をＲＡＭに移動させる移動処理を最優先の割り込み処理として行い、他の処理に優先して行うことで対処することも可能ではある。
図１２は、ＥＣＵ１０が最優先の割り込み処理としてカウント値をＲＡＭに移動させる移動処理を行う場合の他の処理との関係を示す図である。
ＥＣＵ１０が、移動処理を最優先の割り込み処理として行う場合、ＥＣＵ１０がＥＰＳ制御処理を実行している途中においても、割り込みで移動処理を実行することから、図１２に示すように、ＥＰＳ制御処理の処理周期が変動してしまう。その結果、ＥＰＳ制御処理の精度が低下するおそれがある。
【００４５】
そこで、本実施の形態においては、ＥＣＵ１０がＥＰＳ制御処理を予め定められた周期で実行しても、移動処理を行うのに必要な時間を十分に確保することができるように、第１の回転角度センサ１１２が出力する立ち下がりエッジ間の間隔を長くするべく、第１の回転角度センサ１１２が、パルス幅変調信号ＰＷＭＡのＯＮパルスの時間ＰＷＭＡ＿ＯＮを、第１の従動ギア１１１の回転角度に応じた時間Ｔ１と予め定められた時間ＴＰとを加算した時間として出力するようにする。図１３は、本実施の形態に係る第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２のパルス幅変調信号ＰＷＭＡおよびＰＷＭＢを示す図である。
【００４６】
予め定められた時間ＴＰは、ＥＣＵ１０がＥＰＳ制御処理を予め定められた周期で実行しても、移動処理を行うのに必要な時間を十分に確保することができるように定める。例えば、予め定められた時間ＴＰは、パルス幅変調信号ＰＷＭＡの周期ＰＷＭＡ＿Ｔの半分であることを例示することができる。これにより、デューティ比は少なくとも５０％となり、移動処理を行う時間間隔として少なくとも周期ＰＷＭＡ＿Ｔの半分の時間を確保することが可能となる。
【００４７】
そして、周期ＰＷＭＡ＿Ｔを可能な限り長くする。これは、周期ＰＷＭＡ＿Ｔを同じにしたまま、単に予め定められた時間ＴＰをＯＮパルスの時間ＰＷＭＡ＿ＯＮに加えるのでは、予め定められた時間ＴＰを加えない場合に比べて回転角度に応じた時間をきめ細かくパルス幅変調信号ＰＷＭＡとして出力することができなくなるためである。それゆえ、予め定められた時間ＴＰの分周期ＰＷＭＡ＿Ｔを長くすることが好ましい。例えば、周期ＰＷＭＡ＿Ｔの半分の時間を予め定められた時間ＴＰとしてＯＮパルスＰＷＭＡ＿ＯＮの時間に加える場合には、周期ＰＷＭＡ＿Ｔを、予め定められた時間ＴＰを加えない場合の周期ＰＷＭＡ＿Ｔの倍にすることが好適である。
【００４８】
ただし、周期ＰＷＭＡ＿Ｔは、回転体１００の回転角度を精度高く演算するために、回転角度演算処理の処理周期Ｔ以下とする必要がある。そこで、本実施の形態においては、周期ＰＷＭＡ＿Ｔを、回転角度演算処理の処理周期Ｔと同一に設定し、予め定められた時間ＴＰを、ＥＣＵ１０がＥＰＳ制御処理を予め定められた周期で実行しても、移動処理を行うのに必要な時間を十分に確保することができるように定める。例えば、回転角度演算処理の処理周期Ｔが２ｍｓである場合には、周期ＰＷＭＡ＿Ｔを２ｍｓに設定し、予め定められた時間ＴＰを１ｍｓとし、第１の従動ギア１１１の回転角度０度〜３６０度を、デューティ比５０％〜９５％（回転角度０度に応じた時間Ｔ１を０、回転角度３６０度に応じた時間Ｔ１を９００μｓ）のパルス幅変調信号ＰＷＭに変換して出力する。そして、このように第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２を構成することで、周期ＰＷＭＡ＿Ｔ＝１ｍｓで、第１の従動ギア１１１の回転角度０度〜３６０度を、デューティ比５％〜９５％（回転角度０度に応じた時間を５０μｓ、回転角度３６０度に応じた時間を９５０μｓ）のパルス幅変調信号ＰＷＭに変換して出力する構成と同じ分解能にしたまま、少なくとも、予め定められた時間ＴＰを加算しない構成の周期分の時間間隔を確保することが可能となる。
【００４９】
図１４は、本実施の形態に係る第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２のパルス幅変調信号ＰＷＭＡおよびＰＷＭＢとＥＣＵ１０の処理との関係を示す図である。
上述のように、第１の回転角度センサ１１２および第２の回転角度センサ１２２を構成することで、ＥＣＵ１０は、図１４に示すように、ＥＰＳ制御処理を予め定められた周期（例えば、２５０μｓ）で実行することができるとともに、キャプチャ・レジスタに取り込んだカウント値を確実にＲＡＭに移動させて、そのカウント値に基づいて回転体１００の回転角度を演算することができる。したがって、電動モータ２１０を適切に制御することができるとともに回転体１００の回転角度を精度高く検出することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…回転角度検出装置、２…電動パワーステアリング装置、１０…ＥＣＵ、２０…目標電流算出部、３０…制御部、１００…回転体、１０１…ギア、１１０…第１の回転軸、１１１…第１の従動ギア、１１２…第１の回転角度センサ、１２０…第２の回転軸、１２１…第２の従動ギア、１２２…第２の回転角度センサ、２０１…ステアリングホイール、２０２…ステアリングシャフト、２０９…トルクセンサ、２１０…電動モータ、２６０…モータ電圧検出部、２７０…車速センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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