(57)【要約】【課題】自動車の車体制御システムなどに用いられる多回転のハンドルの回転角度検出装置において、歯車の機械的誤差や絶対回転角検出部の電気的誤差をより少ない補正角データで補正する高精度な回転角度検出装置の回転角補正方法を提供する。【解決手段】被検回転軸７を回転させるモータ１５と、このモータ１５の絶対回転角を制御するモータコントローラ１４と、モータ１５の絶対回転角を検出するエンコーダ１６とを組み合わせて、モータ１５により実際に回転した被検回転軸７の絶対回転角と第２および第３の歯車２，３の絶対回転角検出部４，５より求めた被検回転軸７の所定間隔毎の算出絶対回転角との差を補正角として不揮発性メモリ１１に記憶し、所定の算出絶対回転角間においては、その前後の算出絶対回転角に対する補正角より求めた算出絶対回転角の直線と回転検出誤差を含まない理想絶対回転角の直線との差で被検回転軸７の算出絶対回転角を補正する。【選択図】図５
2006029937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検回転軸に嵌合した第１の歯車に順次係合されそれぞれ歯数の異なる第２および第３の歯車と、この第２および第３の歯車の絶対回転角をそれぞれ検出する絶対回転角検出部とを備え、検出された前記第２および第３の歯車の絶対回転角の組み合わせに基づいて前記被検回転軸の多回転での絶対回転角を検出する回転角度検出装置において、前記被検回転軸を回転させるモータと、このモータの絶対回転角を制御するモータコントローラと、このモータの絶対回転角を検出するエンコーダとを用いて、前記モータにより実際に回転させた前記被検回転軸の絶対回転角と前記第２および第３の歯車の絶対回転角検出部より求めた前記被検回転軸の所定間隔毎の算出絶対回転角との差を補正角として不揮発性メモリに記憶し、前記所定の算出絶対回転角間においては、その前後の算出絶対回転角に対する補正角より求めた算出絶対回転角直線と回転検出誤差を含まない理想絶対回転角直線との差でもって被検回転軸の前記算出絶対回転角を補正するようにした回転角度検出装置の回転角補正方法。
【請求項２】
被検回転軸を一方向に回転させた後、前記被検回転軸を逆方向に回転させて算出したヒステリシス角を前記不揮発性メモリに記憶させ、被検回転軸が逆回転するごとに前記算出絶対回転角をこのヒステリシス角で補正するようにした請求項１に記載の回転角度検出装置の回転角補正方法。
【請求項３】
被検回転軸の必要な検出範囲にわたって算出した補正角を不揮発性メモリに記憶させるようにした請求項１に記載の回転角度検出装置の回転角補正方法。
【請求項４】
被検回転軸に嵌合した第１の歯車の１周期にわたって算出した補正角を不揮発性メモリに記憶させるようにした請求項１に記載の回転角度検出装置の回転角補正方法。
【請求項５】
被検回転軸に嵌合した第１の歯車に順次係合されている第２および第３の歯車のうちどちらか１つの歯車の１周期にわたって算出した補正角を不揮発性メモリに記憶させるようにした請求項１に記載の回転角度検出装置の回転角補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車の車体制御システムなどに用いられる多回転のハンドルの回転角度検出装置の回転角補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アブソリュートエンコーダなどのように多回転する回転体の絶対回転角を検出する装置としては、位相差を有する複数の回転体の絶対回転角から被検回転軸の絶対回転角を検出する回転角度の測定方法や装置が存在する。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開昭６３−１１８６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の装置においては歯車の配列精度や芯振れ、また絶対回転角検出部における検出誤差などにより、被検回転軸の絶対回転角の検出精度が悪くなるという課題があった。
【０００５】
本発明はこの課題を解決するためのものであり、歯車の機械的誤差や絶対回転角検出部の電気的誤差を補正する高精度な回転角度検出装置の回転角補正方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００７】
本発明の請求項１に記載の発明は、被検回転軸に嵌合した第１の歯車に順次係合されそれぞれ歯数の異なる第２および第３の歯車と、この第２および第３の歯車の絶対回転角をそれぞれ検出する絶対回転角検出部とを備え、検出された前記第２および第３の歯車の絶対回転角の組み合わせに基づいて前記被検回転軸の多回転での絶対回転角を検出する回転角度検出装置において、前記被検回転軸を回転させるモータと、このモータの絶対回転角を制御するモータコントローラと、このモータの絶対回転角を検出するエンコーダとを用いて、前記モータにより実際に回転させた前記被検回転軸の絶対回転角と前記第２および第３の歯車の絶対回転角検出部より求めた前記被検回転軸の所定間隔毎の算出絶対回転角との差を補正角として不揮発性メモリに記憶し、前記所定の算出絶対回転角間においては、その前後の算出絶対回転角に対する補正角より求めた算出絶対回転角直線と回転検出誤差を含まない理想絶対回転角直線との差でもって被検回転軸の前記算出絶対回転角を補正するものである。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、被検回転軸を一方向に回転させた後、前記被検回転軸を逆方向に回転させて算出したヒステリシス角を前記不揮発性メモリに記憶させ、被検回転軸が逆回転するごとに前記算出絶対回転角をこのヒステリシス角で補正するものである。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発明は、被検回転軸の必要な検出範囲にわたって算出した補正角を不揮発性メモリに記憶し、被検回転軸の算出絶対回転角を補正するものである。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の発明は、被検回転軸に嵌合した第１の歯車の１周期にわたって算出した補正角を不揮発性メモリに記憶し、被検回転軸の算出絶対回転角を補正するものである。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の発明は、被検回転軸に嵌合した第１の歯車に順次係合されている第２および第３の歯車のうちどちらか１つの歯車の１周期にわたって算出した補正角を不揮発性メモリに記憶し、被検回転軸の算出絶対回転角を補正するものである。
【００１２】
これらの発明によれば、少ない補正角データを用いて、より少ない容量の不揮発性メモリに記憶させることにより、歯車の機械的な回転角の検出誤差や絶対回転角検出部の電気的な回転角の検出誤差を簡易な構成で補正でき、被検回転軸の算出した絶対回転角の検出精度が大幅に向上するという作用効果が得られるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、より少ない容量の不揮発性メモリで、歯車の機械的誤差や絶対回転角検出部の電気的誤差により発生する絶対回転角の検出誤差を事前に求めた補正角で補正することにより、被検回転軸の多回転を高精度に検出する回転角度検出装置の回転角補正方法を簡易な形態で提供することができるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図９と（表１）を用いて説明する。
【００１５】
図１（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態における回転角度検出装置の構成を示す正面図と側面図、図２は図１に示す第２および第３の歯車の絶対回転角検出部の拡大図、図３は同回転角度検出装置の回転角補正方法のシステム構成図、図４は第２の歯車２と第３の歯車３の絶対回転角より第１の歯車１の多回転での絶対回転角を算出する原理図、図５はリニアリティの補正原理を示す図、図６はヒステリシスの補正原理を示す図、図７〜図９は算出絶対回転角に含まれる誤差と被検回転軸７の絶対回転角との関係を示す図である。また（表１）はリニアリティの補正の具体的方法を示す表である。
【００１６】
【表１】
2006029937.tif 000003
【００１７】
図１（ａ），（ｂ）は被検回転軸７の多回転を検出する回転角度検出装置６の構成を示している。第１の歯車１は被検回転軸７に嵌合され、第２の歯車２は第１の歯車１と、第３の歯車３は第２の歯車２と順次係合されている。第２の歯車２および第３の歯車３の中央部には、それぞれ第１の磁石８および第２の磁石９が配置されている。
【００１８】
図２において、第１の磁石８に対向する位置には絶対回転角を検出する第１の絶対回転角検出部４が、第２の磁石９に対向する位置には絶対回転角を検出する第２の絶対回転角検出部５が配置されている。第１、第２の絶対回転角検出部４，５はそれぞれプリント基板１０の上に配置されており、第１の絶対回転角検出部４は第２の歯車２の中央に固定された第１の磁石８の磁界方向を、また第２の絶対回転角検出部５は第３の歯車３の中央に固定された第２の磁石９の磁界方向を検出している。
【００１９】
図３において、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１は補正角などを記憶するためのものである。ＣＰＵ１２は不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１や第１、第２の絶対回転角検出部４，５と接続されており、絶対回転角を算出する。また、ＣＰＵ１２とモータコントローラ１４とは角度信号や命令信号を送受信するシリアル通信ライン１３で結ばれ、信号の送受信ができるようになっている。被検回転軸７にはモータ１５が取り付けられており、モータコントローラ１４によりその回転を高精度に駆動制御するようになっている。被検回転軸７の絶対回転角はエンコーダ１６で高精度に検出してモータコントローラ１４にこの絶対回転角を送信している。
【００２０】
次に、被検回転軸７の絶対回転角の検出方法について説明する。
【００２１】
図１において被検回転軸７が回転すると、この被検回転軸７と嵌合している第１の歯車１が回転する。第１の歯車１が回転するとこれに連動して第１の歯車１と係合している第２の歯車２及び第２の歯車２に係合している第３の歯車３が回転する。第２の歯車２と第３の歯車３は歯数が異なるため、被検回転軸７に対して異なる速さで回転する。第１の絶対回転角検出部４からは第２の歯車２の絶対回転角を算出するための信号が、同様に第２の絶対回転角検出部５からは第３の歯車３の絶対回転角を算出するための信号が得られるようになっている。
【００２２】
図４を用いて被検回転軸７の多回転での絶対回転角を算出する方法について説明する。図４の上段において、第１の歯車１の歯数をａ、第２の歯車２の歯数をｂ、第３の歯車３の歯数をｃとすると、第２の歯車２は被検回転軸７に嵌合している第１の歯車１の回転に対して歯数比（ａ／ｂ）の速さで回転し、第３の歯車３は被検回転軸７に嵌合している第１の歯車１の回転に対して歯数比（ａ／ｃ）の速さで回転するが、ｂ≠ｃであるので第２の歯車２と第３の歯車３の絶対回転角の位相差はある規則性をもって変動する。図４の中段において被検回転軸７の多回転での絶対回転角１９に対して、第２の歯車２の絶対回転角値１７と第３の歯車３の絶対回転角値１８の差が回転検出範囲において直線上に乗り、１対１に決定されることを示している。
【００２３】
次に、被検回転軸７の絶対回転角の検出精度を向上させる補正方法について説明する。
【００２４】
図４の下段において、被検回転軸７の多回転での絶対回転角１９に対し、被検回転軸７の理想の絶対回転角（以下、理想絶対角という）２０はここに示す直線上に乗るわけだが、第１の絶対回転角検出部４と第２の絶対回転角検出部５の信号より算出した絶対回転角（以下、算出絶対角という）２１は、第１の歯車１、第２の歯車２の歯の配列精度や芯振れなどの機械的な検出誤差や第１の絶対回転角検出部４と第２の絶対回転角検出部５における電気的な検出誤差などが含まれており、被検回転軸７の理想絶対角２０と一致しない。そこで被検回転軸７の絶対回転角１９に対し、算出絶対角２１と理想絶対角２０との差を補正角として不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１に記憶し、算出絶対角２１をこの補正角で補正することにより理想絶対角２０に近づけて被検回転軸７の絶対回転角の検出精度を高めることができる。
【００２５】
図５〜図９と（表１）を用いて、被検回転軸７の絶対回転角の検出精度、特にリニアリティの補正方法について更に詳細に説明する。
【００２６】
図５は横軸に回転角度検出装置６により算出された被検回転軸７の絶対回転角を、縦軸に被検回転軸７が実際に回転した絶対回転角を取っている。シリアル通信ライン１３から送信されてくる算出絶対角が１°毎に変化するようにモータコントローラ１４にてモータ１５を制御する。その時の被検回転軸７の絶対回転角をエンコーダ１６にて検出する。１°毎の算出絶対角に対する補正角は次式により求める。
【００２７】
（１°毎の算出絶対角に対する補正角）＝（被検回転軸７の絶対回転角）−（１°毎の算出絶対角）…（１）
１°より小さい算出絶対角（例えば０．１°毎の算出絶対角）に対する補正角は不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１に記憶していないので、１°毎の補正角より０．１°毎の算出絶対角を推定する。ｘを０．１°毎の算出絶対角、ｃをｘよりも小さく最も近い１°毎の算出絶対角とする。すなわちｃ＜ｘ＜ｃ＋１とする。ｍを（ｃ＋１）における補正角、ｎをｃにおける補正角とし、これらの補正角に基づき被検回転軸７の算出絶対角を直線近似すると、算出絶対角Ｙ１は次式で表される。
【００２８】
Ｙ１＝（ｍ−ｎ＋１）・（ｘ−ｃ）＋ｎ…（２）
理想的な算出絶対角とは被検回転軸７の実際の絶対回転角と一致しているものと定義できるので、理想的な算出絶対角をＹ２とすると
Ｙ２＝ｘ−ｃ…（３）
と表される。すなわちＹ１とＹ２との差が補正角となる。このことは（２）式、（３）式より次のように求められる。
【００２９】
Ｙ１−Ｙ２＝（ｍ−ｎ）・（ｘ−ｃ）＋ｎ…（４）
（表１）ではこの（４）式を使って具体的に１°毎の補正角から０．１°毎の補正角を算出する方法を示している。初期設定時に回転角度検出装置６の算出絶対角が０°の時は被検回転軸７の絶対回転角も０°としている。まずモータコントローラ１４によってモータ１５を回転させ、シリアル通信ライン１３を監視して算出絶対角が１°になった時に被検回転軸７の絶対回転角をエンコーダ１６により確定する。この（表１）では０．８°となっている。すなわち回転角度検出装置６の算出絶対角１°に対する補正角は（１）式より−０．２°となる。これら１°毎の補正角から０°〜１°における０．１°毎の補正角を（４）式から求める。ｍは（ｃ＋１）すなわち算出絶対角１°における補正角なので−０．２°となる。一方、ｎはｃにおける補正角すなわち０°における補正角なので０°となる。０°から１°までの０．１°毎の補正角を求める式はこれらの値を（４）式に代入して
Ｙ１−Ｙ２＝（−０．２−０）・（ｘ−０）＋０
＝−０．２・ｘ…（５）
となる。例えば、算出絶対角ｘが０．１°の時の補正角は（５）式より−０．０２°となる。これは算出絶対角が０．１°であっても被検回転軸７は０．０８°（０．１−０．０２）しか回転していないだろうと仮定している。また算出絶対角ｘが０．５°の時の補正角は（５）式より−０．１°となり、算出絶対角０．５°は０．４°（０．５−０．１）に修正される。
【００３０】
引き続き、モータコントローラ１４によって回転角度検出装置６の算出絶対角が２°となるまでモータ１５を回転させる。この時の被検回転軸７の絶対回転角をエンコーダ１６により検出する。（表１）では２．２°となっている。すなわち算出絶対角２°に対する補正角は（１）式より＋０．２°となる。これら１°毎の補正角から１°〜２°における０．１°毎の補正角を（４）式から求めると次のようになる。
【００３１】
ｍは（ｃ＋１）すなわち回転角度検出装置６の算出絶対角２°における補正角なので＋０．２°となる。一方、ｎはｃにおける補正角すなわち１°における補正角なので−０．２°となる。１°から２°までの０．１°毎の補正角を求める式は、これらの値を（４）式に代入して
Ｙ１−Ｙ２＝（０．２−（−０．２）・（ｘ−１）−０．２
＝０．４・（ｘ−１）−０．２…（６）
となる。例えば、算出絶対角ｘが１．１°の時の補正角は（６）式より−０．１６°となる。これは算出絶対角が１．１°であっても、被検回転軸７は０．９４°（１．１−０．１６）しか回転していないだろうと仮定している。また算出絶対角ｘが１．５°の時の補正角は（６）式より０°となり、算出絶対角１．５°は修正しなくても理想絶対角の直線上にあるだろうと推定している。
【００３２】
次に、モータコントローラ１４によって回転角度検出装置６の算出絶対角が３°となるまでモータ１５を回転させる。この時の被検回転軸７の絶対回転角を同様にエンコーダ１６により検出する。（表１）では３．２°となっている。すなわち算出絶対角３°に対する補正角は（１）式より＋０．２°となる。これら１°毎の補正角から２°〜３°における０．１°毎の補正角を（４）式から求めると次のようになる。
【００３３】
ｍは（ｃ＋１）すなわち算出絶対角３°における補正角なので＋０．２°となる。一方、ｎはｃにおける補正角すなわち２°における補正角なので＋０．２°となる。２°から３°までの０．１°毎の補正角を求める式は、これらの値を（４）式に代入して
Ｙ１−Ｙ２＝（０．２−０．２）・（ｘ−２）＋０．２
＝０．２…（７）
となる。例えば、算出絶対角ｘが２．１°の時の補正角は（７）式より０．２°となる。これは算出絶対角が２．１°であっても被検回転軸７は２．３°（２．１＋０．２）回転しているだろうと推定している。また、算出絶対角ｘが２．５°の時の補正角も（７）式より０．２°となり、算出絶対角２．５°は２．７°（２．５＋０．２）に修正する。
【００３４】
次に、図６にて被検回転軸７の絶対回転角の検出精度、特にヒステリシスの補正方法について説明する。
【００３５】
図６は横軸に回転角度検出装置６により算出された絶対回転角を、縦軸に被検回転軸７の絶対回転角を取っている。シリアル通信ライン１３から送信されてくる算出絶対角をモータコントローラ１４にて監視しながらモータ１５を回転させる。まず算出絶対角が増加する方向にモータ１５を回転させる。次に逆方向にモータ１５を回転させる。この時、算出絶対角が変動するまでの被検回転軸７の絶対回転角をエンコーダ１６より求める。この値をヒステリシスの補正角として不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１に記憶する。このヒステリシスの要因としては歯車等のバックラッシュが考えられるので、この補正角は被検回転軸７の回転位置によって異なる。従って複数の回転位置でのヒステリシスの平均値を補正角としてもよい。
【００３６】
回転角度検出装置６においては、算出絶対角が減少したら、このヒステリシスの補正角を算出絶対角に加えてヒステリシスによる精度の低下を補正する。次に、被検回転軸７が反転して算出絶対角が増加した場合は、ヒステリシスの補正は行わないようにする。
【００３７】
次に図７〜図９を用いて、算出絶対角に含まれる誤差を修正するリニアリティの補正角を記憶した不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１の容量をさらに削減する方法について説明する。
【００３８】
図７〜図９の下段に示すグラフでは、横軸に被検回転軸７の絶対回転角、縦軸に回転角度検出装置６の算出絶対角２１の誤差をとっている。図７〜図９の中段に示すように算出絶対角２１が理想絶対角２０に一致した時に、下段に示した算出絶対角２１の誤差がゼロとなり精度の高い回転角度検出装置が実現できていることを示している。図７では被検回転軸７の絶対回転角と算出絶対角２１の誤差との間には相関がないので、検出範囲においてリニアリティの補正角を全て不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１に記憶し、算出絶対角２１を理想絶対角２０に近づける必要がある。そのため大容量の不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１が必要となる。一方、図８では算出絶対角の誤差曲線が被検回転軸７の絶対回転角３６０°の周期を持っている。これは算出絶対回転角の誤差が図１に示す第１の歯車１に起因するものが支配的であることを示している。この場合、図７の場合と異なり被検回転軸７の絶対回転角０〜３６０°の範囲におけるリニアリティの補正角だけを不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１に記憶することで、算出絶対角２１を理想絶対角２０に近づけることができる。ゆえに図７の場合より少ない不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１で算出絶対角の誤差を小さくすることができる。
【００３９】
一方、図９では算出絶対角の誤差曲線が第２の歯車２の回転周期を持っている。これは算出絶対角の誤差が図１に示す第２の歯車２に起因するものが支配的であることを示している。この場合、図７、図８の場合と異なり、第１の歯車１の歯数をａ、第２の歯車２の歯数をｂ（ここでａ＞ｂとする）とすると、被検回転軸７の絶対回転角０〜３６０・ｂ／ａ°の範囲におけるリニアリティの補正角だけを不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１に記憶することで算出絶対角を理想絶対角２０に近づけることができる。ゆえに図８の場合より少ない不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１で算出絶対角の誤差を小さくすることができる。
【００４０】
以上のように本実施の形態における回転角度検出装置６の回転角補正方法においては、検出範囲全域の第１の歯車１が１回転する範囲にわたって或いは第２の歯車２が１回転する範囲にわたって、被検回転軸７の算出絶対角に対する補正角を不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１に記憶するという方法により、歯車の機械的誤差や絶対回転角検出部の電気的誤差による絶対回転角の検出誤差も修正でき、被検回転軸の算出絶対角の精度向上を図ることができるという作用効果が得られる。また、補正角はある一定の絶対回転角おきに記憶しているため、より少ない容量の不揮発性メモリ１１で被検回転軸７の検出精度を上げることができるという作用効果も得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明にかかる回転角度検出装置の回転角補正方法は、より少ない容量の不揮発性メモリを用いた簡単な構成で、被検回転軸の多回転を高精度に検出することができるという作用効果を有しており、車両のパワーステアリング等で使用される回転角度検出装置の回転角補正方法として用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態における回転角度検出装置の構成を示す正面図、（ｂ）同側面図
【図２】図１に示す第２および第３の歯車の絶対回転角検出部の拡大図
【図３】同回転角度検出装置の回転角補正方法のシステム構成図
【図４】第２の歯車２と第３の歯車３の絶対回転角より第１の歯車１の多回転での絶対回転角を算出する原理図
【図５】リニアリティの補正の方法を示す原理図
【図６】ヒステリシスの補正の方法を示す原理図
【図７】算出絶対角に含まれる誤差と被検回転軸７の絶対回転角との関係を示す図
【図８】算出絶対角に含まれる誤差と被検回転軸７の絶対回転角との関係を示す図
【図９】算出絶対角に含まれる誤差と被検回転軸７の絶対回転角との関係を示す図
【符号の説明】
【００４３】
１  第１の歯車
２  第２の歯車
３  第３の歯車
４  第１の絶対回転角検出部
５  第２の絶対回転角検出部
６  回転角度検出装置
７  被検回転軸
８  第１の磁石
９  第２の磁石
１０  プリント基板
１１  不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）
１２  ＣＰＵ
１３  シリアル通信ライン
１４  モータコントローラ
１５  モータ
１６  エンコーダ
１７  歯車２の絶対回転角値
１８  歯車３の絶対回転角値
１９  被検回転軸７の絶対回転角
２０  被検回転軸７の理想絶対角の直線
２１  被検回転軸７の算出絶対角
２２  被検回転軸７の理想絶対角の直線
２３  補正角より求めた被検回転軸７の算出絶対角の直線
２４，２５，２６  算出絶対角の誤差曲線
【図１】
2006029937.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006029937.tif 000008
【図６】
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【図７】
2006029937.tif 000010
【図８】
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【図９】
2006029937.tif 000012