(57)【要約】【課題】  回転体の回転角を高精度に検出可能な回転角検出装置を提供する。【解決手段】  カムシャフト９４の回転角を検出可能な回転角検出装置１０は、カムシャフト９４の角速度に比例した周波数の正弦波を検出信号として出力する速度センサ１１、基本周波数推定部１３、基本周波数抽出部１４、および、回転角演算部１５を備える。基本周波数推定部１３は、速度センサ１１が出力する検出信号の基本周波数を推定する。基本周波数抽出部１４は、基本周波数推定部１３で推定された基本周波数に基づいて速度センサ１１が出力する検出信号の基本周波数を抽出する。基本周波数抽出部１４は、抽出された基本周波数を基本周波数信号として回転角演算部１５に出力する。回転角演算部１５は、基本周波数信号に基づいてカムシャフト９４の回転角を演算する。【選択図】  図３
2018091717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体（９１，９４）の回転角を検出可能な回転角検出装置であって、
前記回転体の角速度を検出可能に設けられ、前記回転体の角速度に比例した周波数の正弦波を検出信号として出力する角速度検出部（１１，２１，３１，４１，６１，７１、８１）と、
前記検出信号の基本周波数を推定する基本周波数推定部（１３，２３，３３，４３）と、
前記基本周波数推定部の推定結果に基づいて前記検出信号の基本周波数を抽出し、抽出された基本周波数を基本周波数信号として出力する基本周波数抽出部（１４，２４，３４，４４）と、
前記基本周波数信号に基づいて前記回転体の回転角を演算し、当該演算した回転角を出力する回転角演算部（１５，２５，３５）と、
を備える回転角検出装置。
【請求項２】
前記基本周波数抽出部は、前記基本周波数推定部による推定結果に基づいてフィルタ係数を変更可能なトラッキングフィルタである請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記トラッキングフィルタは、ＦＩＲデジタルフィルタである請求項２に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
前記回転角演算部は、
前記基本周波数信号に基づいて９０度の位相差を有する９０度位相差信号を生成する位相差信号生成部（１５１，２５１）と、
前記位相差信号生成部が生成する９０度位相差信号の逆正接変換に基づいて回転角を演算する逆正接演算部（１５２，２５２）と、
を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項５】
前記位相差信号生成部は、前記基本周波数信号に基づいて相互にヒルベルト変換対をなす実部解析信号および虚部解析信号を生成する請求項４に記載の回転角検出装置。
【請求項６】
前記検出信号に基づいて矩形波を生成する矩形波生成部（５１）と、
前記回転角演算部が演算した前記回転体の回転角および前記矩形波生成部が生成する矩形波に基づいて前記回転体の修正回転角を演算し、当該修正回転角を出力する修正回転角演算部（５３）と、
をさらに備える請求項４または５に記載の回転角検出装置。
【請求項７】
前記修正回転角演算部は、前記基本周波数推定部において推定された前記検出信号の基本周波数が所定の周波数の範囲を逸脱するとき、前記矩形波生成部が生成する矩形波の出力の変化に基づいて前記回転角演算部が演算した前記回転体の回転角を修正する請求項６に記載の回転角検出装置。
【請求項８】
前記修正回転角演算部は、前記矩形波生成部が生成する矩形波の出力が当該矩形波の高い出力レベル（ＬＨ１１）と低い出力レベル（ＬＬ１１）との間で変化するとき、前記回転角演算部が演算した前記回転体の回転角に所定の角度を加算する請求項７に記載の回転角検出装置。
【請求項９】
前記矩形波生成部と前記修正回転角演算部との間に前記矩形波生成部が生成する矩形波が入力可能に設けられ、前記回転角演算部において演算され前記修正回転角演算部に出力される前記回転体の回転角が該当する時刻と一致する時刻の矩形波を前記修正回転角演算部に出力する遅延処理部（５２）をさらに備える請求項６〜８のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項１０】
前記回転体は、径方向外側に前記角速度検出部によって検出可能な複数の突出部（９４０）を有し、複数の前記突出部の一の突出部（９４７）は、突出する高さが前記一の突出部を除く他の突出部（９４１，９４２，９４３，９４４，９４５，９４６）の突出する高さに比べ低くなるよう形成され、
前記角速度検出部が出力する前記検出信号が入力可能に設けられ、前記角速度検出部が前記一の突出部を検出したときの前記検出信号に基づいて基準角度信号を出力する基準信号出力部（８６）と、
前記回転角演算部が演算した前記回転体の回転角および前記基準信号出力部が出力する基準角度信号に基づく前記回転体の修正回転角を出力する修正回転角演算部（８７）と、
をさらに備える請求項４または５に記載の回転角検出装置。
【請求項１１】
前記修正回転角演算部は、前記基準信号出力部が出力する基準角度信号が入力されると所定の基準角度を出力する請求項１０に記載の回転角検出装置。
【請求項１２】
一つの前記回転体に対して二つの前記角速度検出部（１１，６１，７１）が設けられ、
前記基本周波数推定部は、二つの前記角速度検出部の一の角速度検出部（１１）が出力する一の検出信号の基本周波数を推定し、
前記一の角速度検出部が出力する一の検出信号に基づいて一の矩形波を生成する一の矩形波生成部（６３，７３）と、
二つの前記角速度検出部の他の角速度検出部が出力する他の検出信号に基づいて他の矩形波を生成する他の矩形波生成部（６４，７４）と、
前記一の矩形波と前記他の矩形波との比較結果を出力する矩形波比較部（６５，７５）と、
前記回転角演算部が演算した前記回転体の回転角および前記矩形波比較部における比較結果に基づく前記回転体の修正回転角を出力する修正回転角演算部（６７，７８）と、
をさらに備える請求項４または５に記載の回転角検出装置。
【請求項１３】
前記一の矩形波の二つの出力レベルの間での変化が連続したこと、または、前記他の矩形波の二つの出力レベルの間での変化が連続したことを前記比較結果として前記矩形波比較部が出力するとき、前記修正回転角演算部は、前記回転体の回転角が増加しているときには当該回転角から所定の角度を減算し、前記回転体の回転角が減少しているときには当該回転角に所定の角度を加算する請求項１２に記載の回転角検出装置。
【請求項１４】
修正回転角演算部は、前記一の矩形波または前記他の矩形波が二つの出力レベルの間で変化するとき、直前の前記一の矩形波の出力レベルと前記他の矩形波の出力レベルとの組み合わせに対する今回の前記一の矩形波の出力レベルと前記他の矩形波の出力レベルとの組み合わせに基づいて、直前の回転角に所定の回転角を加算または減算した前記回転体の修正回転角を出力する請求項１２に記載の回転角検出装置。
【請求項１５】
修正回転角演算部は、前記一の矩形波または前記他の矩形波が二つの出力レベルの間で変化するとき、直前の前記一の矩形波の出力レベルと前記他の矩形波の出力レベルとの組み合わせに対する今回の前記一の矩形波の出力レベルと前記他の矩形波の出力レベルとの組み合わせに基づいて、前記回転体の回転方向および前記回転体の一波長内における角度位置を修正回転角として出力する請求項１２に記載の回転角検出装置。
【請求項１６】
前記一の角速度検出部と前記他の角速度検出部とは、当該一の角速度検出部が検出する前記回転体の角速度に比例した周波数の一の正弦波と当該他の角速度検出部が検出する前記回転体の角速度に比例した周波数の他の正弦波との位相差が（ｎ＋１／４）×λ（ｎは整数）の関係となるよう配置され、
前記所定の角度は、正弦波の（１／４）×λに相当する角度である請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項１７】
前記矩形波比較部と前記修正回転角演算部との間に前記矩形波比較部が出力する比較結果が入力可能に設けられ、前記回転角演算部において演算され前記修正回転角演算部に出力される前記回転体の回転角が該当する時刻と一致する時刻の当該比較結果を前記修正回転角演算部に出力する遅延処理部（６５，７５）をさらに備える請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項１８】
前記回転体（９４）は、径方向外側に前記回転体の回転軸（ＣＡ９４）に沿う方向に延びるよう形成され前記角速度検出部によって検出可能な複数の突出部（９４０）を有し、
複数の前記突出部の一の突出部（９４８）は、前記回転軸に沿う方向の長さが複数の前記突出部の他の突出部（９４１，９４２，９４３，９４４，９４５，９４６）の前記回転軸に沿う方向の長さに比べ短くなるよう形成され、
前記他の角速度検出部は、前記一の突出部の前記回転軸に沿う方向に位置する前記突出部がない部位（９４９）を検出可能に設けられ、
前記突出部がない部位を前記他の角速度検出部が検出するときの前記他の検出信号に基づいて基準角度信号を出力する基準信号出力部（７７）をさらに備え、
前記修正回転角演算部は、前記基準角度信号に基づく前記回転体の修正回転角を出力する請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項１９】
前記一つの回転体は、内燃機関が有するカムシャフト（９４）であって、
前記突出部がない部位は、前記カムシャフトによって駆動される前記内燃機関が有する弁のリフト量が小さくなるときに前記他の角速度検出部が検出可能な位置に設けられる請求項１８に記載の回転角検出装置。
【請求項２０】
一つの前記回転体に対して二つの前記角速度検出部（３１，４１）、二つの前記基本周波数推定部（３３，４３）、および、二つの前記基本周波数抽出部（３４，４４）を備え、
二つの前記角速度検出部の一の角速度検出部（３１）と他の角速度検出部（４１）とは、当該一の角速度検出部が検出する前記回転体の角速度に比例した周波数の一の正弦波と当該他の角速度検出部が検出する前記回転体の角速度に比例した周波数の他の正弦波との位相差が（ｎ＋１／４）×λ（ｎは整数）の関係となるよう配置され、
二つの前記基本周波数推定部の一の基本周波数推定部（３３）は、前記一の角速度検出部が出力する一の検出信号の基本周波数を推定し、
二つの前記基本周波数抽出部の一の基本周波数抽出部（３４）は、前記一の基本周波数推定部の推定結果に基づいて前記一の検出信号の基本周波数をフィルタリング抽出し、抽出された前記一の検出信号の基本周波数を一の基本周波数信号として前記回転角演算部に出力し、
二つの前記基本周波数推定部の他の基本周波数推定部（４３）は、前記他の角速度検出部が出力する他の検出信号の基本周波数を推定し、
二つの前記基本周波数抽出部の他の基本周波数抽出部（４４）は、前記他の基本周波数推定部の推定結果に基づいて前記他の検出信号の基本周波数をフィルタリング抽出し、抽出された前記他の検出信号の基本周波数を他の基本周波数信号として前記回転角演算部に出力し、
前記回転角演算部は、前記一の基本周波数抽出部が出力する前記一の基本周波数信号と前記他の基本周波数抽出部が出力する前記他の基本周波数信号との逆正接変換に基づいて回転角を演算する請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項２１】
一つの前記回転体に対して二つの前記角速度検出部（３１，４１）、一つの前記基本周波数推定部（３３）、および、二つの前記基本周波数抽出部（３４，４４）を備え、
二つの前記角速度検出部の一の角速度検出部（３１）と他の角速度検出部（４１）とは、当該一の角速度検出部が検出する前記回転体の角速度に比例した周波数の一の正弦波と当該他の角速度検出部が検出する前記回転体の角速度に比例した周波数の他の正弦波との位相差が（ｎ＋１／４）×λ（ｎは整数）の関係となるよう配置され、
前記基本周波数推定部は、前記一の角速度検出部が出力する一の検出信号の基本周波数を推定し、
二つの前記基本周波数抽出部の一の基本周波数抽出部（３４）は、前記基本周波数推定部の推定結果に基づいて前記一の検出信号の基本周波数をフィルタリング抽出し、抽出された前記一の検出信号の基本周波数を一の基本周波数信号として前記回転角演算部に出力し、
二つの前記基本周波数抽出部の他の基本周波数抽出部（４４）は、前記基本周波数推定部の推定結果に基づいて前記他の検出信号の基本周波数をフィルタリング抽出し、抽出された前記他の検出信号の基本周波数を他の基本周波数信号として前記回転角演算部に出力し、
前記回転角演算部は、前記一の基本周波数抽出部が出力する前記一の基本周波数信号と前記他の基本周波数抽出部が出力する前記他の基本周波数信号との逆正接変換に基づいて回転角を演算する請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項２２】
二つの前記角速度検出部は、前記一つの回転体の回転軸に沿う方向において異なる位置に設けられている請求項１２〜２１のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項２３】
二つの前記角速度検出部は、一つの支持部材（４０）に支持されている請求項１２〜２２のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項２４】
複数の前記回転体の位相差を検出可能な位相差検出システムであって、
複数の前記回転体の一の回転体の回転角を演算可能な請求項１〜２３のいずれか一項に記載の一の回転角検出装置と、
複数の前記回転体の他の回転体の回転角を演算可能な請求項１〜２３のいずれか一項に記載の他の回転角検出装置と、
前記一の回転角検出装置が備える一の回転角演算部が出力する前記一の回転体の回転角と、前記他の回転角検出装置が備える他の回転角演算部が出力する前記他の回転体の回転角との位相差を演算可能な位相差演算部（６）と、
を備える位相差検出システム。
【請求項２５】
前記位相差演算部は、内燃機関が有する前記一の回転体としてクランクシャフト（９５）の回転角と、前記他の回転体としてカムシャフト（９４）の回転角との差分に基づいて、前記内燃機関のバルブタイミングを演算可能な請求項２４に記載の位相差検出システム。
【請求項２６】
前記一の回転角検出装置および前記他の回転角検出装置と前記位相差演算部との間に前記一の回転角演算部が出力する一の回転角および前記他の回転角演算部が出力する他の回転角が入力可能に設けられ、同じ検出時刻の前記一の回転角および前記他の回転角を前記位相差演算部に出力するよう出力タイミングを調整するタイミング調整部（５）を有する請求項２４または２５に記載の位相差検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転角を検出可能な回転角検出装置、および、二つ以上の回転体の回転角の位相差を検出可能な位相差検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、歯車など回転体の回転角を非接触で検出可能な回転角検出装置が知られている。例えば、特許文献１には、回転体の角速度に対応する正弦波状の検出信号を出力可能な角速度センサ、および、角速度センサが出力する信号に対して有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタを用いたヒルベルト変換を行うことによって回転角を算出する回転角演算部を備える回転角検出装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２８８７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の回転角検出装置では、回転体の偏心や角速度センサの製造誤差によって、正弦波に高調波歪みが重畳する。このため、この高調波歪みが誤差となり、正確な角速度を検出することができないおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述の点を鑑みてなされたものであり、回転体の回転角を高精度に検出可能な回転角検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、回転体（９１，９４）の回転角を検出可能な回転角検出装置であって、角速度検出部（１１，２１，３１，４１，６１，７１、８１）、基本周波数推定部（１３，２３，３３，４３）、基本周波数抽出部（１４，２４，３４，４４）、および、回転角演算部（１５，２５，３５）を備える。
角速度検出部は、回転体の角速度を検出可能に設けられ、回転体の角速度に比例した周波数の正弦波を検出信号として出力する。
基本周波数推定部は、検出信号の基本周波数を推定する。
基本周波数抽出部は、基本周波数推定部の推定結果に基づいて検出信号の基本周波数をフィルタリング抽出し、抽出された基本周波数を基本周波数信号として出力する。
回転角演算部は、基本周波数信号に基づいて回転体の回転角を演算する。
【０００７】
本発明の回転角検出装置では、角速度検出部が出力する検出信号が入力される基本周波数推定部において当該検出信号に含まれる基本周波数を推定する。推定された基本周波数は、角速度検出部が出力する検出信号が入力される基本周波数抽出部に出力される。基本周波数抽出部では、推定された基本周波数に基づいて検出信号から基本周波数を抽出する。回転角演算部では、検出信号から抽出された基本周波数に基づいて回転体の回転角を演算する。これにより、回転角演算部は、高調波歪みが除去された正弦波に基づいて回転体の回転角を演算することができるため、回転角をリアルタイムでかつ高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態による位相差検出システムが適用されるバルブタイミング調整装置の断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態による位相差検出システムが有する回転角検出装置のブロック図である。
【図４】本発明の第一実施形態による回転角検出装置における基本周波数の算出方法を説明する（ａ）特性図、および、（ｂ）ブロック図である。
【図５】本発明の第一実施形態による回転角検出装置の効果を説明する特性図である。
【図６】本発明の第二実施形態による位相差検出システムが有する回転角検出装置のブロック図である。
【図７】本発明の第二実施形態による位相差検出システムが備える二つの角速度センサが配置される位置を示す模式図である。
【図８】本発明の第二実施形態による位相差検出システムが備える二つの角速度センサの検出信号を示す特性図である。
【図９】本発明の第三実施形態による位相差検出システムが有する回転角検出装置のブロック図である。
【図１０】本発明の第四実施形態による位相差検出システムが有する回転角検出装置のブロック図である。
【図１１】本発明の第四実施形態による位相差検出システムが有する回転角検出装置における各種信号の時間変化を示す特性図である。
【図１２】本発明の第五実施形態による位相差検出システムが有する回転角検出装置のブロック図である。
【図１３】本発明の第五実施形態による位相差検出システムが有する回転角検出装置における各種信号の時間変化を示す特性図である。
【図１４】本発明の第五実施形態による位相差検出システムが有する回転角検出装置における回転角の修正内容を示す表である。
【図１５】本発明の第五実施形態による位相差検出システムが有する回転角検出装置における回転角の修正内容を示す表であって、図１４とは異なる表である。
【図１６】本発明の第六実施形態による位相差検出システムが有する回転角検出装置のブロック図である。
【図１７】本発明の第六実施形態による位相差検出システムが備える二つの角速度センサが配置される位置を示す模式図である。
【図１８】本発明の第六実施形態による位相差検出システムが設けられるエンジンにおける吸気弁のリフト量の時間変化を示す特性図である。
【図１９】本発明の第六実施形態による位相差検出システムが有する回転角検出装置における各種信号の時間変化を示す特性図である。
【図２０】本発明の第七実施形態による位相差検出システムが有する回転角検出装置のブロック図である。
【図２１】本発明の第七実施形態による位相差検出システムが備える二つの角速度センサが配置される位置を示す模式図である。
【図２２】本発明の第七実施形態による位相差検出システムが有する回転角検出装置における各種信号の時間変化を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の複数の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１０】
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態による位相差検出システム８は、図示しないエンジンの吸気弁の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置９に適用される。
【００１１】
バルブタイミング調整装置９の構成を図１，２に基づいて説明する。バルブタイミング調整装置９は、「回転体」としてのＶＶＴハウジング９１、ベーンロータ９２、および、油圧制御部９３などを備えている。
【００１２】
ＶＶＴハウジング９１は、ケース９１０およびスプロケット９１１を有する。ケース９１０およびスプロケット９１１は、吸気弁を駆動可能な「回転体」としてのカムシャフト９４と同軸上に配置されており、周方向の複数箇所をボルト９１２により一体に固定されている。
【００１３】
ケース９１０は、カップ状に形成されている。ケース９１０は、筒部９１３、底部９１４、内側突出部９１５、および、外側突出部９１６を有する。
筒部９１３は、後述するベーンロータ９２の径方向外側に位置するよう設けられる。
底部９１４は、筒部９１３の一方の開口を塞ぐよう設けられる。
内側突出部９１５は、図２に示すように、筒部９１３の内壁９１７に複数設けられる。内側突出部９１５は、筒部９１３の径内方向に突出するよう形成されている。複数の内側突出部９１５は、周方向において互いに離間するように配置されている。
外側突出部９１６は、図１に示すように、筒部９１３の外壁９１８に複数設けられる。外側突出部９１６は、筒部９１３の径外方向に突出するよう形成されている。複数の外側突出部９１６は、周方向において互いに等間隔で離間するように配置されている。
【００１４】
スプロケット９１１は、ケース９１０の他方の開口を塞ぐよう設けられている。スプロケット９１１は、エンジンが有するクランクシャフト９５に連結されるタイミングチェーン９６を掛けることが可能な外歯９１９を有している。これにより、ＶＶＴハウジング９１は、筒部９１３の中心軸と同軸のカムシャフト９４の「回転軸」としての中心軸ＣＡ９４を回転中心としてクランクシャフト９５と一体に回転可能である。
【００１５】
ベーンロータ９２は、ボス部９２１および複数のベーン部９２２を有している。ベーンロータ９２は、ケース９１０に収容されている。
ボス部９２１は、ナット９２５によってスリーブ９３１を介してカムシャフト９４に固定されている略筒状の部材である。ベーンロータ９２は、カムシャフト９４と一体に回転可能である。
ベーン部９２２は、ボス部９２１の径方向外側に設けられている。ベーン部９２２は、ボス部９２１から径外方向に突出するよう設けられている。ベーン部９２２は、ＶＶＴハウジング９１の内部空間、すなわち、隣り合う内側突出部９１５間の空間を進角室９２３と遅角室９２４とに仕切っている。図２に示すように、遅角室９２４は、ベーン部９２２に対し遅角方向に位置し、進角室９２３は、ベーン部９２２に対し進角方向に位置している。
【００１６】
ベーンロータ９２は、進角室９２３と連通している進角油路９２７、遅角室９２４と連通している遅角油路９２８、および、供給油路９２６を有している。供給油路９２６は、カムシャフト９４の供給油路９７、および、例えば、エンジンブロック等の供給油路９８を介して、外部の油供給源であるオイルポンプ９９と連通している。ベーンロータ９２は、進角室９２３または遅角室９２４に供給される作動油の圧力を受けるとＶＶＴハウジング９１に対し相対回転する。これにより、ＶＶＴハウジング９１に対するベーンロータ９２の回転位相が進角側または遅角側に変化する。
【００１７】
油圧制御部９３は、スリーブ９３１およびスプール９３２などから構成されている。
スリーブ９３１は、ベーンロータ９２のボス部９２１内にカムシャフト９４の中心軸ＣＡ９４に沿う方向へ延びるように筒状に形成されている。スリーブ９３１は、図２に示すように、進角油路９２７に連通している進角ポート９３４、遅角油路９２８に連通している遅角ポート９３５、および、供給油路９２６に連通している供給ポート９３６を有している。また、スリーブ９３１は、中心軸ＣＡ９４方向に貫通する排出油路９３３を有している。
【００１８】
スプール９３２は、スリーブ９３１の内側で中心軸ＣＡ９４方向へ往復移動可能に設けられている。油圧制御部９３では、スプール９３２の中心軸ＣＡ９４に沿う方向の位置に応じてスリーブ９３１の各ポート同士を選択的に接続可能である。具体的には、スプール９３２は、進角室９２３に作動油を供給して遅角室９２４から作動油を排出する場合、供給ポート９３６と進角ポート９３４とを接続しつつ、遅角ポート９３５をスプール９３２の内側を通じて外部に連通させる。また、スプール９３２は、遅角室９２４に作動油を供給して進角室９２３から作動油を排出する場合、供給ポート９３６と遅角ポート９３５とを接続しつつ、進角ポート９３４をスプール９３２の外側を通じて外部に連通させる。
【００１９】
スプール９３２のカムシャフト９４とは反対側の端部の内側にはストッパプレート９３７が嵌め付けられている。スプール９３２は、スプリング９３８によってストッパプレート９３７側に付勢されている。スプール９３２の中心軸ＣＡ９４に沿う方向の位置は、スプリング９３８の付勢力と、ストッパプレート９３７に対しスプール９３２とは反対側に設けられたリニアソレノイド９３９による押圧力との大小関係によって決まる。
【００２０】
バルブタイミング調整装置９では、回転位相が目標値よりも遅角側である場合、油圧制御部９３によって供給油路９２６と進角室９２３とが接続されつつ、遅角室９２４が外部のドレン空間と接続される。これにより、進角室９２３に作動油が供給されつつ遅角室９２４から作動油が排出され、ベーンロータ９２がＶＶＴハウジング９１に対し進角側に相対回転する。
また、回転位相が目標値よりも進角側である場合、油圧制御部９３によって供給油路９２６と遅角室９２４とが接続されつつ、進角室９２３が外部のドレン空間と接続される。これにより、遅角室９２４に作動油が供給されつつ進角室９２３から作動油が排出され、ベーンロータ９２がＶＶＴハウジング９１に対し遅角側に相対回転する。
また、回転位相が目標値と一致する場合、油圧制御部９３によって進角室９２３および遅角室９２４が閉じられる。これにより、回転位相が保持される。
【００２１】
次に、位相差検出システム８について説明する。位相差検出システム８は、バルブタイミング調整装置９におけるＶＶＴハウジング９１とベーンロータ９２との位相差を検出可能に設けられている。位相差検出システム８は、二つの回転角検出装置１０、２０、「タイミング調整部」としての同期処理部５、および、位相差演算部６を備える。
【００２２】
回転角検出装置１０は、カムシャフト９４の回転角度を出力可能に設けられている。回転角検出装置１０は、「角速度検出部」としての角速度センサ１１、Ａ／Ｄコンバータ１２、基本周波数推定部１３、基本周波数抽出部１４、および、回転角演算部１５を備える。
【００２３】
角速度センサ１１は、カムシャフト９４の外壁に周方向において互いに等間隔で離間するように配置されている複数の外側突出部９４０の近傍に設けられる。角速度センサ１１は、カムシャフト９４が回転すると、外側突出部９４０と外側突出部９４０が形成されていないカムシャフト９４の外壁とを交互に検出する。角速度センサ１１が一つの外側突出部９４０と当該一つの外側突出部９４０に隣り合うカムシャフト９４の外壁と検出すると、一波長λ分の正弦波が生成される。これにより、角速度センサ１１は、カムシャフト９４の角速度に比例した周波数の正弦波のアナログ信号を出力することが可能である。角速度センサ１１は、当該正弦波のアナログ信号を検出信号としてＡ／Ｄコンバータ１２に出力する。
【００２４】
Ａ／Ｄコンバータ１２は、角速度センサ１１が出力するアナログ信号である検出信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された検出信号は、基本周波数推定部１３および基本周波数抽出部１４に出力される。
【００２５】
基本周波数推定部１３は、コンパレータ１３１、基本周波数計算部１３２、および、フィルタ係数設定部１３３を有する。基本周波数推定部１３は、検出信号の基本周波数を推定する。
コンパレータ１３１は、Ａ／Ｄコンバータ１２が出力する検出信号に基づいて検出信号の出力が０となる時刻を記録する。
基本周波数計算部１３２は、コンパレータ１３１によって記録された検出信号の出力が０となる時刻に基づいて基本周波数を計算する。具体的には、検出信号の出力が０となる特定の時刻から二つ先の検出信号の出力が０となる時刻までの時間の逆数を計算し、当該逆数を基本周波数とする。
フィルタ係数設定部１３３は、基本周波数計算部１３２が計算する基本周波数および基本周波数とフィルタ係数との関係に基づいてフィルタ係数を設定する。フィルタ係数設定部１３３は、基本周波数とフィルタ係数との関係として、図４（ａ）に示す特性図を事前に記憶している。図４（ａ）は、横軸に基本周波数の大きさを示す。また、縦軸には、後述する基本周波数抽出部１４においてデジタル信号に変換された検出信号に対して行われるフィルタ処理の係数の大きさを示す。第一実施形態では、基本周波数抽出部１４におけるフィルタ処理の段数によってフィルタ係数が異なるだけでなく、図４（ａ）に示すように、基本周波数の大きさによってもフィルタ係数が異なる。
【００２６】
基本周波数抽出部１４は、いわゆる、バンドパスフィルタであって、フィルタ係数を変更可能なＦＩＲフィルタである。基本周波数抽出部１４のブロック図を図４（ｂ）に示す。
基本周波数抽出部１４に入力される検出信号は、最初にフィルタ係数ｈ０との積が算出される（図４（ｂ）の記号Ｔｈ０）。このときのフィルタ係数ｈ０は、フィルタ係数設定部１３３において図４（ａ）に基づいて基本周波数の大きさに対応するよう設定された０段目のフィルタ係数（図４（ａ）に示す点線ｃ０上の点の値）である。
続いて最初のタップにおいて、１サンプル前の検出信号（図４（ｂ）の記号Ｚ−１）とフィルタ係数ｈ１との積が算出される（図４（ｂ）の記号Ｔｈ１）。このときのフィルタ係数ｈ１は、フィルタ係数設定部１３３において基本周波数の大きさに対応するよう設定された１段目のフィルタ係数（図４（ａ）に示す点線ｃ１上の点の値）である。
第一実施形態の基本周波数抽出部１４では、１０段のタップが設定されている。例えば、図４（ｂ）に示すように、５段目のタップにおいて、１サンプル前の検出信号とフィルタ係数ｈ５との積が算出される（図４（ｂ）の記号Ｔｈ５）。このときのフィルタ係数ｈ５は、フィルタ係数設定部１３３において基本周波数の大きさに対応するよう設定された５段目のフィルタ係数（図４（ａ）に示す点線ｃ５上の点の値）である。また、９段目のタップにおいて、基本周波数の大きさに対応するよう設定された９段目のフィルタ係数（図４（ａ）に示す点線ｃ９上の点の値）ｈ９と１サンプル前の検出信号との積が算出される（図４（ｂ）の記号Ｔｈ９）。また、１０段目のタップにおいて、基本周波数の大きさに対応するよう設定された１０段目のフィルタ係数（図４（ａ）に示す点線ｃ１０上の点の値）ｈ１０と１サンプル前の検出信号との積が算出される（図４（ｂ）の記号Ｔｈ１０）。
【００２７】
基本周波数抽出部１４では、検出信号とフィルタ係数ｈ０との積に、１０段のタップのそれぞれにおける１サンプル前の検出信号とフィルタ係数ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４，ｈ５，ｈ６，ｈ７，ｈ８，ｈ９，ｈ１０との積を加えた結果を基本周波数信号ｆｃ（ｎ）として回転角演算部１５に出力する。
【００２８】
回転角演算部１５は、「位相差信号生成部」としてのヒルベルト変換部１５１、および、逆正接演算部１５２を有する。回転角演算部１５は、基本周波数信号ｆｃ（ｎ）に基づいてカムシャフト９４の回転角を演算する。
ヒルベルト変換部１５１は、基本周波数信号ｆｃ（ｎ）に直交する９０度位相差信号を導出し、相互にヒルベルト変換対をなす実部解析信号ＧＲｅ（ｎ）、および、虚部解析信号ＧＩｍ（ｎ）を算出する。ヒルベルト変換部１５１は、算出された実部解析信号ＧＲｅ（ｎ）および虚部解析信号ＧＩｍ（ｎ）を逆正接演算部１５２に出力する。
逆正接演算部１５２は、実部解析信号ＧＲｅ（ｎ）および虚部解析信号ＧＩｍ（ｎ）を用いた式（１）に示す逆正接変換を行い、一つの外側突出部９４０基準の回転角θｇｅａｒ（ｎ）を演算する。
【数１】
2018091717.tif 000003
カムシャフト９４が有する外側突出部９４０の数を数ｚとすると、カムシャフト９４の回転角θｃ（ｎ）は、式（２）によって算出される。
【数２】
2018091717.tif 000004
式（２）によって算出されたカムシャフト９４の回転角θｃ（ｎ）は、同期処理部５に出力される。
【００２９】
回転角検出装置２０は、ＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能に設けられている。回転角検出装置２０は、「角速度検出部」としての角速度センサ２１、Ａ／Ｄコンバータ２２、基本周波数推定部２３、基本周波数抽出部２４、および、回転角演算部２５を備える。
【００３０】
角速度センサ２１は、ＶＶＴハウジング９１の外側突出部９１６の近傍に設けられる。角速度センサ２１は、ＶＶＴハウジング９１が回転すると、外側突出部９１６と外側突出部９１６が形成されていないＶＶＴハウジング９１の外壁とを交互に検出する。角速度センサ２１が一つの外側突出部９１６と当該一つの外側突出部９１６に隣り合うＶＶＴハウジング９１の外壁と検出すると、一波長λ分の正弦波が生成される。これにより、角速度センサ２１は、ＶＶＴハウジング９１の角速度に比例した周波数の正弦波のアナログ信号を出力する可能である。角速度センサ２１は、当該正弦波のアナログ信号を検出信号としてＡ／Ｄコンバータ２２に出力する。
【００３１】
Ａ／Ｄコンバータ２２は、角速度センサ２１が出力するアナログ信号である検出信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された検出信号は、基本周波数推定部２３および基本周波数抽出部２４に出力される。
【００３２】
基本周波数推定部２３は、コンパレータ２３１、基本周波数計算部２３２、および、フィルタ係数設定部２３３を有する。基本周波数推定部２３は、基本周波数推定部１３と同じ方法によって検出信号の基本周波数を推定する。
【００３３】
基本周波数抽出部２４は、基本周波数抽出部１４と同じ機能を有する、いわゆる、バンドパスフィルタであって、フィルタ係数を変更可能なＦＩＲフィルタである。基本周波数抽出部２４は、基本周波数抽出部１４と同じ方法によって検出信号から基本周波数を抽出する。
【００３４】
回転角演算部２５は、「位相差信号生成部」としてのヒルベルト変換部２５１、および、逆正接演算部２５２を有する。回転角演算部２５は、回転角演算部１５と同じ方法によって基本周波数信号ｆｖ（ｎ）に基づいてＶＶＴハウジング９１の回転角θｖ（ｎ）を演算する。回転角演算部２５において演算されたＶＶＴハウジング９１の回転角θｖ（ｎ）は、同期処理部５に出力される。
【００３５】
同期処理部５は、同じ検出時刻のカムシャフト９４の回転角θｃ（ｎ）およびＶＶＴハウジング９１の回転角θｖ（ｎ）を位相差演算部６に出力するよう、位相差演算部６への出力タイミングを調整する。同期処理部５は、同じ検出時刻のカムシャフト９４の回転角θｃ（ｎ）およびＶＶＴハウジング９１の回転角θｖ（ｎ）を位相差演算部６に出力する。
【００３６】
位相差演算部６は、同期処理部５が出力する同じ検出時刻のカムシャフト９４の回転角θｃ（ｎ）とＶＶＴハウジング９１の回転角θｖ（ｎ）との差から、カムシャフト９４とＶＶＴハウジング９１との位相差Δθ（ｎ）を算出する。算出された位相差Δθ（ｎ）は、外部、例えば、車両の動きを制御する車両用電子制御ユニットに出力される。
【００３７】
（ａ）第一実施形態による回転角検出装置１０，２０では、角速度センサ１１，２１が出力する正弦波状の検出信号が入力される基本周波数推定部１３，２３において当該検出信号の基本周波数を推定する。推定された基本周波数は、角速度センサ１１，２１が出力する検出信号が入力される基本周波数抽出部１４，２４に出力される。基本周波数抽出部１４，２４では、基本周波数推定部１３，２３において推定された基本周波数に基づいて検出信号から基本周波数を抽出する。回転角演算部１５，２５では、検出信号から抽出された基本周波数に基づいてカムシャフト９４およびＶＶＴハウジング９１のそれぞれの回転角を演算する。
【００３８】
回転角検出装置１０，２０における演算処理の効果について図５に基づいて説明する。図５（ａ）は、一つの角速度センサが出力する検出信号の時間変化を示す。また、図５（ｂ）は、当該一つの角速度センサに対応する基本周波数抽出部が出力する基本周波数信号の時間変化を示す。図５では、横軸は時間を示し、縦軸は信号の出力の大きさを電圧で示す。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、角速度センサが出力する検出信号には、例えば、カムシャフト９４やＶＶＴハウジング９１の偏心、または、角速度センサ１１，２１の製造誤差などによる高調波歪みが正弦波状の信号に重畳している。このため、振幅が変化し（図５（ａ）の基準線ＳＬ１参照）、ヒルベルト変換による回転角の演算精度が低下するおそれがある。
第一実施形態では、バンドパスフィルタによる検出信号からの基本周波数の抽出において、図４（ａ）に示した基本周波数とフィルタ係数との関係に基づいて周波数の変化に追従するようバンドパスフィルタのフィルタ係数を変更し、基本周波数を抽出する。これにより、図５（ａ）に示す検出信号は、図５（ｂ）に示す基本周波数信号に変換されるため、振幅の変化がなくなり（図５（ｂ）の基準線ＳＬ１参照）、ヒルベルト変換による回転角の演算精度を向上することができる。したがって、回転角検出装置１０，２０は、高調波歪みが除去された正弦波に基づいてカムシャフト９４やＶＶＴハウジング９１の回転角を演算することができるため、回転角をリアルタイムでかつ高精度に検出することができる。
【００４０】
（ｂ）第一実施形態による位相差検出システム８では、カムシャフト９４の回転角およびＶＶＴハウジング９１の回転角を検出した後、二つの回転角の差から位相差を算出する。カムシャフト９４の外側突出部９４０とＶＶＴハウジング９１の外側突出部９１６とは、カムシャフト９４の外径とＶＶＴハウジング９１の外径とが異なるため、大きさが異なる。また、外側突出部９４０と外側突出部９１６とは、設けられている数も異なるため、Ａ／Ｄコンバータでのサンプリング速度やヒルベルト変換部でのフィルタ特性が異なる。このため、角速度センサ１１，２１が同じ時刻に出力した検出信号に対する演算処理の時間が異なるため、回転角演算部１５，２５から同じ時刻に出力される回転角信号が示す回転角は、異なる時刻の回転角となるおそれがある。
そこで、位相差検出システム８では、回転角演算部１５，２５が出力する回転角信号が入力される同期処理部５において、同じ時刻での回転角を比較できるよう位相差演算部６に出力される回転角信号の時間差の調整を行う。これにより、演算される位相差の精度を向上することができる。
【００４１】
（ｃ）第一実施形態による位相差検出システム８では、基本周波数抽出部１４，２４によって抽出された基本周波数に基づいて算出されたカムシャフト９４とＶＶＴハウジング９１との位相差を車両用電子制御ユニットに出力する。これにより、車両用電子制御ユニットは、エンジンにおけるバルブタイミングを正確に検出することができる。
【００４２】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態による回転角検出装置を図６〜８に基づいて説明する。第二実施形態は、一つの回転体に二つの角速度検出部が設けられている点が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４３】
第二実施形態による位相差検出システムは、カムシャフト９４の回転角度を出力可能な回転角検出装置３０と、ＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角度検出装置と、を備える。
回転角検出装置３０は、図６に示すように、二つの「角速度検出部」としての角速度センサ３１，４１、二つのＡ／Ｄコンバータ３２，４２、二つの基本周波数推定部３３，４３、二つの基本周波数抽出部３４，４４、および、回転角演算部３５を備える。回転角検出装置３０は、カムシャフト９４の回転角度を出力可能に設けられている。なお、第二実施形態による位相差検出システムが備えるＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角度検出装置は、回転角検出装置３０と同じ構成を備えるため、ここでは説明を省略する。
【００４４】
角速度センサ３１，４１は、図７に示すように、カムシャフト９４の外側突出部９４０の近傍に設けられている。角速度センサ３１，４１は、一つの支持部材４０によって支持されている。角速度センサ３１は、アナログ信号である検出信号をＡ／Ｄコンバータ３２に出力する。角速度センサ４１は、アナログ信号である検出信号をＡ／Ｄコンバータ４２に出力する。
【００４５】
ここで、回転角検出装置３０が備える二つの角速度センサ３１，４１の位置関係について、図７，８に基づいて説明する。
図８に、二つの角速度センサ３１，４１のそれぞれが出力する検出信号の時間変化を示す。図８（ａ）には、角速度センサ３１が出力する検出信号の時間変化を示す。図８（ｂ）には、角速度センサ４１が出力する検出信号の時間変化を示す。
二つの角速度センサ３１，４１のそれぞれは、図８に示すように、検出信号としてカムシャフト９４の角速度に比例した正弦波を出力する。ここで、同じ時刻、例えば、時刻ｔ２０における角速度センサ３１が出力する「一の正弦波」としての正弦波（図８（ａ）の実線Ｌ２１）と、角速度センサ４１が出力する「他の正弦波」としての正弦波（図８（ｂ）の実線Ｌ２２）との位相差は、（１／４）×λとなっている。すなわち、二つの角速度センサ３１，４１は、それぞれが検出するカムシャフト９４の角速度に比例した正弦波の位相差が（１／４）×λの関係となるよう配置されている。
【００４６】
二つの角速度センサ３１，４１の位置関係の一例について、図７に基づいて説明する。
図７において、角速度センサ３１が近傍に設けられている外側突出部９４０を便宜的に外側突出部９４１とする。また、図７において、外側突出部９４１から時計周りに並んでいる外側突出部９４０を順番に外側突出部９４２，９４３，９４４，９４５，９４６とする。この場合、角速度センサ４１は、外側突出部９４１から二つ離れた外側突出部９４３の近傍に設けられている。
さらに詳細には、角速度センサ３１が外側突出部９４１の中央を検出しているとき、角速度センサ４１は、外側突出部９４３の外側突出部９４４側の端部を検出するよう配置される。すなわち、第二実施形態では、角速度センサ４１は、図７に示すように、角速度センサ３１に対して（２＋１／４）×λだけ離れた位置に設けられている。しかしながら、二つの角速度センサ３１，４１が設けられる位置はこれに限定されず、角速度センサ３１，４１が出力する正弦波の位相差が（ｎ＋１／４）×λ（ｎは整数）となるよう配置されていればよい。
【００４７】
Ａ／Ｄコンバータ３２は、角速度センサ３１が出力するアナログ信号である検出信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された検出信号は、基本周波数推定部３３および基本周波数抽出部３４に出力される。
【００４８】
基本周波数推定部３３は、コンパレータ３３１、基本周波数計算部３３２、および、フィルタ係数設定部３３３を有する。基本周波数推定部３３は、第一実施形態の基本周波数推定部１３と同じ方法によって検出信号の基本周波数を推定する。
【００４９】
基本周波数抽出部３４は、第一実施形態の基本周波数抽出部１４と同じ機能を有する、いわゆる、バンドパスフィルタであって、フィルタ係数を変更可能なＦＩＲフィルタである。基本周波数抽出部３４は、基本周波数抽出部１４と同じ方法によって検出信号から基本周波数を抽出する。基本周波数抽出部３４は、抽出した基本周波数を基本周波数信号ｆｃ３１（ｎ）として回転角演算部３５に出力する。
【００５０】
Ａ／Ｄコンバータ４２は、角速度センサ４１が出力するアナログ信号である検出信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された検出信号は、基本周波数推定部４３および基本周波数抽出部４４に出力される。
【００５１】
基本周波数推定部４３は、コンパレータ４３１、基本周波数計算部４３２、および、フィルタ係数設定部４３３を有する。基本周波数推定部４３は、第一実施形態の基本周波数推定部１３と同じ方法によって検出信号の基本周波数を推定する。
【００５２】
基本周波数抽出部４４は、第一実施形態の基本周波数抽出部１４と同じ機能を有する、いわゆる、バンドパスフィルタであって、フィルタ係数を変更可能なＦＩＲフィルタである。基本周波数抽出部４４は、基本周波数抽出部１４と同じ方法によって検出信号から基本周波数を抽出する。基本周波数抽出部４４は、抽出した基本周波数を基本周波数信号ｆｃ４１（ｎ）として回転角演算部３５に出力する。
【００５３】
回転角演算部３５では、基本周波数信号ｆｃ３１（ｎ）および基本周波数信号ｆｃ４１（ｎ）に基づいて、カムシャフト９４の回転角を演算する。上述したように、二つの角速度センサ３１，４１が出力する正弦波の位相差が（１／４）×λとなるよう配置されていることから、基本周波数信号ｆｃ３１（ｎ）と基本周波数信号ｆｃ４１（ｎ）とは、カムシャフト９４において（１／４）×λの位相差を有する周波数信号となっている。このことから、回転角演算部３５は、基本周波数信号ｆｃ３１（ｎ）および基本周波数信号ｆｃ４１（ｎ）を用いた式（３）に示す逆正接変換を行う。
【数３】
2018091717.tif 000005
カムシャフト９４が有する外側突出部９４０の数をｚである場合、カムシャフト９４の回転角θｃ（ｎ）は、式（２）によって算出される。回転角θｃ（ｎ）は、同期処理部５に出力される。
ここでは、カムシャフト９４の回転角度を出力可能な回転角検出装置３０について述べたが、ＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角検出装置についても同様の方法で回転角θｖ（ｎ）を出力する。回転角θｖ（ｎ）は、同期処理部５に出力される。
【００５４】
同期処理部５では、第一実施形態と同様に、回転角θｃ（ｎ）と回転角θｖ（ｎ）との時間差を調整し、同じ時刻における回転角を位相差演算部６に出力する。
位相差演算部６では、同期処理部５が出力する回転角θｃ（ｎ）と回転角θｖ（ｎ）との差からカムシャフト９４とＶＶＴハウジング９１との位相差Δθを算出する。
【００５５】
第二実施形態による位相差検出システムおよび当該位相差検出システムが備える回転角検出装置は、第一実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）を奏する。
（ｄ）第二実施形態による位相差検出システムが備える回転角検出装置は、カムシャフト９４またはＶＶＴハウジング９１の回転角を算出するためにそれぞれ二つの角速度センサを有する。カムシャフト９４の回転角を算出する回転角検出装置３０が備える二つの角速度センサ３１，４１は、それぞれが出力する正弦波の位相差が（１／４）×λの関係となるよう配置されている。これにより、回転角演算部３５がカムシャフト９４の回転角を演算するとき、出力された正弦波に基づいて逆正接演算を行うことができるため、ヒルベルト変換を行う第一実施形態に比べ演算時間が短縮することができる。したがって、演算処理による遅れを小さくすることができるため、第一実施形態に比べ回転角を短時間で出力することができる。
【００５６】
（ｅ）また、回転角検出装置３０では、二つの角速度センサ３１，４１は、一つの支持部材４０によって支持されている。これにより、角速度センサ３１，４１を支持する部材の数を少なくすることができる。
【００５７】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態による回転角検出装置を図９に基づいて説明する。第三実施形態は、基本周波数推定部を一つだけ備える点が第二実施形態と異なる。なお、第二実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５８】
第三実施形態による位相差検出システムは、カムシャフト９４の回転角度を出力可能な回転角検出装置３６と、ＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角度検出装置と、を備える。
回転角検出装置３６は、図９に示すように、二つの「角速度検出部」としての角速度センサ３１，４１、二つのＡ／Ｄコンバータ３２，４２、基本周波数推定部３３、二つの基本周波数抽出部３４，４４、および、回転角演算部３５を備える。回転角検出装置３６は、カムシャフト９４の回転角度を出力可能に設けられている。なお、第三実施形態による位相差検出システムが備えるＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角度検出装置は、回転角検出装置３６と同じ構成を備えるため、ここでは説明を省略する。
【００５９】
回転角検出装置３６では、基本周波数推定部３３は、第一実施形態の基本周波数推定部１３と同じ方法によって検出信号の基本周波数を推定する。推定された検出信号の基本周波数は、基本周波数抽出部３４，４４に出力される。
【００６０】
また、回転角検出装置３６では、Ａ／Ｄコンバータ４２は、角速度センサ４１が出力するアナログ信号である検出信号をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号に変換された検出信号を基本周波数抽出部４４に出力する。
【００６１】
基本周波数抽出部４４は、第一実施形態の基本周波数抽出部１４と同じ機能を有する、いわゆる、バンドパスフィルタであって、フィルタ係数を変更可能なＦＩＲフィルタである。基本周波数抽出部４４は、基本周波数推定部３３が出力する角速度センサ３１の検出信号の基本周波数、および、Ａ／Ｄコンバータ４２が出力する角速度センサ４１のデジタル信号に変換された検出信号に基づいて、基本周波数抽出部１４と同じ方法によって基本周波数を抽出する。基本周波数抽出部４４は、抽出した基本周波数を基本周波数信号ｆｃ４２（ｎ）として回転角演算部３５に出力する。
【００６２】
回転角演算部３５では、基本周波数信号ｆｃ３１（ｎ）および基本周波数信号ｆｃ４２（ｎ）に基づいて、カムシャフト９４の回転角を演算する。具体的には、回転角演算部３５は、基本周波数信号ｆｃ３１（ｎ）および基本周波数信号ｆｃ４２（ｎ）を用いた式（３）に示す逆正接変換を行う。
【数４】
2018091717.tif 000006
以降、第二実施形態と同様に、式（２）によって算出される回転角θｃ（ｎ）は、同期処理部５に出力される。同期処理部５では、第一実施形態と同様に、回転角θｃ（ｎ）とＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角検出装置が出力した回転角θｖ（ｎ）との時間差を調整し、同じ時刻における回転角を位相差演算部６に出力する。
位相差演算部６では、同期処理部５が出力する回転角θｃ（ｎ）と回転角θｖ（ｎ）との差からカムシャフト９４とＶＶＴハウジング９１との位相差Δθを算出する。
【００６３】
第三実施形態による位相差検出システムおよび当該位相差検出システムが備える回転角検出装置は、第一実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）および第二実施形態の効果（ｄ），（ｅ）を奏する。
（ｆ）また、第三実施形態による位相差検出システムが備える回転角検出装置では、二つの角速度センサ３１，４１が検出している検出信号は、同じ「回転体」であるカムシャフト９４から検出していることから、検出信号の位相は９０度ずれているものの基本周波数は同じになる。そこで、基本周波数推定部３３が推定する基本周波数に基づいて二つの角速度センサ３１，４１に検出されるデジタル信号に変換された検出信号から基本周波数を抽出することができる。これにより、回転角検出装置３６における演算処理の負荷を低減することができる。
【００６４】
（第四実施形態）
次に、本発明の第四実施形態による回転角検出装置を図１０，１１に基づいて説明する。第四実施形態は、検出信号に応じて演算方法を異ならせる点が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６５】
第四実施形態による位相差検出システムは、カムシャフト９４の回転角度を出力可能な回転角検出装置５０と、ＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角度検出装置と、を備える。
回転角検出装置５０は、角速度センサ１１、Ａ／Ｄコンバータ１２、基本周波数推定部１３、基本周波数抽出部１４、回転角演算部１５、矩形波生成部５１、遅延処理部５２、および、修正回転角演算部５３を備える。なお、第四実施形態による位相差検出システムが備えるＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角度検出装置は、回転角検出装置５０と同じ構成を備えるため、ここでは説明を省略する。
【００６６】
矩形波生成部５１は、Ａ／Ｄコンバータ１２が出力する検出信号に基づいて矩形波を生成する。矩形波生成部５１は、回転角演算部１５におけるヒルベルト変換と並行して行われる。
【００６７】
遅延処理部５２は、矩形波生成部５１が出力する矩形波を所定の時間蓄積する。遅延処理部５２は、回転角演算部１５において演算され修正回転角演算部５３に出力されるカムシャフト９４の回転角が該当する時刻と一致する時刻の矩形波生成部５１の矩形波を修正回転角演算部５３に出力する。
【００６８】
修正回転角演算部５３は、回転角演算部１５が演算したカムシャフト９４の回転角および遅延処理部５２が出力する矩形波に基づくカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）を出力する。
【００６９】
次に、回転角検出装置５０におけるカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）の演算方法について、図１１に基づいて説明する。
図１１には、回転角検出装置５０における各種信号の時間変化を示す。図１１（ａ）には、角速度センサ１１の検出信号の時間変化を示す。図１１（ｂ）には、ヒルベルト変換部１５１におけるヒルベルト変換出力の時間変化を示す。図１１（ｃ）には、矩形波生成部５１において生成される矩形波の時間変化を示す。図１１（ｄ）には、修正回転角演算部５３が出力するカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）を示す。
【００７０】
検出信号が図１１（ａ）の実線Ｌ３１の時刻ｔ３０以前に示すように、比較的短い周期の正弦波となっている場合、ヒルベルト変換部１５１は、基本周波数抽出部１４においてフィルタリング抽出される当該検出信号の基本周波数に基づいてヒルベルト変換処理を行い。これにより、回転角検出装置５０は、カムシャフト９４の回転角をリアルタイムに検出することが可能である。
【００７１】
しかしながら、ヒルベルト変換部１５１におけるヒルベルト変換が可能な周波数帯域は、あらかじめ定められている。このため、Ａ／Ｄコンバータ１２でデジタル信号に変換された検出信号が比較的長い周期の正弦波となり、その周波数が「所定の周波数の範囲」としての当該あらかじ定められている周波数帯域を逸脱するとき、回転角演算部１５はヒルベルト変換処理ができない。例えば、検出信号が図１１（ａ）の実線Ｌ３１の時刻ｔ３０以降のように、周波数が比較的小さくなると、回転角演算部１５はヒルベルト変換処理ができない。
【００７２】
そこで、第四実施形態では、基本周波数推定部１３において推定された基本周波数があらかじ定められている周波数帯域を逸脱する場合、ヒルベルト変換部１５１におけるヒルベルト変換の出力を停止する（図１１（ｂ）の実線Ｌ３２における時刻ｔ３０）。このとき、修正回転角演算部５３では、時刻ｔ３０までのカムシャフト９４の回転角に矩形波生成部５１において生成される矩形波に基づく所定の回転角を加算し、修正回転角θｃ＋（ｎ）とする。
【００７３】
具体的には、図１１（ｃ）の実線Ｌ３３に示す矩形波における二つの出力レベルのうち比較的高い方の出力レベルを出力レベルＬＨ１１とし、比較的低い方の出力レベルを出力レベルＬＬ１１とすると、出力レベルＬＨ１１と出力レベルＬＬ１１との間での矩形波の立ち上がりまたは立ち下がりがあるとき（図１１（ｄ）の時刻ｔ３１，ｔ３２，ｔ３３，ｔ３４）、既に演算されているカムシャフト９４の回転角に所定の角度を加算する（図１１（ｄ）の実線Ｌ３４）。ここで、矩形波の立ち上がりまたは立ち下がりは、角速度センサ１１がカムシャフト９４の外側突出部９４０の側面を検出したことを意味する。
修正回転角演算部５３は、この所定の角度が加算された修正回転角θｃ＋（ｎ）をカムシャフト９４の回転角として同期処理部５に出力する。
【００７４】
第四実施形態による位相差検出システムおよび当該位相差検出システムが備える回転角検出装置５０は、第一実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）を奏する。
（ｇ）また、第四実施形態による位相差検出システムが備える回転角検出装置では、基本周波数推定部１３において推定された基本周波数があらかじ定められている周波数帯域を逸脱する場合、、角速度センサ１１がカムシャフト９４の外側突出部９４０の側面を検出する度にカムシャフト９４の回転角を増やす。また、角速度センサがＶＶＴハウジング９１の外側突出部９１６の側面を検出する度にＶＶＴハウジング９１の回転角を増やす。これにより、基本周波数推定部１３において推定された基本周波数があらかじ定められている周波数帯域に入りヒルベルト変換が可能な角速度に戻ったとき、角度ずれを起こすことなく回転角の演算を継続することができる。
【００７５】
（第五実施形態）
次に、本発明の第五実施形態による回転角検出装置を図１２〜１５に基づいて説明する。第五実施形態は、二つの角速度センサのそれぞれから矩形波を生成する点が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７６】
第五実施形態による位相差検出システムは、カムシャフト９４の回転角度を出力可能な回転角検出装置６０と、ＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角度検出装置と、を備える。
回転角検出装置６０は、二つの角速度センサ１１，６１、二つのＡ／Ｄコンバータ１２，６２、基本周波数推定部１３、基本周波数抽出部１４、回転角演算部１５、二つの矩形波生成部６３，６４、矩形波比較部６５、遅延処理部６６、および、修正回転角演算部６７を備える。なお、第五実施形態による位相差検出システムが備えるＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角度検出装置は、回転角検出装置６０と同じ構成を備えるため、ここでは説明を省略する。角速度センサ６１は、特許請求の範囲に記載の「角速度検出部」に相当する。
【００７７】
角速度センサ６１は、カムシャフト９４の外側突出部９４０の近傍に設けられている。角速度センサ６１は、角速度センサ１１に対してそれぞれが検出するカムシャフト９４の角速度に比例した正弦波の位相差が（１／４）×λの関係となるよう配置されている。角速度センサ６１は、アナログ信号である検出信号をＡ／Ｄコンバータ６２に出力する。
【００７８】
Ａ／Ｄコンバータ６２は、角速度センサ６１が出力するアナログ信号である検出信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された検出信号は、矩形波生成部６４に出力される。
【００７９】
矩形波生成部６３は、Ａ／Ｄコンバータ１２が出力する角速度センサ１１の検出信号に基づいて矩形波を生成する。矩形波生成部６３は、回転角演算部１５におけるヒルベルト変換と並行して行われる。
矩形波生成部６４は、Ａ／Ｄコンバータ６２が出力する角速度センサ６１の検出信号に基づいて矩形波を生成する。
【００８０】
矩形波比較部６５は、矩形波生成部６３が生成する矩形波と矩形波生成部６４が生成する矩形波とを比較し、当該比較結果を遅延処理部６６に出力する。具体的には、矩形波生成部６３が生成する矩形波における二つの出力レベルの間での立ち上がりまたは立ち下がりと、矩形波生成部６４が生成する矩形波における二つの出力レベルの間での立ち上がりまたは立ち下がりとの順番を比較する。矩形波比較部６５における比較内容の詳細は後述する。
【００８１】
遅延処理部６６は、矩形波比較部６５が出力する比較結果を所定の時間蓄積する。遅延処理部６６は、回転角演算部１５において演算され修正回転角演算部６７に出力されるカムシャフト９４の回転角が該当する時刻と一致する時刻の矩形波比較部６５の比較結果を修正回転角演算部６７に出力する。
【００８２】
修正回転角演算部６７は、回転角演算部１５が演算したカムシャフト９４の回転角および遅延処理部６６が出力する矩形波比較部６５の比較結果に基づくカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）を出力する。
【００８３】
次に、回転角検出装置６０におけるカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）の演算方法について、図１３に基づいて説明する。
図１３には、回転角検出装置６０における各種信号の時間変化を示す。図１３（ａ）には、角速度センサ１１，６１の検出信号の時間変化を示す。図１３（ａ）には、角速度センサ１１の検出信号の時間変化を実線Ｌ４１で示し、角速度センサ６１の検出信号の時間変化を実線Ｌ４２で示す。図１３（ｂ）には、矩形波生成部６３，６４において生成される矩形波の時間変化を示す。図１３（ｂ）には、矩形波生成部６３において生成される矩形波（以下、「第一矩形波」という）の時間変化を実線Ｌ４３で示し、矩形波生成部６４において生成される矩形波（以下、「第二矩形波」という）の時間変化を実線Ｌ４４で示す。図１３（ｃ）には、修正回転角演算部６７が出力するカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）の時間変化を示す。
【００８４】
カムシャフト９４が一方の方向に回転しているとき、図１３（ａ）の時刻ｔｃ４１以前に示すように、角速度センサ１１の検出信号、および、角速度センサ６１の検出信号は、それぞれ規則正しい正弦波となっている。このとき、図１３（ｂ）に示すように、第一矩形波の立ち上がり（例えば、図１３（ｂ）の時刻ｔ４１）の後に第二矩形波の立ち上がり（例えば、図１３（ｂ）の時刻ｔ４１の後の時刻ｔ４２）が現れる。さらに、第二矩形波の立ち上がりの後に第一矩形波の立ち下がり（例えば、図１３（ｂ）の時刻ｔ４２の後の時刻ｔ４３）が現れ、その後、第二矩形波の立ち上がり（例えば、図１３（ｂ）の時刻ｔ４３の後の時刻ｔ４４）が現れる。このように、第一矩形波の立ち上がり、第二矩形波の立ち上がり、第一矩形波の立ち下がり、第二矩形波の立ち下がりが順番に現れるとき、カムシャフト９４は、一方の方向に回転している。
【００８５】
しかしながら、一方の方向に回転しているカムシャフト９４の回転が反転するとき、図１３（ａ）の時刻ｔｃ４４から時刻ｔ４５の間に示すように、角速度センサ１１の検出信号および角速度センサ６１の検出信号は、不規則な正弦波となる。このとき、図１３（ｂ）に示すように、第二矩形波が立ち下がる時刻ｔ４４の後、時刻ｔ４５において第一矩形波が立ち上がる前に第二矩形波が立ち上がる。また、角速度センサ１１の検出信号および角速度センサ６１の検出信号が不規則な正弦波となる場合、図示していないが、第二矩形波が立ち上がった後、第一矩形波が立ち下がる前に第二矩形波が立ち下がることもある。
矩形波比較部６５は、上述したような二つの矩形波の立ち上がりと立ち下がりの順番を比較結果として遅延処理部６６を介して修正回転角演算部６７に出力する。
【００８６】
修正回転角演算部６７では、矩形波比較部６５が出力する比較結果に基づいてカムシャフト９４の回転角を演算する。
矩形波比較部６５の比較結果が、第一矩形波の立ち上がり、第二矩形波の立ち上がり、第一矩形波の立ち下がり、第二矩形波の立ち下がりが順番に現れる比較結果（以下、「通常の比較結果」という）である場合、修正回転角演算部６７は、カムシャフト９４は一方の方向に回転していると判定する。このとき、修正回転角演算部６７は、逆正接演算部１５２において演算された回転角をカムシャフト９４の回転角θｃ＋（ｎ）として出力する（図１３（ｃ）の時間領域Ｔ４１、Ｔ４２）。
【００８７】
一方、矩形波比較部６５の比較結果が、通常の比較結果とは異なる比較結果、例えば、第一矩形波の立ち上がりと立ち下がりとが連続した場合や、第二矩形波の立ち上がりと立ち下がりとが連続した場合となったとき、修正回転角演算部６７は、カムシャフト９４は一方の方向の回転から他方の方向の回転に反転したと判定する（例えば、図１３の時刻ｔｃ４１）。修正回転角演算部６７は、時刻ｔｃ４１以降では、二つの矩形波のいずれか一方において立ち上がりまたは立ち下がりが現れると、直前の回転角から検出信号の（１／４）×λに相当する回転角を減算し、当該減算した回転角を修正回転角θｃ＋（ｎ）として出力する（図１３（ｃ）の時間領域Ｔ４２）。
【００８８】
また、図１４に示すような関係表に基づいて、回転角の修正内容を一意的に決定することも可能である。
図１４には、直前の角速度センサ１１（図１４では、「センサ１」）の出力レベルと角速度センサ６１（図１４では、「センサ２」）の出力レベルとの組み合わせ、今回の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせ、および、直前の組み合わせに対する今回の組み合わせの結果に対応する回転角の修正内容を示している。図１４では、角速度センサ１１，６１のそれぞれにおいて、比較的出力レベルが低いときを「Ｌ」で示し、比較的出力レベルが高いときを「Ｈ」で示す。なお、二つの角速度センサ１１，６１は、正弦波の位相差が（１／４）×λの関係となるよう配置されているため、それぞれの検出信号に基づいて矩形波の出力レベルが同時に変化することはない。
【００８９】
例えば、直前の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｌ」と「Ｌ」となった後、今回の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｌ」と「Ｌ」となるとき、加算される回転角は「０」、すなわち、回転角は変化しないこととなる。一方、直前の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｌ」と「Ｌ」となった後、今回の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｌ」と「Ｈ」となるとき、回転角の修正内容は「−（１／４）×λ」となる。すなわち、直前の回転角から検出信号の（１／４）×λに相当する回転角を減算する。また、直前の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｌ」と「Ｌ」となった後、今回の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｈ」と「Ｌ」となるとき、回転角の修正内容は「＋（１／４）×λ」となる。すなわち、直前の回転角から検出信号の（１／４）×λに相当する回転角を加算する。
【００９０】
このように、二つの角速度センサ１１，６１の検出信号に基づく矩形波のいずれか一方の出力レベルが変化したタイミングにおいて、他方の矩形波の出力レベルを判定することによって回転角の修正内容を求めることができる。実際の演算においては、修正回転角演算部６７が事前に図１４に示す内容を含むマップを読み込んでおき、二つの角速度センサ１１，６１の検出信号に基づく矩形波のいずれか一方の出力レベルが変化したタイミングをトリガーとして当該マップを読み込むことによって角度を加算する方向を算出できる。
【００９１】
また、図１５に示すように、二つの角速度センサ１１，６１の検出信号に基づく矩形波の出力レベルの変化の組み合わせによって、回転角の修正内容として回転方向および一波長内における角度位置を一意的に規定することも可能である。
【００９２】
図１５（ａ）には、直前の角速度センサ１１（図１５（ａ）では、「センサ１」）の出力レベルと角速度センサ６１（図１５（ａ）では、「センサ２」）の出力レベルとの組み合わせ、今回の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせ、および、直前の組み合わせに対する今回の組み合わせの結果に対応する回転方向および一波長内における角度位置の内容を示している。ここで、角度位置とは、図１５（ｂ）に示すように、一波長λ内において、特定のセンサの出力タイミングを基準として、センサ１，２のそれぞれの出力レベルが変化したタイミングにおける回転角を、正転方向に１／４波長進むごとに、回転角（１／４）×λ、(１／２)×λ、(３／４)×λ、として割り付けたものである。本実施例では、正転時において、直前の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｌ」と「Ｌ」となった後、今回の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｈ」と「Ｌ」となるタイミングの角度を基準の角度位置としている（図１５（ｂ）に示す「０×λ」)。また、逆転時における基準の角度位置は、直前の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｈ」と「Ｌ」となった後、今回の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｌ」と「Ｌ」となるタイミングの角度と同一である。
【００９３】
図１５（ａ）では、直前の組み合わせに対する今回の組み合わせの結果に対応して、現在の角度位置から正転または逆転方向に、最も近い所に位置する角度位置に移動する。
例えば、直前の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｌ」と「Ｌ」となった後、今回の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｌ」と「Ｈ」となるとき、回転角の修正内容は、逆転方向に（１／４）×λとなる。また、直前の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｌ」と「Ｈ」となった後、今回の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｌ」と「Ｌ」となるとき、回転角の修正内容は正転方向に（１／４）×λとなる。また、直前の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｌ」と「Ｈ」となった後、今回の角速度センサ１１の出力レベルと角速度センサ６１の出力レベルとの組み合わせが「Ｈ」と「Ｈ」となるとき、回転角の修正内容は逆転方向に（１／２）×λとなる。
【００９４】
このように、二つの角速度センサ１１，６１の検出信号に基づく矩形波の出力レベルの変化の組み合わせに基づいて一波長内での角度位置、具体的には、０×λ、（１／４）×λ、(１／２)×λ、(３／４)×λ、を直接算出することができる。修正回転角演算部６７が図１５を含むマップを有する場合、回転角の修正は、回転体の回転に伴い順次繰り返される。したがって、二つの角速度センサ１１，６１の検出信号に基づく矩形波のいずれか一方の出力レベルが変化したタイミングにおいて、現在の角度位置に最も近い角度位置と隣り合う、または、最も近い角度位置に移動したとみなして回転角を修正する。
【００９５】
また、矩形波比較部６５の比較結果が、通常の比較結果とは異なる比較結果となった後、再び、通常の比較結果に戻ったとき、修正回転角演算部６７は、カムシャフト９４は他方の方向の回転から一方の方向の回転に戻ったと判定する（例えば、図１３の時刻ｔｃ４２）。修正回転角演算部６７は、逆正接演算部１５２において演算された回転角をカムシャフト９４の回転角として出力する（図１３（ｃ）の時間領域Ｔ４３）。
【００９６】
第五実施形態による位相差検出システムおよび当該位相差検出システムが備える回転角検出装置６０は、第一実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）を奏する。
（ｈ）第五実施形態による位相差検出システムが備える回転角検出装置では、一つの回転体に対する二つの角速度センサが出力する二つの正弦波に基づいて、当該二つの矩形波の立ち上がりと立ち下がりとの順番を判定することによって回転体の回転方向を検出する。具体的には、第一矩形波の二つの出力レベルの間での変化が連続したこと、または、二第二矩形波の二つの出力レベルの間での変化が連続したことを比較結果として矩形波比較部６５が修正回転角演算部６７に出力すると、修正回転角演算部６７は、直前の回転角から所定の角度を加算または減算する。これにより、第五実施形態による回転角検出装置では、カムシャフト９４またはＶＶＴハウジング９１の回転方向を検出し、当該回転方向を加味した回転角を検出することができる。
【００９７】
（ｉ）また、第五実施形態による位相差検出システムが備える回転角検出装置では、一つの回転体に対する二つの角速度センサが正弦波の位相差が（１／４）×λの関係となるよう配置されている。これにより、矩形波比較部６５の比較結果が通常の比較結果とは異なる比較結果となったとき、修正回転角演算部６７は、二つの矩形波のいずれか一方において立ち上がりまたは立ち下がりが現れると、直前の回転角から検出信号の（１／４）×λに相当する回転角を加算または減算する。さらに、修正回転角演算部６７は、図１４に示す内容を含むマップを有することによって回転角の修正内容を一意的に決定することも可能である。これにより、カムシャフト９４またはＶＶＴハウジング９１の回転方向が他方の方向であっても回転角を検出することができる。したがって、カムシャフト９４またはＶＶＴハウジング９１の回転角の検出精度をさらに向上することができる。
【００９８】
（ｊ）また、第五実施形態による位相差検出システムが備える回転角検出装置では、修正回転角演算部６７が図１５に示す内容を含むマップを有することによって、角度位置を直接算出することができるため、検出エラーで角度位置がずれた場合でも、次の回転角を修正するタイミングにおいて、当該検出エラーを即座に修正することができる。したがって、検出されたカムシャフト９４またはＶＶＴハウジング９１の回転角の信頼性を向上することができる。
【００９９】
（第六実施形態）
次に、本発明の第六実施形態による回転角検出装置を図１６〜１９に基づいて説明する。第六実施形態は、検出信号に応じて演算方法を異ならせる点が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１００】
第六実施形態による位相差検出システムは、カムシャフト９４の回転角度を出力可能な回転角検出装置７０と、ＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角度検出装置と、を備える。
回転角検出装置７０は、図１６に示すように、二つの角速度センサ１１，７１、二つのＡ／Ｄコンバータ１２，７２、基本周波数推定部１３、基本周波数抽出部１４、回転角演算部１５、二つの矩形波生成部７３，７４、矩形波比較部７５、遅延処理部７６、基準信号出力部７７、および、修正回転角演算部７８を備える。なお、第六実施形態による位相差検出システムが備えるＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角度検出装置は、回転角検出装置７０と同じ構成を備えるため、ここでは説明を省略する。角速度センサ７１は、特許請求の範囲に記載の「角速度検出部」に相当する。
【０１０１】
角速度センサ７１は、カムシャフト９４の外側突出部９４０の近傍に設けられている。角速度センサ７１は、角速度センサ１１に対してそれぞれが検出するカムシャフト９４の角速度に比例した正弦波の位相差が（１／４）×λの関係となるよう配置されている。角速度センサ７１は、アナログ信号である検出信号をＡ／Ｄコンバータ７２に出力する。
【０１０２】
ここで、角速度センサ１１，７１が検出する外側突出部９４０の形状について図１７に基づいて説明する。カムシャフト９４の径方向外側に設けられている複数の外側突出部９４０のうち「一の突出部」としての外側突出部９４８は、「他の突出部」としての他の外側突出部９４１，９４２，９４３，９４４，９４５，９４６に比べ、カムシャフト９４の中心軸ＣＡ９４に沿う方向の長さが短い。ここで、中心軸ＣＡ９４に沿う方向において外側突出部９４８に隣り合う外側突出部９４０がない部位を部位９４９（図１７（ｂ）の二点鎖線９４９）とすると、角速度センサ１１は、外側突出部９４８を検出可能な位置に設けられ、角速度センサ７１は、部位９４９を検出可能な位置に設けられる。このとき、角速度センサ１１，７１は、中心軸ＣＡ９４に沿う方向にずれた位置に設けられる（図１７（ｂ）に示す角速度センサ１１の検出位置を示す一点鎖線Ｃ１１、および、角速度センサ７１の検出位置を示す一点鎖線Ｃ７１）。
【０１０３】
さらに、部位９４９は、第六実施形態による位相差検出システムが設けられるエンジンの吸気弁が閉弁するとき、角速度センサ７１が検出可能な位置に設けられる。その詳細を図１８に基づいて説明する。
図１８は、クランクシャフト９５の回転角と吸気弁のリフト量との関係を示す特性図である。図１８では、横軸はクランクシャフト９５の回転角を示し、横軸は吸気弁のリフト量を示す。図１８では、エンジンが四つのシリンダを有する場合のクランクシャフト９５の回転角と吸気弁のリフト量との関係を示す
【０１０４】
図１８に示すように、クランクシャフト９５が７２０度回転する間に、四つのシリンダのそれぞれの吸気弁が順番に開弁する。具体的には、一番目のシリンダの吸気弁が開弁した後（図１８の実線Ｂ１）、三番目のシリンダの吸気弁が開弁する（図１８の点線Ｂ３）。その後、四番目のシリンダの吸気弁が開弁した後（図１８の一点鎖線Ｂ４）、二番目のシリンダの吸気弁が開弁する（図１８の二点鎖線Ｂ２）。
カムシャフト９４の部位９４９は、クランクシャフト９５の回転角に対して、図１８に示すように、吸気弁のリフト量が最大となった後にリフト量が小さくなる角度領域である角度領域Ｃ１，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ２において角速度センサ７１に検出されるよう設けられている。
【０１０５】
Ａ／Ｄコンバータ７２は、角速度センサ７１が出力するアナログ信号である検出信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された検出信号は、矩形波生成部７４および基準信号出力部７７に出力される。
【０１０６】
矩形波生成部７３は、Ａ／Ｄコンバータ１２が出力する検出信号に基づいて矩形波を生成する。矩形波生成部７３は、回転角演算部１５におけるヒルベルト変換と並行して行われる。
矩形波生成部７４は、Ａ／Ｄコンバータ７２が出力する検出信号に基づいて矩形波を生成する。
【０１０７】
矩形波比較部７５は、矩形波生成部７３が生成する矩形波と矩形波生成部７４が生成する矩形波とを比較し、当該比較結果を遅延処理部７６に出力する。矩形波比較部７５における比較の内容は、第五実施形態の矩形波比較部６５における比較の内容と同じである。
【０１０８】
遅延処理部７６は、矩形波比較部７５が出力する比較結果を所定の時間蓄積する。遅延処理部７６は、回転角演算部１５において演算され修正回転角演算部７８に出力されるカムシャフト９４の回転角が該当する時刻と一致する時刻の比較結果を修正回転角演算部７８に出力する。
【０１０９】
基準信号出力部７７は、Ａ／Ｄコンバータ７２が出力するデジタル信号となった検出信号に基づいて基準角度信号を検出する。検出された基準角度信号は、修正回転角演算部７８に出力される。基準信号出力部７７における基準角度信号の検出方法の詳細は後述する。
【０１１０】
修正回転角演算部７８は、回転角演算部１５が演算したカムシャフト９４の回転角、遅延処理部６６が出力する比較結果および基準信号出力部７７が出力する基準角度信号に基づくカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）を出力する。
【０１１１】
次に、回転角検出装置７０におけるカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）の演算方法について、図１９に基づいて説明する。
図１９には、回転角検出装置７０における各種信号の時間変化を示す。図１９（ａ）には、角速度センサ７１の検出信号の時間変化を示す。図１９（ｂ）には、基準信号出力部７７が出力する基準角度信号の時間変化を示す。図１９（ｃ）には、修正回転角演算部７８が出力するカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）を示す。
【０１１２】
カムシャフト９４が回転すると、角速度センサ７１は、図１９（ａ）に示す正弦波の検出信号を出力する。角速度センサ７１がカムシャフト９４の部位９４９を検出すると、図１９（ａ）に示す検出信号は、時刻ｔ５１と時刻ｔ５２との間において示すように正弦波（図１９（ａ）の点線Ｌ５０）とならず、平坦な信号となる（図１９（ａ）の実線Ｌ５１）。このとき、基準信号出力部７７は、図１９（ｂ）に示すように、基準角度信号を出力する（図１９（ｂ）の実線Ｌ５２）。
【０１１３】
修正回転角演算部７８は、基準信号出力部７７が基準角度信号を出力していないとき、例えば、図１９の時刻ｔ５０から時刻ｔ５１までの間や時刻ｔ５２から時刻ｔ５４までの間では、回転角演算部１５が演算したカムシャフト９４の回転角および遅延処理部６６が出力する比較結果に基づいて演算された回転角をカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）として出力する（図１９（ｃ）の時間領域Ｔ５１、Ｔ５２）。
【０１１４】
また、修正回転角演算部７８は、基準信号出力部７７が基準角度信号を出力しているとき、例えば、図１９の時刻ｔ５１から時刻ｔ５２までの間でも回転角演算部１５が演算したカムシャフト９４の回転角および遅延処理部６６が出力する比較結果に基づいて演算された回転角をカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）として出力する（図１９（ｃ）の時間領域Ｔ５３）。
【０１１５】
一方、修正回転角演算部７８は、基準信号出力部７７が出力している基準角度信号がオンからオフとなるとき、例えば、図１９の時刻ｔ５２では、回転角演算部１５が演算したカムシャフト９４の回転角および遅延処理部６６が出力する比較結果に基づいて演算された回転角を「基準角度」としての０度にリセットする。
【０１１６】
第六実施形態による位相差検出システムおよび当該位相差検出システムが備える回転角検出装置７０は、第一実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）、第二実施形態の効果（ｅ）、および第五実施形態の効果（ｈ），（ｉ），（ｊ）を奏する。
（ｋ）第六実施形態による位相差検出システムが備える回転角検出装置では、一の回転体に対する二つの角速度センサのうち一の角速度センサが外側突出部が形成されていない部位を検出するとき、当該一の角速度センサが出力する検出信号は、平坦となる。外側突出部が形成されていない部位は、カムシャフト９４の外側突出部９４０またはＶＶＴハウジング９１の外側突出部９１６においてそれぞれ一つしかないため、この一の角速度センサが出力する検出信号が平坦となるときは、カムシャフト９４またはＶＶＴハウジング９１が所定の回転角度に戻ってきたことを意味する。そこで、修正回転角演算部は、一の角速度センサが出力する検出信号が平坦となるとき、カムシャフト９４またはＶＶＴハウジング９１の修正回転角を一旦０度にリセットする。これにより、カムシャフト９４またはＶＶＴハウジング９１の回転角の絶対精度を向上することができる。
【０１１７】
（ｌ）吸気弁が駆動するとき、吸気弁のリフト量が大きくなるクランクシャフト９５の角度領域では、カムシャフト９４が比較的大きな反力を受けるためカムシャフト９４の回転方向が反転するおそれがある。そこで、第五実施形態による位相差検出システムが備える回転角検出装置では、カムシャフト９４の部位９４９は、クランクシャフト９５の回転角に対して吸気弁のリフト量が小さくなる角度領域において角速度センサ７１に検出されるよう設けられている。これにより、カムシャフト９４の部位９４９においてカムシャフト９４の回転方向が反転することはないため、基準角度を確実に検出することができる。
【０１１８】
（第七実施形態）
次に、本発明の第七実施形態による回転角検出装置を図２０〜２２に基づいて説明する。第七実施形態は、検出信号に応じて演算方法を異ならせる点が第一実施形態と異なる。なお、第七実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１９】
第七実施形態による位相差検出システムは、カムシャフト９４の回転角度を出力可能な回転角検出装置８０と、ＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角度検出装置と、を備える。
回転角検出装置８０は、図２０に示すように、角速度センサ８１、Ａ／Ｄコンバータ１２、基本周波数推定部１３、基本周波数抽出部１４、回転角演算部１５、基準信号出力部８６、および、修正回転角演算部８７を備える。なお、第七実施形態による位相差検出システムが備えるＶＶＴハウジング９１の回転角度を出力可能な回転角度検出装置は、回転角検出装置８０と同じ構成を備えるため、ここでは説明を省略する。角速度センサ８１は、特許請求の範囲に記載の「角速度検出部」に相当する。
【０１２０】
角速度センサ８１は、支持部材４０に支持され、カムシャフト９４の外側突出部９４０の近傍に設けられている。角速度センサ８１は、外側突出部９４０を検出可能に設けられている（図２１（ｂ）に示す角速度センサ８１の検出位置を示す一点鎖線Ｃ８１）。
【０１２１】
ここで、角速度センサ８１が検出する外側突出部９４０の形状について、図２１に基づいて説明する。カムシャフト９４の径方向外側に設けられている複数の外側突出部９４０のうち「一の突出部」としての外側突出部９４７は、図２１（ａ）に示すように、カムシャフト９４の中心軸ＣＡ９４に垂直な方向の長さが「他の突出部」としての外側突出部９４１，９４２，９４３，９４４，９４５，９４６の中心軸ＣＡ９４に垂直な方向の長さに比べ短い。なお、外側突出部９４７が設けられる位置は、第五実施形態の部位９４９と同様に、クランクシャフト９５の回転角において吸気弁のリフト量が小さくなる角度領域に設けられることが望ましい。
【０１２２】
基準信号出力部８６は、Ａ／Ｄコンバータ１２が出力するデジタル信号となった検出信号に基づいて基準角度信号を検出する。検出された基準角度信号は、修正回転角演算部８７に出力される。基準信号出力部８６における基準角度信号の検出方法の詳細は後述する。
【０１２３】
修正回転角演算部８７は、回転角演算部１５が演算したカムシャフト９４の回転角および基準信号出力部８６が出力する基準角度信号に基づくカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）を出力する。
【０１２４】
次に、回転角検出装置８０におけるカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）の演算方法について、図２２に基づいて説明する。
図２２には、回転角検出装置８０における各種信号の時間変化を示す。図２２（ａ）には、角速度センサ８１の検出信号の時間変化を示す。図２２（ｂ）には、基準信号出力部８６が出力する基準角度信号の時間変化を示す。図２２（ｃ）には、基本周波数抽出部１４が出力する基本周波数の時間変化を示す。図２２（ｄ）には、修正回転角演算部８７が出力するカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）を示す。
【０１２５】
カムシャフト９４が回転すると、角速度センサ８１は、図２２（ａ）に示す正弦波の検出信号を出力する。角速度センサ８１がカムシャフト９４の外側突出部９４７を検出すると、図２２（ａ）に示す検出信号は、時刻ｔ６１と時刻ｔ６２との間において正弦波（図２２（ａ）の点線Ｌ６０）とならず、ピークの高さが直前の正弦波のピークの高さに比べて低い信号となる（図２２（ａ）の実線Ｌ６１）。基準信号出力部７７は、検出信号のピークの高さが直前の正弦波のピークの高さに比べて低いとき、図２２（ｂ）に示すように、基準角度信号を出力する（図２２の直線Ｌ６２における時刻ｔｐ６）。
【０１２６】
一方、基本周波数抽出部１４は、図２２（ａ）に示す角速度センサ８１の検出信号に基づいて図２２（c）に示す基本周波数を抽出する（図２２（ｃ）の直線Ｌ６３）。
【０１２７】
修正回転角演算部８７は、基準信号出力部８６が基準角度信号を出力していないとき、例えば、図２２の時刻ｔ６０から時刻ｔｐ６の直前までの間や時刻ｔｐ６の直後から時刻ｔ６３までの間では、図２２（c）に示す基本周波数に基づいて回転角演算部１５が演算したカムシャフト９４の回転角をカムシャフト９４の修正回転角θｃ＋（ｎ）として出力する（図２２（ｄ）の時間領域Ｔ６１、Ｔ６２）。
【０１２８】
一方、修正回転角演算部８７は、基準信号出力部８６が基準角度信号を出力するとき、例えば、図２２の時刻ｔｐ６では、回転角演算部１５が演算したカムシャフト９４の回転角に基づいて演算された回転角を「基準角度」としての０度にリセットする。
【０１２９】
第七実施形態による位相差検出システムおよび当該位相差検出システムが備える回転角検出装置７０は、第一実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）を奏する。
（ｍ）第七実施形態による位相差検出システムが備える回転角検出装置では、角速度センサが比較的高さが低い外側突出部、例えば、カムシャフト９４の外側突出部９４７を検出するとき、当該角速度センサが出力する検出信号は、通常の正弦波とは異なる波形となる。比較的高さが低い外側突出部は、カムシャフト９４の外側突出部９４０またはＶＶＴハウジング９１の外側突出部９１６においてそれぞれ一つしかないため、この角速度センサが出力する検出信号が通常の正弦波とは異なる波形となるときは、カムシャフト９４またはＶＶＴハウジング９１が所定の回転角度に戻ってきたことを意味する。そこで、修正回転角演算部は、角速度センサが出力する検出信号が通常の正弦波とは異なる波形となるとき、カムシャフト９４またはＶＶＴハウジング９１の修正回転角を一旦０度にリセットする。これにより、カムシャフト９４またはＶＶＴハウジング９１の回転角の絶対精度を向上することができる。
【０１３０】
（ｎ）第七実施形態による位相差検出システムが備える回転角検出装置では、一つの角速度センサ８１によって、カムシャフト９４またはＶＶＴハウジング９１の回転角を検出しつつ、演算された修正回転角を絶対精度を向上することができる。これにより、修正回転角の絶対精度を向上しつつ回転角検出装置および当該回転角検出装置を備える位相差検出システムを構成する部品の点数を低減することができるため、製造コストを低減することができる。
【０１３１】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、回転角検出装置は、二つ備えることによってエンジンのカムシャフトとＶＶＴハウジングとの位相差を検出する位相差検出システムに適用されるとした。しかしながら、一つの回転角検出装置によって一つの「回転体」の回転角を検出してもよい。
【０１３２】
第一、四〜七実施形態では、回転角演算部において、ヒルベルト変換対をなす実部解析信号ＧＲｅ（ｎ）、および、虚部解析信号ＧＩｍ（ｎ）に基づいて回転角を算出するとした。しかしながら、回転角演算部は、、基本周波数信号と、基本周波数信号に直交する９０度位相差信号とに基づいて回転角を算出してもよい。
【０１３３】
第五、六実施形態において、第二、三実施形態の二つの角速度センサを支持する一つの支持部材を適用してもよい。
【０１３４】
第四実施形態では、角速度センサの検出信号が比較的長い周期の正弦波となり、その周波数が「所定の周波数の範囲」を逸脱するとき、角速度センサがカムシャフトやＶＶＴハウジングの外側突出部の側面を検出する度にカムシャフトまたはＶＶＴハウジングの回転角を増やすとした。しかしながら、検出信号の周波数が「所定の周波数の範囲」を逸脱する場面はこれに限定されない。フィルタリング抽出が不可能なほど高速で回転する場合などにおいて、外側突出部の側面を検出する度にカムシャフトまたはＶＶＴハウジングの回転角を増やしてもよい。
【０１３５】
第四実施形態では、ヒルベルト変換と並行して矩形波を生成するとした。しかしながら、矩形波の生成は、ヒルベルト変換と並行して行うとは限らない。第四実施形態では、回転体の角速度がフィルタリング抽出ができない程の低速に比べて高速の所定の角速度となったときに矩形波の生成を開始してもよい。
【０１３６】
第五実施形態では、二つの角速度センサは、それぞれが検出するカムシャフトの角速度に比例した正弦波の位相差が（１／４）×λの関係となるよう配置されているとした。しかしながら、二つの角速度センサの位置関係はこれに限定されない。それぞれが検出するカムシャフトの角速度に比例した正弦波の位相がずれるよう配置されていればよい。
【０１３７】
第五実施形態では、矩形波比較部の比較結果が通常の比較結果とは異なる比較結果となったとき、修正回転角演算部は、二つの矩形波のいずれか一方において立ち上がりまたは立ち下がりが現れると、直前の回転角から（１／４）×λを減算し、当該減算した回転角を修正回転角として出力するとした。しかしながら、修正回転角演算部の演算内容はこれに限定されない。通常の比較結果においてカムシャフトが他方の方向に回転している場合、二つの矩形波のいずれか一方において立ち上がりまたは立ち下がりが現れると、直前の回転角から（１／４）×λを加算し、当該加算した回転角を修正回転角として出力してもよい。
【０１３８】
第五実施形態では、修正回転角演算部が図１４，１５に示された内容を含むマップを有するとした。しかしながら、回転角を修正する内容は、これに限定されない。
【０１３９】
第五実施形態では、角速度センサが外側突出部が形成されていない部位を検出すると、カムシャフトまたはＶＶＴハウジングの回転角を「基準角度」としての０度にリセットするとした。しかしながら、「基準角度」はこれに限定されない。
【０１４０】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【０１４１】
８・・・位相差検出システム
１０，２０，３０，３６，５０，６０，７０，８０・・・回転角検出装置
１１，２１，３１，４１，６１，７１、８１・・・角速度センサ（角速度検出部）
１３，２３，３３，４３・・・基本周波数推定部
１４，２４，３４，４４・・・基本周波数抽出部
１５，２５，３５・・・回転角演算部
９１・・・カムシャフト（回転体）
９４・・・ＶＶＴハウジング
【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】
2018091717.tif 000013
【図８】
2018091717.tif 000014
【図９】
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【図１０】
2018091717.tif 000016
【図１１】
2018091717.tif 000017
【図１２】
2018091717.tif 000018
【図１３】
2018091717.tif 000019
【図１４】
2018091717.tif 000020
【図１５】
2018091717.tif 000021
【図１６】
2018091717.tif 000022
【図１７】
2018091717.tif 000023
【図１８】
2018091717.tif 000024
【図１９】
2018091717.tif 000025
【図２０】
2018091717.tif 000026
【図２１】
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【図２２】
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