(57)【要約】【課題】回転角度検出装置としての異常状態の検出精度を向上させることを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために本発明は、回転検出体と、この回転検出体に係合する第１の回転体と、この第１の回転体に係合する第２の回転体と、前記第１の回転体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記第２の回転体の回転角度を検出する第２の検出手段と、自己診断部とを少なくとも備え、この自己診断部は、前記回転検出体が正常状態のときに第１および第２の検出手段が出力可能な、第１および第２信号の値の範囲を用いて演算により算出される範囲を正常状態範囲、非正常状態範囲を異常状態範囲とし、前記第１および第２の検出手段にて検出した第１および第２信号の値の少なくとも一つが前記異常状態範囲にある場合前記回転検出体が異常状態であると判定するとしたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に歯を有する多回転可能な回転検出体と、この回転検出体に係合する第１の回転体と、この第１の回転体に係合する第２の回転体と、前記第１の回転体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記第２の回転体の回転角度を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段の第１信号および前記第２の検出手段の第２信号を用いて前記回転検出体が正常状態もしくは異常状態であることを判定する自己診断部とを少なくとも備え、この自己診断部は、前記回転検出体が正常状態のときに第１および第２の検出手段が出力可能な、第１および第２信号の値の範囲を用いて演算により算出される最小値から最大値までの範囲を正常状態範囲、この正常状態範囲外を異常状態範囲とし、前記第１および第２の検出手段にて検出した第１および第２信号の値の少なくとも一つが前記異常状態範囲にある場合前記回転検出体が異常状態であると判定する回転角度検出装置。
【請求項２】
第１の検出手段、第２の検出手段は、それぞれ磁石と磁気センサとからなり、前記磁石は第１の回転体、第２の回転体に固定されている請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
外周に歯を有する多回転可能な回転検出体と、この回転検出体に係合する第１の回転体と、この第１の回転体に係合する第２の回転体と、前記第１の回転体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記第２の回転体の回転角度を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段の第１信号および前記第２の検出手段の第２信号を用いて前記回転検出体が正常状態もしくは異常状態であることを判定する自己診断部とを少なくとも備え、この自己診断部は、前記第１信号の値の２乗と前記第２信号の値の２乗との和、もしくはこの和の平方根を監視し、前記和もしくはこの和の平方根の単位時間当たりの変化量が規定値を超えた場合前記回転検出体が異常状態であると判定する回転角度検出装置。
【請求項４】
第１の検出手段、第２の検出手段は、それぞれ磁石と磁気センサとからなり、前記磁石は第１の回転体、第２の回転体に固定されている請求項３に記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の車体制御システム等に用いられる回転角度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車のステアリングハンドルに代表される１回転以上に有限で回転するシャフト等の回転角度を検出する装置として、例えば、主軸に係合された位相差を有する２つの回転体の角度から主軸の絶対回転角度を検出する装置がある。
【０００３】
前記２つの回転体の角度は磁気抵抗素子等を用いたセンサにより検出され、このセンサから出力された２つの電気信号を演算処理することにより最終的に主軸の絶対回転角度を算出している。
【０００４】
次に前記検出装置において前記センサの異常出力や前記電気信号を増幅する増幅回路による異常出力など前記検出装置の異常状態を検出する方法について説明する。図６は前記２つの電気信号ａ，ｂの波形図の一例であり、図７は正常状態および異常状態の領域を示す前記２つの電気信号の出力図である。前記電気信号ａ，ｂはそれぞれ前記２つの回転体の回転角度に応じた値を示し、それぞれ最大値および最小値を有している。そして図７に示すように出力図においてそれらの最大値と最小値を用いて囲まれる領域、つまり、電気信号ａの最小値以上最大値以下かつ電気信号ｂの最小値以上最大値以下に該当する領域を正常状態の範囲（正常領域）とし、それ以外の領域を異常状態の範囲とし、検出した電気信号の値が前記異常状態の範囲にある場合異常状態であると判定していた。
【０００５】
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。
【０００６】
【特許文献１】
特表平１１−５００８２８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法を用いた場合前記検出装置が異常状態であるにもかかわらず正常状態と判断する可能性がある。この原因としては前記２つの回転体は位相差を有するため前記２つの電気信号ａ，ｂは相関関係を有するが、この相関関係を考慮せずただ単に前記２つの電気信号ａ，ｂを相関関係のない独立因子として扱い正常状態の範囲（正常領域）を規定しているためであり、その結果、回転角度検出装置として異常状態の検出精度が低いという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、この異常状態の検出精度を向上させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の請求項１に記載の発明は、特に、自己診断部は、前記回転検出体が正常状態のときに第１および第２の検出手段が出力可能な、第１および第２信号の値の範囲を用いて演算により算出される最小値から最大値までの範囲を正常状態範囲、この正常状態範囲外を異常状態範囲とし、前記第１および第２の検出手段にて検出した第１および第２信号の値の少なくとも一つが前記異常状態範囲にある場合前記回転検出体が異常状態であると判定するとしたものであり、前記第１および第２信号の値の範囲を用いて演算により算出される範囲を正常状態範囲として規定するため、異常状態の検出精度を向上させることができるという作用効果を奏する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、特に、自己診断部は、前記第１信号の２乗と前記第２信号の２乗との和、もしくはこの和の平方根を監視し、前記和もしくはこの和の平方根の単位時間当たりの変化量が規定値を超えた場合前記回転検出体が異常状態であると判定するとしたものであり、より精度良く異常状態を検出することができるという作用効果を奏する。
【００１１】
請求項２および請求項４に記載の発明は、特に、第１の検出手段、第２の検出手段は、それぞれ磁石と磁気センサとからなり、前記磁石は第１の回転体、第２の回転体に固定されているものであり、これにより非接触にて第１および第２の回転体の角度をそれぞれ検出することができるので長期間の使用でも高い検出精度を維持することができるという作用効果を奏する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回転角度検出装置について実施の形態および図面を用いて説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
本実施の形態１と図１〜図４を用いて特に、請求項１、２、４の発明について説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態１の回転角度検出装置における正常状態および異常状態の範囲を示す出力図であり、図２は第１信号および第２信号の出力波形図、図３（ａ）は回転角度検出装置の構成を示す正面図、図３（ｂ）は同上面図、図３（ｃ）は同側面図である。図４は検出部の検出原理を示す斜視図である。
【００１５】
まず、回転角度検出装置の構成について説明する。
【００１６】
図３において、１はハンドルの回転検出体、２は外周に歯を有する第１の回転体、３は磁石４の磁界方向を検出する第１の検出手段であり、この磁石４は第１の回転体２の中央部に組み込まれており第１の回転体２とともに回転する。５は第１の回転体２に固定されたウオームギア、６は外周に歯を有する第２の回転体、７は磁石８の磁界方向を検出する第２の検出手段であり、この磁石８は第２の回転体６の中央部に組み込まれており第２の回転体６とともに回転する。前記第１の検出手段３および第２の検出手段７はそれぞれ磁石と異方性磁気検出素子とからなり、図４に示すように、第１の回転体２および第２の回転体６中央部に組み込まれて回転する磁石４および８の磁界方向をそれぞれの前記異方性磁気検出素子が検出する。その際の第１の検出手段３および第２の検出手段７からは１８０度周期で図２に示すようなｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号に相当する波形が出力される。
【００１７】
前記ウオームギア５は第１の回転体２に対して一定の減速比で第２の回転体６に回転を伝達する。以上の構成で回転検出体１の回転が第１の回転体２を介して第２の回転体６まで伝達される。
【００１８】
次に前記構成の回転角度検出装置の回転角度検出の方法について説明する。図３において、回転検出体１の外周にある歯と第１の回転体２の外周にある歯によって決まる回転比により第１の回転体２は回転検出体１のａ倍回転する。この時第１の検出手段３では回転検出体１の回転に換算して１８０／ａ度の周期で回転角度を検出できる。また同様に回転検出体１の外周にある歯とウオームギア５と第２の回転体６の外周にある歯によって決まる回転比により第２の回転体６は回転検出体１の１／ｂ倍回転（減速）する。この時第２の検出手段７では回転検出体１の回転に換算して１８０×ｂ度の範囲で回転角度を検出できる。前記２つの回転角度検出値により、回転検出体１の広範囲の回転角度を第２の検出手段７で決定し、高精度の回転角度を第１の検出手段３で検出できる回転角度検出装置を提供できるのである。次に検出手段の角度検出方式について詳細に説明する。図４に示すように第１の検出手段３と第２の検出手段７はそれぞれ第１の回転体２と第２の回転体６に組み込まれている磁石４または８の真下に配置されており、第１の回転体２または第２の回転体６が回転すると第１の検出手段３または第２の検出手段７を貫く磁力の方向が変化し、その結果、第１の検出手段３または第２の検出手段７はｓｉｎ信号とｃｏｓ信号に相当する出力変化をする。この時の検出周期は１８０度であるため実際には図２に示すようにｓｉｎ２θ、ｃｏｓ２θで表わされ、最終的な角度換算は（数１）から求められる。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
尚本実施の形態１においては、中央に対して２．５Ｖのオフセットを持たせた設定としている。異方性磁気検出素子である前記第１の検出手段３と第２の検出手段７はそれぞれ同じ増幅率を持った増幅回路（図示せず）を介して図２に示すような出力特性範囲でｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を得る。その振幅は環境温度の変化に伴い同時に変化するが、検出角度換算はｔａｎθを計算するので振幅が変化してＡとなっても（数２）に示すようにキャンセルされるため問題無い。
【００２１】
【数２】
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【００２２】
そこで本発明においては、図１に示すように、前記第１の検出手段３と第２の検出手段７はそれぞれ同じ増幅率を持った増幅回路を介して得られる図２に示す出力特性範囲でまずｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を最大と最小それぞれ２次元軌跡により描く。結果としてその軌跡は２つの円周になり、前記２つの円周の間が正常な出力範囲と限定できる。
【００２３】
具体的には以下の計算による。すなわち、（数３）、（数４）による信号出力範囲から、それぞれ２乗し、（数５）、（数６）を得る。
【００２４】
【数３】
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【００２５】
【数４】
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【００２６】
【数５】
2004184326.tif 000007
【００２７】
【数６】
2004184326.tif 000008
【００２８】
この（数５）と（数６）の和をとり、（数７）を得る。
【００２９】
【数７】
2004184326.tif 000009
【００３０】
前記（数７）は、Ｙ軸にｓｉｎ２θを、Ｘ軸にｃｏｓ２θをそれぞれ取った場合の軌跡は原点を中心として半径が（数８）以上かつ半径が（数９）以下のドーナツ状の領域を示す。
【００３１】
【数８】
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【００３２】
【数９】
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【００３３】
このドーナツ状の領域が正常状態を示す領域ということになる。なお、本実施の形態１の場合オフセットを２．５Ｖとしているので図１に示すような前記中心がＸ軸２．５Ｖ、Ｙ軸２．５Ｖで半径が（数８）以上かつ半径が（数９）以下のドーナツ状の領域になる。したがって、配列または演算により正常状態を示す領域ではない領域のｓｉｎ信号および／またはｃｏｓ信号入力であれば即時に異常と判定でき、従来より異常状態の検出精度を向上させることが可能になる。
【００３４】
（実施の形態２）
本実施の形態２および図５を用いて特に、請求項３に記載の発明について説明する。
【００３５】
図５は本発明の実施の形態２における原理を示す図である。実施の形態１で説明したように前記第１の検出手段３と第２の検出手段７はそれぞれ同じ増幅率を持った増幅回路（図示せず）を介して得られる図２に示す出力特性範囲でｓｉｎ信号とｃｏｓ信号が出力される。
【００３６】
本実施の形態２の場合前記実施の形態１と同様オフセットを２．５Ｖとしているので、図５に示すように、同じ環境状況下では（数１０）に示すような半径Ｒの円周状の軌跡を示す。
【００３７】
【数１０】
2004184326.tif 000012
【００３８】
この（数１０）の半径Ｒの値は温度変化等の環境の変化に伴い変動するが、数ミリ秒程度の時間内では大きな変動は見られないことから以下の判定法が有効となる。
【００３９】
すなわち、ある時間内、例えば数ミリ秒内に予想される環境の変化、例えば環境温度の変動を５℃以内とした場合規定値ｄを設定し、単位時間当たりの実際の変動幅ΔＲと前記規定値ｄを比較し前記変動幅ΔＲが前記規定値ｄより大きい場合異常状態と判定する。
【００４０】
この変動幅ΔＲは前記半径Ｒの２乗の変動幅としてもよい。その場合前記規定値ｄは前記半径Ｒの２乗の変動幅に対応した値を設定すればよい。
【００４１】
以上のような判定法を用いることにより変動後の半径Ｒの値が仮に正常状態の範囲にあったとしても異常状態であることを検出することができ、より精度良く異常状態を検出することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、特に、自己診断部は、前記回転検出体が正常状態のときに第１および第２の検出手段が出力可能な、第１および第２信号の値の範囲を用いて演算により算出される最小値から最大値までの範囲を正常状態範囲、この正常状態範囲外を異常状態範囲とし、前記第１および第２の検出手段にて検出した第１および第２信号の値の少なくとも一つが前記異常状態範囲にある場合前記回転検出体が異常状態であると判定するとしたものであり、前記第１および第２信号の値の範囲を用いて演算により算出される範囲を正常状態範囲として規定するため、異常状態の検出精度を向上させることができるという作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における回転角度検出装置の正常、異常状態を示す出力図
【図２】本発明の実施の形態１における回転角度検出装置の出力信号を説明する波形図
【図３】（ａ）〜（ｃ）は同回転角度検出装置の構成を示す正面図、上面図、側面図
【図４】同回転角度検出装置の検出手段の原理図
【図５】本発明の実施の形態２における回転角度検出装置の正常、異常状態を示す出力図
【図６】従来の回転角度検出装置の出力信号を説明する波形図
【図７】従来の回転角度検出装置の正常、異常状態を示す出力図
【符号の説明】
１  回転検出体
２  第１の回転体
３  第１の検出手段
４  磁石
５  ウオームギア
６  第２の回転体
７  第２の検出手段
８  磁石
【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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