(57)【要約】【課題】トーションバーが大きく捻れた場合でも、入出力軸の回転検出波形が一周期分以上ずれるのを確実に防ぐことができ、よって入出力軸の相対角変位を瞬時に検出することができる構造簡単でコスト安価な操舵状態検出装置を提供する。【解決手段】歯部３４ａ，３５ａを有する平歯状のターゲット３４，３５を操舵部材１に連結される入力軸３２及びこの入力軸３２にトーションバー３１を介在させて連結される出力軸３３にそれぞれ設けて、操舵部材１での操舵状態を検出する検出装置において、操舵部材１に加えられる回転トルクの許容最大値をＴとしたときに、以下の不等式、３６０（ｄｅｇ）　／　Ｚ　＞　Ｔ（Ｎｍ）　／　Ｋ（Ｎｍ／ｄｅｇ）を満足するように、歯部３４ａ，３５ａの歯数Ｚ及びトーションバー３１のバネ定数Ｋを決定する。【選択図】　　　図１
2004117114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材に連結される入力軸の回転に応じた出力信号を出力する第１のセンサ部と、前記入力軸にトーションバーを介在させて連結された出力軸の回転に応じた出力信号を出力する第２のセンサ部とを具備し、
前記第１及び第２の各センサ部が、それぞれ対応する入力軸または出力軸に一体回転可能に設けられその軸の周方向に略等間隔で突設された磁性体からなる歯部を有する平歯状のターゲットと、磁気抵抗効果素子を有し前記歯部に対向して配置された磁気センサとを備え、
前記第１及び第２のセンサ部の出力信号を用いて前記操舵部材での操舵状態を検出する検出装置において、
前記操舵部材に加えられる回転トルクの許容最大値をＴとしたときに、下記の不等式（１）を満足するように、
３６０（ｄｅｇ）　／　Ｚ　＞　Ｔ（Ｎｍ）　／　Ｋ（Ｎｍ／ｄｅｇ）　　　　――（１）
前記歯部の歯数Ｚ及び前記トーションバーのバネ定数Ｋを決定したことを特徴とする操舵状態検出装置。
【請求項２】
前記第１及び第２のセンサ部の出力信号を対比することにより、これらの出力信号が一周期分以上ずれていないかどうかの判別処理を実施することなく、前記入力軸と前記出力軸との相対角変位を検出するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の操舵状態検出装置。
【請求項３】
前記磁気センサの対応する入出力軸の軸方向における検知幅に対して、前記歯部の軸方向幅を、当該歯部と磁気センサとの組立公差よりも大きく設定していることを特徴とする請求項１または２に記載の操舵状態検出装置。
【請求項４】
前記磁気センサの対応する入出力軸の軸方向における検知幅に対して、前記歯部の軸方向幅を２〜１０ｍｍ大きく設定していることを特徴とする請求項１または２に記載の操舵状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に用いられ、その操舵部材での操舵状態を検出する検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車では、一般に電動式または油圧式の操舵補助装置が操舵部材から操向車輪に至る操舵系に連結されており、上記操舵補助装置から操舵補助力を操舵系に付与することでドライバーの操舵負担を軽減している。上記操舵系には、操舵部材に連結される入力軸と、この入力軸にトーションバーを介在させて操向車輪に連結された出力軸とを有する操舵軸が含まれており、操舵部材へのドライバーの操舵動作に応じて操向車輪の向きを変更するようになっている。
また、上記のような自動車では、上記操舵動作に応じた適切な操舵補助力を与えることでドライバーの操舵フィーリングが低下するのを防止することが要求されており、操舵部材での操舵状態、具体的には当該部材に加わる操舵トルクや操舵角等を検出するための操舵状態検出装置が設けられている。
【０００３】
従来の操舵状態検出装置は、上記入力軸及び出力軸の回転に応じた出力信号をそれぞれ出力する２つのセンサ部を備えており、これらセンサ部の信号位相差に基づき入出力軸の相対角変位を得て上記トーションバーの捻れ角度を求め、上記操舵部材に加わる操舵トルクを算出する。また、上記センサ部では、対応する入出力軸の軸方向に対して同向きに等角度傾斜する磁性体製の突条からなる歯部を有する円環状のターゲットと、上記歯部に対向配置された磁気抵抗効果素子からなる磁気センサとが設けられており、磁気センサが対応する入出力軸の回転に応じて周期的に変化する出力信号を出力する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ところが、上記従来の操舵状態検出装置では、磁気センサは対応する入出力軸の回転に伴う上記軸方向に等角度傾斜された歯部との距離変化を、磁界の強さ変化に基づいて検出し、上記周期的に変化する出力信号を出力することから、磁気センサと歯部との軸方向における取り付け許容誤差が小さく、当該センサ及びターゲットを高精度に取り付ける必要があり、その組立作業に長い時間を要した。
【０００５】
上記のような問題を解決するために、本出願人は、上記ターゲットに代えて周方向に略等間隔で突設された歯部を有する平歯状のターゲットを用いることにより、上記従来品に比べて歯部の磁気センサとの軸方向における取り付け許容誤差を大きくすることができる検出装置を提供している（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２９４３１号公報（第４〜５頁、図１）
【特許文献２】
特開２００２−１１６０９５号公報（第５頁、図５）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献２に記載された従来の操舵状態検出装置では、上記トーションバーが大きく捻れたときに、ターゲット歯部の歯数などによっては対応する磁気センサが出力する入出力軸の出力信号（回転検出波形）が一周期分以上ずれることがあった。このため、各磁気センサからの回転検出波形を用いて入出力軸の相対角変位を瞬時に検出することができず、ドライバーの操舵動作の開始（検出）時点からの入出力軸の各回転検出波形での波形（周期）数のカウントを行うなどしてそれらの回転検出波形が一周期分以上ずれていないかどうかの判別処理を行う必要があった。この結果、電源投入（自動車の始動）直後の操舵状態を検出できなかったり、検出装置の処理負荷の増大や回路規模の大型化を招いたりすることがあった。
【０００８】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、トーションバーが大きく捻れた場合でも、入出力軸の回転検出波形が一周期分以上ずれるのを確実に防ぐことができ、よって入出力軸の相対角変位を瞬時に検出することができる構造簡単でコスト安価な操舵状態検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵部材に連結される入力軸の回転に応じた出力信号を出力する第１のセンサ部と、前記入力軸にトーションバーを介在させて連結された出力軸の回転に応じた出力信号を出力する第２のセンサ部とを具備し、前記第１及び第２の各センサ部が、それぞれ対応する入力軸または出力軸に一体回転可能に設けられその軸の周方向に略等間隔で突設された磁性体からなる歯部を有する平歯状のターゲットと、磁気抵抗効果素子を有し前記歯部に対向して配置された磁気センサとを備え、前記第１及び第２のセンサ部の出力信号を用いて前記操舵部材での操舵状態を検出する検出装置において、
前記操舵部材に加えられる回転トルクの許容最大値をＴとしたときに、下記の不等式（１）を満足するように、
３６０（ｄｅｇ）　／　Ｚ　＞　Ｔ（Ｎｍ）　／　Ｋ（Ｎｍ／ｄｅｇ）　　　　――（１）
前記歯部の歯数Ｚ及び前記トーションバーのバネ定数Ｋを決定したことを特徴とするものである（請求項１）。
【００１０】
上記のように構成された操舵状態検出装置では、上記（１）式の左辺で規定される一つの上記歯部の軸中心に対する中心角を、同（１）式の右辺で規定される上記トーションバーでの最大許容捻れ角度より大きくしている。これにより、トーションバーが最大限に捻れるよう入出力軸が回転したときでも、上記各センサ部から出力される出力信号（回転検出波形）が一周期分以上ずれるのを確実に防ぐことができる。
【００１１】
また、上記操舵状態検出装置（請求項１）において、前記第１及び第２のセンサ部の出力信号を対比することにより、これらの出力信号が一周期分以上ずれていないかどうかの判別処理を実施することなく、前記入力軸と前記出力軸との相対角変位を検出するように構成することが好ましい（請求項２）。
この場合、上記判別処理を省略することにより、検出装置はその電源が投入された直後でも上記操舵部材での操舵状態を検出することができるとともに、当該検出装置の処理負荷の増大及び回路規模の大型化をより確実に防ぐことができる。
【００１２】
また、上記操舵状態検出装置（請求項１または２）において、前記磁気センサの対応する入出力軸の軸方向における検知幅に対して、前記歯部の軸方向幅を、当該歯部と磁気センサとの組立公差よりも大きく設定することが好ましい（請求項３）。
この場合、上記歯部と磁気センサとが組立公差内に組立られたときには、各センサ部は当該歯部と磁気センサとの組立誤差の影響を排除して対応する入出力軸の回転検出波形を出力することができる。
【００１３】
また、上記操舵状態検出装置（請求項１または２）において、前記磁気センサの対応する入出力軸の軸方向における検知幅に対して、前記歯部の軸方向幅を２〜１０ｍｍ大きく設定してもよい（請求項４）。
この場合、上記歯部の軸方向幅を上記磁気センサの検知幅より２ｍｍ以上に設定することにより、対応する入出力軸の回転検出波形での上記歯部と磁気センサとの組立誤差の影響を排除することができるとともに、上記軸方向幅を検知幅より１０ｍｍ以下に設定することにより、ターゲットの軸方向幅が必要以上に大きくなるのを防ぐことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の操舵状態検出装置を示す好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、電動式の操舵補助装置としての電動パワーステアリング装置に本発明を適用した場合について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態による操舵状態検出装置を含んで構成された電動パワーステアリング装置の要部構成を示す構造図である。図において、本実施形態の電動パワーステアリング装置は、例えば自動車に搭載され、操舵部材（ステアリングホイール）１とピニオン２との間に、操舵軸３を介在させたものである。操舵軸３は、その中心に設けられたトーションバー３１と、トーションバー３１の入力側（上方）に固定された入力軸３２と、トーションバー３１の出力側（下方）に固定された出力軸３３とを備えている。入力軸３２と出力軸３３とは、互いに同軸に配置されているが、相互には直接連結されておらず、トーションバー３１を介在させて同軸的に連結されている。
【００１６】
上記入力軸３２には操舵部材１が連結され、ドライバーの操舵動作による操舵部材１の回転が直接的に伝えられるようになっている。
上記出力軸３３には、ウォーム５及びこれに噛み合うウォームホイール４を有する減速機構と、上記ウォーム５が出力軸に一体回転可能に取り付けられ制御ユニット２１により制御される操舵補助用の電動モータ６とが連結されており、当該電動モータ６の回転を減速しピニオン２に操舵補助力として伝達する。このピニオン２の回転が、ラック７の直線運動に変換され、左右のタイロッド８を介して操向車輪９が転舵される。上記減速機構と電動モータ６とが、操舵部材１から操向車輪９に至る操舵系に操舵補助力を付与する操舵補助部を構成している。
【００１７】
また、上記入力軸３２及び出力軸３３には、本発明の操舵状態検出装置に含まれたセンサ部が設けられており、操舵部材１への上記操舵動作に伴い回転する入出力軸３２，３３の各回転角を検出するようになっている。具体的には、図２も参照して、入力軸３２には、第１のターゲット板３４が一体回転可能に取り付けられ、さらにこのターゲット板３４の外周外方に第１の磁気センサＡ１，Ｂ１が配置されている。同様に、出力軸３３には、第２及び第３のターゲット板３５，３６が一体回転可能に取り付けられ、さらにこれらターゲット板３５，３６の外周外方に第２及び第３の磁気センサＡ２，Ｂ２及びＡ３，Ｂ３がそれぞれ配置されている。
【００１８】
上記第１のターゲット板３４と第１の磁気センサＡ１，Ｂ１とが入力軸３２の回転に応じた出力信号を制御ユニット２１に出力する第１のセンサ部Ｐを構成し、第２のターゲット板３５と第２の磁気センサＡ２，Ｂ２とが出力軸３３の回転に応じた出力信号を制御ユニット２１に出力する第２のセンサ部Ｑを構成している。また、第３のターゲット板３６と第３の磁気センサＡ３，Ｂ３とは出力軸３３の回転に応じた出力信号を制御ユニット２１に出力する第３のセンサ部Ｒを構成するものであり、制御ユニット２１が上記第２及び第３のセンサ部Ｑ，Ｒの出力信号を用いて出力軸３３の絶対回転位置を検出するようになっている。
【００１９】
上記各ターゲット板３４〜３６は、磁性体からなる外周の歯部３４ａ〜３６ａが周方向に等間隔に設けられた平歯車状に構成されたものであり、外周に凹凸を有するターゲットを形成している。また、これらの各ターゲット板３４〜３６は、ＪＩＳに規定されたモジュール３以下の歯車相当品であり、外径（ピッチ円径）及び歯部数（歯数）を最適化することで上記センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒの各感度を確保しつつ、外径が必要以上に大きくなるのを防ぐことで自動車への搭載性が低下するのを防止している（詳細は後述）。さらに、上記平歯状のターゲットは、外周に凹凸が形成されているものであればよく、歯部個々の形状は図１に示した先端部分を軸方向に切り落とした歯部３４ａ〜３６ａの形状に限定されない。
また、入出力軸３２，３３の相対角変位の検出に用いられる上記第１及び第２のターゲット板３４，３５では、その歯部３４ａ，３５ａの歯数は同数Ｚ（例えば３６）に設定されており、後に詳述するように、対応するセンサ部Ｐ，Ｑが出力する入出力軸３２，３３の出力信号（回転検出波形）が一周期分以上ずれるのを確実に防止するようになっている。
また、上記第３のターゲット板３６では、その歯部３６ａの歯数は第１及び第２のターゲット板３４，３５の上記歯数３６と互いに素（１以外の公約数をもたない）である数、例えば３５が選択されている。
【００２０】
また、第１〜第３の磁気センサＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３は、対応するターゲット板３４〜３６の外周の歯部３４ａ〜３６ａに対向するように、３段２列に配置されており、これらはセンサボックス１０に収められている。センサボックス１０は車体の所定位置に固定されたものであり、各磁気センサＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３と対応する上記歯部３４ａ〜３６ａとのギャップを所定距離で確保して維持するようになっている。また、第１の磁気センサＡ１，Ｂ１は、第１のターゲット板３４の互いに異なる周方向位置に対向して配置されている。同様に、第２の磁気センサＡ２，Ｂ２は、第２のターゲット板３５の互いに異なる周方向位置に対向して配置され、第３の磁気センサＡ３，Ｂ３は、第３のターゲット板３６の互いに異なる周方向位置に対向して配置されている。
【００２１】
上記の各磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３は、磁界の作用により抵抗が変化する特性をもつ素子、例えば磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を有するものであり、対向する歯部３４ａ〜３６ａによるターゲット外周の凹凸に応じて周期的に変化、すなわち一つの歯部で一周期変化する電圧信号を出力する。詳細には、ドライバーのステアリング操作に応じて、第１のターゲット板３４が入力軸３２と共に回転すると、凹凸により第１の磁気センサＡ１，Ｂ１の出力信号は入力軸３２及びターゲット板３４の回転角の変化（角変位）に応じて周期的に変化する周期信号となる。また、第２のターゲット板３５が出力軸３３と共に回転すると、凹凸により第２の磁気センサＡ２，Ｂ２の出力信号は出力軸３３及びターゲット板３５の回転角の変化に応じて周期的に変化する周期信号となり、第３のターゲット板３６が出力軸３３と共に回転すると、凹凸により第３の磁気センサＡ３，Ｂ３の出力信号は出力軸３３及びターゲット板３６の回転角の変化に応じて周期的に変化する周期信号となる。
【００２２】
また、上記第１の磁気センサＡ１とＢ１とは、それらの出力信号が、図３に示すように、電気角で例えばπ／２の位相差を生じるよう第１のターゲット板３４に対向して配置されている。同様に、第２の磁気センサＡ２とＢ２とは、それらの出力信号がπ／２の位相差を生じるよう第２のターゲット板３５に対向して配置され、第３の磁気センサＡ３とＢ３とは、それらの出力信号がπ／２の位相差を生じるよう第３のターゲット板３６に対向して配置されている。このように、第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒにおける２つの磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３からの出力信号の位相を各々ずらすことにより、対応するターゲット板３４〜３６の凹凸形状に応じて、非線形な変化が出力波形の極大値及び極小値付近で現れたときでも、制御ユニット２１は２つの磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３の一方の信号が非線形領域のときは他方の線形領域の信号を用いることができ、入出力軸３２，３３の各回転検出精度が低下するのを防ぐことができる。
【００２３】
さらに、第３のターゲット板３６の歯数（＝３５）が第２のターゲット板３５の歯数（＝３６）より１少ないことにより、第３の磁気センサＡ３，Ｂ３の出力は、第２の磁気センサＡ２，Ｂ２の出力と比べて、出力軸３３の回転量（２π／３６）当たりに（（２π／３６）−（２π／３５））の位相ずれを生じ、出力軸３３の１回転で元に戻る。従って、予め出力軸３３の絶対回転位置と上記位相のずれとの関係を調べてテーブル化しておくことにより、位相ずれから出力軸３３の絶対回転位置を割り出すことができる。このようなテーブルは、制御ユニット２１の後述のデータ記憶部に予め格納されている。
【００２４】
また、上記各センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒでは、磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３は各々その信号増幅を行う増幅器や外乱ノイズ等のノイズを除去するバンドパスフィルタなどを介して制御ユニット２１に接続されている（図示せず）。
また、例えば上記磁気センサＡ１は、図４に示すように、二つの上記ＭＲ素子ａ１，ａ２を入力軸３１（ターゲット板３４）の接線方向に並べて配置しハーフブリッジ接続したものである。すなわち、互いに接続されたＭＲ素子ａ１，ａ２に電圧Ｖｃｃを印加し、両ＭＲ素子ａ１，ａ２間の電圧値をセンサ出力とするものである。ターゲット板３４の回転によって各ＭＲ素子ａ１，ａ２の抵抗が変化すると、両ＭＲ素子ａ１，ａ２間の電圧値が周期的に変化し、正弦波状の出力が得られる。尚、他の磁気センサＡ２〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３も図４に示したセンサＡ１と同一に構成されている。
【００２５】
また、上記各センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒでは、図４に例示して示すように、ターゲット板３４の歯部３４ａの軸方向幅（図にＨにて図示）を、磁気センサＡ１の上記ＭＲ素子ａ１，ａ２の軸方向における各検知幅（図にＤにて図示）よりも大きくしている。上記検知幅は、歯部３４ａに対向する素子表面での軸方向寸法ではなく、この軸方向寸法、当該歯部３４ａと素子との間のエアギャップ、及びセンサ側に設けられた磁界発生用電磁石の磁界強さなどにより規定される素子のセンシング可能な軸方向幅である。
【００２６】
具体的には、上記検知幅に対して、歯部３４ａの軸方向幅を当該歯部３４ａと磁気センサＡ１との組立公差（例えば±１ｍｍ）、より好ましくは２〜１０ｍｍ大きく設定している。このように磁気センサＡ１の検知幅よりもターゲット歯部３４ａの軸方向幅を大きくすることにより、磁気センサＡ１と歯部３４ａとの軸方向における取り付け許容誤差を大きくすることができ、自動車に別個に取り付けられる磁気センサＡ１及びターゲット板３４の取付作業及び操舵状態検出装置の組立作業を簡単に行うことができる。また、１０ｍｍ以下に制限することにより、ターゲット板３４の軸方向寸法が必要以上に大きくなるのを防いでセンサ部Ｐ、ひいては検出装置を自動車に容易に組み込みことができる。
【００２７】
上記制御ユニット２１は、第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒの出力を用いて所定の演算を行う演算部２１ａと、この演算部２１ａの演算結果に基づき電動モータ６の駆動制御を行う駆動制御部２１ｂとを備えている。この制御ユニット２１には、車速センサ２２によって検出された車速の信号が入力されるようになっており、自動車の走行速度を鑑みて電動モータ６で発生させる回転力を決定するようになっている。また、制御ユニット２１には、不揮発性メモリ等により構成されたデータ記憶部（図示せず）が設けられており、このデータ記憶部には、電動モータ６の駆動制御に必要なプログラムやテーブル化された情報等が予め格納され、さらには当該ユニット２１の各部での演算結果などや上記車速センサ２２などからの自動車の走行状態等を示す情報が適宜記憶される。
【００２８】
上記演算部２１ａは、所定のサンプリング周期で、例えばセンサ部Ｐ，Ｑの出力を取得し、対応する入力軸３２及び出力軸３３の回転角を得た後、これらの回転角を対比する（位相差を求める）ことにより入出力軸３２，３３の相対角変位の絶対値を求めて、上記操舵部材１に加わる操舵トルク及び操舵角を算出する。また、演算部２１ａは、算出した操舵トルク及び操舵角に基づき電動モータ６への指令値を決定し駆動制御部２１ｂに指示する。尚、演算部２１ａが、第３のセンサ部Ｒの出力を用いることにより、出力軸３３の絶対角変位の絶対値を求め、上記操舵トルク及び操舵角を算出することもできる。さらに、演算部２１ａは、上記操舵角等以外に、操舵部材１の操舵（回転）速度やその操舵加速度を当該部材１での操舵状態として求めることもできる。
上記駆動制御部２１ｂは、演算部２１ａから指示された指令値に基づいて電動モータ６に電流を供給して当該電動モータ６を駆動する。これにより、本実施形態の電動パワーステアリング装置は、ドライバーの操舵動作を検出しその動作に応じた操舵補助力を付与することができる。
【００２９】
ここで、図５及び図６を参照して、上記ターゲット板３４，３５での歯部３４ａ，３５ａの歯数Ｚ、並びに各ターゲット板３４〜３６での外径及び歯数の最適化について具体的に説明する。
図５に示すように、上記各センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒの回転検出波形では、ターゲット板側や磁気センサ側の加工精度あるいは上記エアギャップ変動などに起因する検出エラーが発生するものであり、同図に点線で示した理想波形に対して、実際の回転検出波形は同図に実線にて示すように僅かに歪みを生じる。このような歪みに対し、上記ターゲット板側や磁気センサ側の加工精度が同一であれば、ターゲット歯部の歯数を増加させることにより、入出力軸３２，３３の各回転角、ひいては操舵トルク等の検出精度を向上させることができる。しかしながら、歯数を増やしすぎると、トーションバー３１が大きく捻れた場合に、入力軸３２の回転検出波形が出力軸３３の回転検出波形よりも一周期分以上多く出力されたり、逆に出力軸３３の回転検出波形が入力軸３２の回転検出波形よりも一周期分以上少なく出力されたりして、入出力軸３２，３３の回転検出波形が一周期分以上のずれを発生することがある。また、歯数の増加に伴い、ターゲット板も大きくなって操舵状態検出装置の大型化を招いて、自動車への検出装置の搭載性が低下したり、衝突時での衝撃を吸収するために上記操舵軸３に設定される吸収代を短くする必要が生じたりする。
【００３０】
そこで、本願発明者等は、まず同一外径のターゲット板を用いて、その歯部の歯数を種々変更し、上記演算部２１ａで算出される操舵トルクの誤差を求めた。この検証試験の結果例である図６に示すように、演算部２１ａでの算出トルクを、電動パワーステアリング装置に適用したときに要求される操舵トルクの許容誤差０．１（Ｎｍ）以下とするには、ターゲット板の歯数を２８以上にすればよいことが判明した。尚、この図６では、モジュール１の歯車相当品のターゲット板を用いた結果である。
【００３１】
また、他の検証試験によれば、各ターゲット板３４〜３６では、外径を３０ｍｍ以上とし、歯数を２８歯以上、より好ましくは３２歯〜４０歯とすることにより、各歯部３４ａ〜３６ａの大きさなどの形状を適切なものとして対応する磁気センサの上記出力信号でのＳ／Ｎ比及び信号振幅（Ｖｐｐ）を向上させて、所望のセンシング感度を確保できることが確認された。また、上記モジュール及び歯数をそれぞれ３及び４０以下に制限することにより、ターゲット外径が１２０ｍｍ（＝３×４０）以下に制限されたコンパクトなセンサ部を構成して、自動車への取り付けを簡単に行えることが実証された。
尚、外径を３０ｍｍより小さくした場合、または４０歯を超える歯部を形成した場合には、歯部形状が小さくなったことに起因してＳ／Ｎ比が低下したり、信号振幅が小さくなったりし、センサ部の出力信号を用いた回転角等の検出精度の低下を招いた。
【００３２】
さらに、上記第１及び第２のターゲット板３４，３５では、その歯部３４ａ，３５ａの歯数Ｚ、上記操舵部材１に加えられる回転トルクの許容最大値Ｔ（Ｎｍ）、及びトーションバー３１のバネ定数Ｋ（Ｎｍ／ｄｅｇ）で規定される下記（１）式の不等式を満足させることにより、入出力軸３２，３３の回転検出波形が一周期分以上ずれるのを確実に防ぐよう構成されている。
【００３３】
【式１】
３６０（ｄｅｇ）　／　Ｚ　＞　Ｔ（Ｎｍ）　／　Ｋ（Ｎｍ／ｄｅｇ）　　　　――（１）
【００３４】
詳細には、上記（１）式において、上記操舵系でのメカニカルなストッパ角と呼ばれる、トーションバー３１での最大許容捻れ角度が右辺により求められ、同式左辺により、対応する入出力軸３２，３３の軸中心に対する一つの歯部３４ａ，３５ａ当たりの中心角が求められる。より具体的には、上記操舵部材１に加わる上記許容最大値Ｔは２０（Ｎｍ）程度あり、ばね鋼からなる上記トーションバー３１のバネ定数Ｋは２．３５（Ｎｍ／ｄｅｇ）程度であり、歯部３４ａ，３５ａの歯数Ｚは上記（１）式を満たす例えば上記３６（＜４２．３＝（３６０／２０）×２．３５）が選択されている。このように、上記最大許容捻れ角度（８．５°＝２０／２．３５）よりも一つの歯部３４ａ，３５ａの中心角（１０°＝３６０／３６）を大きくしている。この結果、入出力軸３２，３３間に生じるずれ角度が実質的に最大となるようトーションバー３１が最大限に捻れて当該入出力軸３２，３３が回転したときでも、入力軸３２の回転検出波形が出力軸３３の回転検出波形よりも一周期分以上多く出力されたり、出力軸３３の回転検出波形が入力軸３２の回転検出波形よりも一周期分以上少なく出力されたりするのを確実に防止することができ、それらの回転検出波形が一周期分以上ずれるのを確実に防ぐことができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態による電動パワーステアリング装置では、トーションバー３１が最大限に捻れて当該入出力軸３２，３３が回転したときでも、入出力軸３２，３３の回転検出波形が一周期分以上ずれるのを確実に防ぐことができるので、対応するセンサ部Ｐ，Ｑから出力されている現時点での回転検出波形を対比することによって入出力軸３２，３３の相対角変位を瞬時に検出することができる。これにより、上記従来例と異なり、上記回転検出波形が一周期分以上ずれていないかどうかの判別処理を省略することができる。また、このように判別処理を省略することができることから、上記制御ユニット２１は電源が投入された（自動車の始動）直後でも上記操舵部材１での操舵状態を検出することができるとともに、制御ユニット２１の処理負荷の増大及び回路規模の大型化を防ぐことができる。
【００３６】
尚、上記の説明では、減速機構と電動モータ６とで上記操舵系に操舵補助力を付与する操舵補助部を有する電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、本発明は車両の操舵部材での操舵状態を検出する各種検出装置に適用できるものであり、上記操舵トルクなどに基づき油圧バルブを制御する油圧式パワーステアリング装置等の他の形式の操舵補助装置や操舵補助装置を搭載していない車両にも適用することができる。
【００３７】
また、上記の説明では、バネ定数Ｋが２．３５程度のばね鋼からなるトーションバー３１を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記操舵部材１に加えられる回転トルクの許容最大値Ｔが指定されたときに、上記歯数Ｚ及びバネ定数Ｋの各パラメータの値を上記（１）式を満足するよう決定して上記各センサ部Ｐ，Ｑから出力される出力信号（回転検出波形）が一周期分以上ずれるのを確実に防ぐことができるものであればよい。
また、上記の説明では、制御ユニット２１の演算部２１ａが入出力軸３２，３３の回転角の差を求めることにより、当該入出力軸３２，３３の相対角変位を取得する構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなくセンサ部Ｐ，Ｑを差動増幅器に接続して、その差動増幅器の出力信号から入出力軸３２，３３の相対角変位を取得する構成でもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の操舵状態検出装置によれば、トーションバーが大きく捻れた場合でも、入出力軸の回転検出波形が一周期分以上ずれるのを確実に防ぐことができるので、各センサ部から出力されている現時点での回転検出波形を用いて入出力軸の相対角変位を瞬時に検出することができる。従って、この検出装置では、上記回転検出波形が一周期分以上ずれていないかどうかの判別処理を省略することができ、よって検出装置はその電源が投入された直後でも上記操舵部材での操舵状態を検出することができ、当該検出装置の処理負荷の増大及び回路規模の大型化を防ぐことができる。この結果、構造簡単でコスト安価な操舵状態検出装置を提供することができる。
【００３９】
また、請求項２の操舵状態検出装置によれば、入出力軸の回転検出波形が一周期分以上ずれていないかどうかの判別処理を省略しているので、電源投入直後での操舵部材の操舵状態を確実に検出することができるとともに、当該検出装置の処理負荷の増大及び回路規模の大型化をより確実に防ぐことができる。
【００４０】
また、請求項３の操舵状態検出装置によれば、歯部と磁気センサとの組立誤差の影響を排除して各センサ部が対応する入出力軸の回転検出波形を出力することができるので、当該検出装置は上記組立誤差の影響を受けることなく操舵トルク等を正確に検出することができる。
【００４１】
また、請求項４の操舵状態検出装置によれば、対応する入出力軸の回転検出波形での上記歯部と磁気センサとの組立誤差の影響を排除することができるので、当該検出装置は上記組立誤差の影響を受けることなく操舵トルク等を正確に検出することができる。さらには、ターゲットの軸方向幅が必要以上に大きくなるのを防ぐことができるので、センサ部をコンパクトに構成して、当該センサ部ひいては検出装置の車両への搭載性が低下するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による操舵状態検出装置を含んで構成された電動パワーステアリング装置の要部構成を示す構造図である。
【図２】上記電動パワーステアリング装置におけるトーションバー、入力軸、出力軸、各ターゲット板、及び磁気センサを模式的に表した図である。
【図３】上記磁気センサからの出力信号（電圧）を示すグラフである。
【図４】上記磁気センサの具体的な構成例を示す構造図である。
【図５】上記磁気センサの出力信号での理想波形及び実波形を例示したグラフである。
【図６】図１に示したターゲット板の歯数を変更した検証試験における、操舵トルクに生じる誤差の測定結果例を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　操舵部材
３　　操舵軸
３２　　入力軸
３３　　出力軸
３４〜３６　　ターゲット板
３４ａ〜３６ａ　　歯部
Ｐ，Ｑ，Ｒ　　センサ部
Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３　　磁気センサ
ａ１，ａ２　　ＭＲ素子
【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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