(57)【要約】【課題】  周期特性曲線を有する回転角センサのスタート・セグメントを決定する方法および回転角センサ装置を提供する。【解決手段】  セグメント（Ｓ）間で特性曲線急変（８）が発生する、多数のセグメントをもつ周期特性曲線（５）を有し、最小セグメント（ＳＮｍｉｎ）及び最大セグメント（ＳＮｍａｘ）により制限された制限角範囲を測定する回転角センサ（２）のスタート・セグメント（Ｓ）の決定方法において、センサ信号（７）を評価ユニット（４）に読み込み、その正および負の信号急変（ａ−ｄ）を測定して特定したときに数値（Ｚ）を発生し、最大セグメント数とセンサの初期化以後の最大数（Ｚｍａｘ）とから最大妥当スタート・セグメント（ＳＮｐｌｍａｘ）を計算し、最小セグメント数とセンサの初期化以後の最小数（Ｚｍｉｎ）とから最小妥当スタート・セグメント（ＳＮｐｌｍｉｎ）を計算し、それらが等しいときにスタート・セグメントを決定する。【選択図】  図５
2004191378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セグメント（Ｓ）間で特性曲線急変（８）が発生する、多数のセグメント（Ｓ）を含む周期特性曲線（５）を有しており、且つ最小セグメント（ＳＮｍｉｎ）および最大セグメント（ＳＮｍａｘ）により制限された制限角範囲を測定する回転角センサ（２）のスタート・セグメント（Ｓ）の決定方法において、
センサ信号（７）を評価ユニット（４）に読み込むステップと、
センサ信号（７）の正および負の信号急変（ａ−ｄ）を測定するステップと、
信号急変（ａ−ｄ）を特定したとき、数値（Ｚ）を発生するステップと、
最大セグメント数（ＳＮｍａｘ）と、回転角センサ（２）の初期化以後に決定された最大数（Ｚｍａｘ）とから、最大妥当スタート・セグメント（ＳＮｐｌｍａｘ）を計算し、且つ、最小セグメント数（ＳＮｍｉｎ）と、回転角センサ（２）の初期化以後に決定された最小数（Ｚｍｉｎ）とから、最小妥当スタート・セグメント（ＳＮｐｌｍｉｎ）を計算するステップと、
最大妥当スタート・セグメント（ＳＮｐｌｍａｘ）が最小妥当スタート・セグメント（ＳＮｐｌｍｉｎ）に等しいときに、スタート・セグメント（Ｓ）を決定するステップと、
を含むことを特徴とする、周期特性曲線を有する回転角センサのスタート・セグメントの決定方法。
【請求項２】
信号急変（ａ−ｄ）を有するセンサ信号（７）が、決定された数値（Ｚ）に基づいて一義的な角信号（９）に再構成されることを特徴とする請求項１に記載の決定方法。
【請求項３】
セグメント（Ｓ）間で特性曲線急変（８）が発生する、多数のセグメント（Ｓ）を含む周期特性曲線（５）を有しており、且つ、最小セグメント（ＳＮｍｉｎ）および最大セグメント（ＳＮｍａｘ）の間の制限角範囲のみを測定する回転角センサ（２）と、信号急変（ａ−ｄ）を有するセンサ信号（７）が供給される評価ユニット（４）とを備えた回転角センサ装置において、
評価ユニット（４）が、
センサ信号（７）内の正および負の信号急変（ａ−ｄ）を測定すること、
信号急変（ａ−ｄ）を特定したとき、数値（Ｚ）を発生すること、
最大セグメント数（ＳＮｍａｘ）と、回転角センサ（２）の初期化以後に決定された最大数（Ｚｍａｘ）とから、最大妥当スタート・セグメント（ＳＮｐｌｍａｘ）を計算し、且つ、最小セグメント数（ＳＮｍｉｎ）と、回転角センサ（２）の初期化以後に決定された最小数（Ｚｍｉｎ）とから、最小妥当スタート・セグメント（ＳＮｐｌｍｉｎ）を計算すること、および
これからスタート・セグメント（Ｓ）を決定し、且つセンサ信号（７）またはこれから導かれた信号（９）をそれに対応して補正すること、
を可能にするように形成されていることを特徴とする回転角センサ装置。
【請求項４】
評価ユニット（４）が、信号急変（ａ−ｄ）を有するセンサ信号（７）を、最初に一義的な角信号（９）に再構成し、且つ再構成された角信号（９）をスタート・セグメント（Ｓ）に関して補正することを特徴とする請求項３に記載の回転角センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期特性曲線を有する回転角センサのスタート・セグメントの決定方法およびそれに対応する回転角センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転角センサは、回転対象物の角位置を測定するために多数の適用において使用される。この場合、測定は、一般に磁気または光学伝送器により非接触で行われる。自動車の分野における適用は、例えば、自動車のかじ取り角またはかじ取りハンドル角の決定である。
【０００３】
図１は、従来技術から既知の、回転軸１の回転角を測定するための測定装置を示し、回転軸１は矢印Ａの方向に回転可能である。図示の測定装置は、回転軸１の端部に配置されているセンサ（回転角センサ）２を含み、センサ２はそれと接続された評価ユニット４を有し、この場合、センサ２は固定配置された伝送器３と協働する。この場合、伝送器３は永久磁石を含み、永久磁石はセンサ２内に、例えば電圧を誘導する。センサ要素として、例えばホール・センサ、磁気抵抗センサ（ＭＲセンサ）、磁気トランジスタ等が使用されてもよい。
【０００４】
自動車において、かじ取りハンドル角を測定するためによく使用される典型的な回転角センサは、例えば図２ａに示されている特性曲線を有している。図から理解されるように、センサ２のセンサ信号αSは、全角範囲（例えば、−８００°および＋８００°の間のかじ取りハンドル旋回角αL）を含むので、センサ２（センサ２は信号処理ユニットを有していてもよい）の出力に実際かじ取りハンドル角αLが出力される。したがって、かじ取りハンドルが０位置（αL＝０°）から右側ストッパ（例えば、αL＝８００°）まで旋回され、そこから０位置まで戻される、図２ｂに符号６で示されているようなかじ取り運動は、センサ２により一義的に形成される。この例においては、ディジタル化信号が使用されるので、センサ信号７は、図２において階段状に示されている。
【０００５】
センサ信号７は、例えば走行動特性制御装置（例えば、ＥＳＰ：電子式安定性プログラム）のような車両内に配置されている他の装置（評価ユニット４）により後処理されてもよい。
【０００６】
広い測定範囲にわたり線形の特性曲線を有するセンサ２は、比較的複雑に構成され、したがって高価であるという欠点を有している。
したがって、特に一周回転の数のカウント手段および回転方向検出を必要としない、角測定のための簡単に構成された他の標準センサを使用することが望ましい。このようなセンサは、例えば多数のＭＲセンサ要素から形成することができる。
【０００７】
このような回転角センサのセンサ特性曲線が、例として図３ａに示されている。図から理解されるように、回転角センサの線形測定範囲は回転角αLに対する全測定範囲の部分範囲（−ｐから＋ｐまで）のみを含む。部分測定範囲（例えば、−１２０°および＋１２０°の間）を超える回転角αLに対しては、センサの特性曲線５が周期的に反復される。
【０００８】
セグメントＳとして表わすことができる特性曲線５の個々の周期の間において、特性曲線５はそれぞれ特性曲線急変８を示す。回転角センサの部分測定範囲が、例えば−１２０°および＋１２０°の間の角を含む場合、この範囲内に存在する回転角αLは一義的に示される。これに対して、例えば１２１°の回転角においては、回転角センサは、−１１９°の回転角に対応する出力信号αSを供給する。
【０００９】
したがって、図３ｂに符号６で示されているような軸の回転運動は、信号急変を有するセンサ信号７となるであろう。このようなセンサ信号７は、センサ信号７が一義的ではないので、例えば走行動特性制御のような下位の装置（評価ユニット４）により直接処理することができない。
【００１０】
再構成された（一義的な）センサ信号９を発生させるために、しきい値によってセンサ信号７をモニタリングし、信号急変（ａ−ｄ；図４ａ）が発生したとき、しきい値が特定される方法が使用されてもよい。信号急変の方向に応じてそれぞれ、この信号急変は、あるセグメントから次のより高いセグメントへの移行または次のより低いセグメントへの移行を意味する。セグメントの移行はセグメント・カウンタにより記録され、セグメント・カウンタは設定セグメント値ＳＮ（図４ｂ）を増分または減分する。セグメント値ＳＮおよび実際測定角から、評価ユニット４は再構成された角信号９（図４ｃ）を簡単に計算することができ、角信号９はセンサ２の初期化以後の運動線図を一義的に再現する。
【００１１】
自動車におけるかじ取りハンドル角測定の場合、センサ２の初期化時点（例えば、点火オン）において、通常、回転軸１は軸の０位置付近に存在するものと仮定される。しかしながら、センサの初期化において回転軸１がセグメントＳ０以外に（例えば、４００°または５００°に）存在する場合、センサ信号７は、この０オフセットに関してそれに対応して補正されなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、周期特性曲線を有する回転角センサのセンサ信号から、回転対象物の０位置に関する一義的な全体角を決定することが可能な方法と、それに対応する回転角センサ装置とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、セグメント間で特性曲線急変が発生する、多数のセグメントを含む周期特性曲線を有しており、且つ最小セグメントおよび最大セグメントにより制限された制限角範囲を測定する回転角センサのスタート・セグメントの決定方法において、センサ信号を評価ユニットに読み込むステップと、センサ信号の正および負の信号急変を測定するステップと、信号急変を特定したとき、数値を発生するステップと、最大セグメント数と、回転角センサの初期化以後に決定された最大数とから、最大妥当スタート・セグメントを計算し、且つ、最小セグメント数と、回転角センサの初期化以後に決定された最小数とから、最小妥当スタート・セグメントを計算するステップと、最大妥当スタート・セグメントが最小妥当スタート・セグメントに等しいときに、スタート・セグメントを決定するステップと、を含む。
【００１４】
また、本発明によれば、セグメント間で特性曲線急変が発生する、多数のセグメントを含む周期特性曲線を有しており、且つ、最小セグメントおよび最大セグメントの間の制限角範囲のみを測定する回転角センサと、信号急変を有するセンサ信号が供給される評価ユニットとを備えた回転角センサ装置において、評価ユニットが、センサ信号内の正および負の信号急変を測定すること、信号急変を特定したとき、数値を発生すること、最大セグメント数と、回転角センサの初期化以後に決定された最大数とから、最大妥当スタート・セグメントを計算し、且つ、最小セグメント数と、回転角センサの初期化以後に決定された最小数とから、最小妥当スタート・セグメントを計算すること、およびこれからスタート・セグメントを決定し、且つセンサ信号またはこれから導かれた信号をそれに対応して補正することを可能にするように形成されている。
【００１５】
本発明の本質的な考え方は、回転運動中にスタート・セグメントとして可能なセグメントを限定すること、および存在するセンサ出力信号を考慮して妥当ではない信号、即ちスタート・セグメントとして問題となりえない信号を順次に除外することにある。回転角センサの初期化においてスタート・セグメントは未だ決定されてなく、且つ最大セグメントＳＮｍａｘおよび最小セグメントＳＮｍｉｎの間に存在することになる。セグメントＳＮｍｉｎおよびＳＮｍａｘは、所定の測定範囲限界（例えば、−８００°および＋８００°におけるかじ取りハンドルの右および左のストッパ）により決定されている。回転運動中に、この範囲は、スタート・セグメントが一義的に決定可能になるまで限定される。
【００１６】
例えば回転運動により、センサ信号においてセグメントＳＮからセグメントＳＮ＋１への信号急変が行われた場合、セグメントＳＮは最大セグメントではあり得ない。したがって、セグメントＳＮｍａｘはスタート・セグメントとしては妥当ではないので除外されている。同様のことは、セグメントＳＮからセグメントＳＮ−１への移行を意味する、センサ信号の信号急変における最小セグメントＳＮｍｉｎに対しても適用される。このようにして、スタート・セグメントとして可能なセグメント（最初、これは最小セグメントＳＮｍｉｎおよび最大セグメントＳＮｍａｘの間の全てのセグメントであってもよい）は、スタート・セグメントが正確に決定可能となるまでステップごとに限定することができる。
【００１７】
この場合、本発明によるスタート・セグメントの決定方法は、本質的に次のステップ、即ち、信号急変を有するセンサ信号を評価ユニットに読み込むステップを有し、評価ユニットは、センサ信号における正および負の信号急変を測定し、且つ信号急変を特定したときに、数値Ｚを発生可能である。ここで、数値Ｚは、回転角カウンタの初期化以後のセグメント移行数をカウントした、カウンタのカウント値である。評価ユニットは、最大セグメント数ＳＮｍａｘと、センサの初期化以後に決定された最大数Ｚｍａｘとから、最大妥当スタート・セグメントＳＮｐｌｍａｘを計算し、且つ、最小セグメント数ＳＮｍｉｎと、回転角センサの初期化以後に決定された最小数Ｚｍｉｎとから、最小妥当セグメントＳＮｐｌｍｉｎを計算する。十分な数のセグメント移行後に、最小妥当スタート・セグメントＳＮｐｌｍｉｎおよび最大妥当スタート・セグメントＳＮｐｌｍａｘが一致したとき、これによりスタート・セグメント（即ち、回転角センサの初期化において存在するセグメント）が検出される。センサ信号、またはこれから導かれた、例えば再構成された角信号のような信号は、ここでスタート・セグメントに関して補正することができる。
【００１８】
特に、信号急変を有するセンサ信号は、決定された信号数に基づいて一義的な角信号に再構成され、且つ再構成された角信号がスタート・セグメントに関して補正されることが好ましい。
【００１９】
本発明による回転角センサ装置は、セグメント間に特性曲線急変が発生する、多数のセグメントを含む周期特性曲線を有する回転角センサと、評価ユニットとを含み、この場合、回転角センサは最小セグメントおよび最大セグメントの間の制限された角範囲のみを測定する。この場合、センサ信号が供給される評価ユニットは、上記の方法のいずれかを実行可能なように形成されている。
【００２０】
以下に本発明を例とし添付図面により詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１−図４ｃの説明に関しては冒頭の記載が参照される。
図５は、周期特性曲線５（図３ａ）を有する回転角センサ（かじ取りハンドル角）２と、評価ユニット４として走行動特性制御装置（ＥＳＰ）とを含む回転角センサ装置を示す。
【００２２】
この場合、評価ユニット４は、回転角センサ２から供給された一義的でないセンサ信号（図４ａ参照）を、最初に再構成されたセンサ信号９（図４ｃ参照）に変換し（信号再構成手段２７）、および再構成センサ信号９をスタート・セグメントに関して補正する（スタート・セグメント補正手段２８）ように形成されている。ここで、スタート・セグメント検出手段２９は、スタート・セグメント（＝０オフセット）を検出するために使用される。この方法の結果は、例えば、−８００°および＋８００°の間の全測定範囲内の値をとることができる一義的なかじ取りハンドル角Ｌｗｉｎである。
【００２３】
スタート・セグメント検出手段２９における、スタート・セグメント（回転角センサ２の初期化において回転軸１ないしかじ取りハンドルが存在するセグメント）の検出を以下に例として詳細に説明する。
【００２４】
回転角センサ２の初期化（点火オン）において、かじ取りハンドルは任意の位置に存在してもよく、即ち関連のセグメントＳはわかっていない。即ち、スタート・セグメントはＳＮｍｉｎおよびＳＮｍａｘの間の範囲内に存在することができる。通常は、かじ取りハンドルは０位置（０°）に存在し、したがって、スタート・セグメントに数値 Ｚ＝０ が割り当てられていることから出発する。上記のように、数値Ｚは、センサ信号７に負の信号急変ａ、ｄが存在したときには増分され、正の信号急変ｂ、ｃが存在したときには減分される。時点ｔ１（図４ａ参照）において負の信号急変ａが行われた場合、数値Ｚはそれに対応して増分される（図６参照）。このことから、時点ｔ１において、スタート・セグメントは、最大セグメント ＳＮｍａｘ＝５ ではなかったことが推測可能である。したがって、最大セグメント ＳＮｍａｘ＝５ は妥当ではないものとして除外することができる（陰影範囲参照）。
【００２５】
時点ｔ２において、数値Ｚが急激に値０に戻ったとする。このことから、可能なスタート・セグメントに関する新たな知見を得ることはできない。正の信号急変ｃに基づいて、数値Ｚが値−１に減分された時点ｔ３においてはじめて、最小セグメント ＳＮｍｉｎ＝−５ は、可能な妥当なスタート・セグメントとして除外することができる。
【００２６】
それ以後、可能なスタート・セグメントに関する新たな知見をそれから得ることができないかじ取り運動のみが実行される。数値Ｚが値−２に急に戻った時点ｔ５においてはじめて、セグメントＳ-4もまた、可能な妥当なスタート・セグメントとして除外することができる。スタート・セグメントとして可能なセグメントは、十分に大きなかじ取り運動において、最終的に可能なセグメントＳがスタート・セグメントとしてなお残っているまでさらに限定される。ＳＮｍｉｎおよびＳＮｍａｘの間の全セグメントＳが実行されたとき、スタート・セグメントを決定することができる。
【００２７】
以下に、評価ユニット４で実行可能な、上記の方法の数学的表示を説明する。スタート・セグメントは、最初に、回転角センサ２の初期化において、測定範囲限界ＳＮｍｉｎおよびＳＮｍａｘの間の各セグメントであってもよい。即ち、この状態においては可能な全てのセグメントＳが妥当である。セグメントの急変ａ−ｄが発生したとき、最大および最小妥当スタート・セグメントＳＮｐｌｍａｘ、ＳＮｐｌｍｉｎを決定することができ、この場合、以下が成立する。
【００２８】
【数１】
2004191378.tif 000003
【００２９】
ここで、Ｚｍａｘ、Ｚｍｉｎは、回転角センサ２の初期化（点火オン）以後に発生した最大数ないし最小数Ｚである。
多数のかじ取りハンドル回転を介しての十分に大きな数のセグメント移行後に、妥当な範囲が１つの妥当なセグメントのみに限定され、且つ、ＳＮｐｌｍａｘ＝ＳＮｐｌｍｉｎ＝スタート・セグメント が成立したとき、スタート・セグメントが検出されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】回転軸の回転角を測定するための測定装置の一例を示す略原理図である。
【図２】図２ａは従来技術から既知の回転角センサの特性曲線線図であり、図２ｂは図２ａの回転角センサのセンサ信号線図である。
【図３】図３ａは周期特性曲線を有する既知の回転角センサのセンサ特性曲線線図であり、図３ｂは図３ａのセンサのセンサ出力信号線図である。
【図４】図４ａは周期特性曲線を有する回転角センサのセンサ信号線図であり、図４ｂは、図４ａの信号が存在したときのセグメント・カウンタのカウント値線図であり、図４ｃは再構成角信号線図である。
【図５】周期特性曲線を有するセンサのセンサ信号の再構成および０点補正に関する系統図である。
【図６】回転角センサ２により測定可能な、最小セグメントＳＮｍｉｎおよび最大セグメントＳＮｍａｘの間の全角範囲（例えば−８００°ないし＋８００°の自動車かじ取りハンドル旋回角）を示した線図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    回転軸
２    回転角センサ
３    伝送器
４    評価ユニット
５    特性曲線
６    運動線図
７    センサ信号
８    特性曲線急変
９    再構成センサ信号
２７    信号再構成手段
２８    スタート・セグメント補正手段
２９    スタート・セグメント検出手段
Ｓ    セグメント
−ｐ、＋ｐ    セグメント限界
Ｚ    数値
αS    センサ角
αL    測定角
ｔ    時間
ＳＮｍｉｎ    最小セグメント数
ＳＮｍａｘ    最大セグメント数
ＳＮｐｌｍｉｎ    最小妥当セグメント
ＳＮｐｌｍａｘ    最大妥当セグメント
【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】
2004191378.tif 000008
【図６】
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