(57)【要約】【課題】  出力信号のみで故障判定することが出来る回転角度検出装置の提供。【解決手段】  個数が互いに素である第１，２ターゲット３ｂ，３ｃが、同軸的に回転する回転体１２ｂ，１２ｃにそれぞれ設けられ、ターゲット３ｂ，３ｃにそれぞれ対向配置され、回転体１２ｂ，１２ｃが回転するに従って、ターゲット３ｂ，３ｃの各位置に応じて互いに位相が異なる検出信号を出力する各複数の検出手段Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが、それぞれ出力した検出信号に基づき、回転体１２ｂ，ｃの回転角度を検出する回転角度検出装置。複数の検出手段（Ｃ，Ｄ又はＥ，Ｆ）が出力した複数の検出信号がそれぞれ取るべき値とその値を含む所定範囲とを、複数の検出信号の相互関係に対応させた組合わせとして記憶するマップ１５と、複数の検出手段（Ｃ，Ｄ又はＥ，Ｆ）がそれぞれ出力した検出信号の組合わせが、マップ１５に含まれるか否かを判定する手段とを備えている。【選択図】        図１
2005195362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に設けられた１又は複数の第１ターゲットと、該第１ターゲットの個数と互いに素である個数が前記回転体又は該回転体と同軸的に回転する他の回転体に設けられた第２ターゲットと、前記第１ターゲット及び第２ターゲットにそれぞれ対向配置され、前記回転体が回転するに従って、前記第１ターゲット及び第２ターゲットの各位置に応じてそれぞれ互いに位相が異なる検出信号を出力する各複数の検出手段とを備え、該検出手段がそれぞれ出力した検出信号に基づき、前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
前記複数の検出手段が出力した複数の検出信号がそれぞれ取るべき値と該値を含む所定範囲とを、前記複数の検出信号の相互関係に対応させた組合わせとして記憶するマップと、前記複数の検出手段がそれぞれ出力した検出信号の組合わせが、前記マップに含まれるか否かを判定する手段とを備え、該手段が含まれないと判定したときは、前記複数の検出手段の何れかが故障であると判定すべくなしてあることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
連結軸により連結された第１軸及び第２軸にそれぞれ回転体が同軸に設けられ、該回転体にそれぞれ１又は複数のターゲットが設けられ、該ターゲットにそれぞれ対向配置された複数の検出手段が、前記回転体が回転するに従って、前記ターゲットの位置に応じて互いに位相が異なる検出信号を出力し、前記検出手段がそれぞれ出力した検出信号に基づき、前記第１軸又は第２軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置において、
前記複数の検出手段が出力した複数の検出信号がそれぞれ取るべき値と該値を含む所定範囲とを、前記複数の検出信号の相互関係に対応させた組合わせとして記憶するマップと、前記複数の検出手段がそれぞれ出力した検出信号の組合わせが、前記マップに含まれるか否かを判定する手段とを備え、該手段が含まれないと判定したときは、前記複数の検出手段の何れかが故障であると判定すべくなしてあることを特徴とするトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体に設けられた１又は複数の第１ターゲットと、第１ターゲットの個数と互いに素である個数が回転体に設けられた第２ターゲットと、第１ターゲット及び第２ターゲットにそれぞれ対向配置され、回転体が回転するに従って、第１ターゲット及び第２ターゲットの各位置に応じてそれぞれ互いに位相が異なる検出信号を出力する各複数の検出手段とを備え、検出手段がそれぞれ出力した検出信号に基づき、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置及びこの回転角度検出装置を備えるトルク検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の舵取装置に、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置がある。これは、操舵部材（ステアリングホイール）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルクセンサが入力軸に加わる操舵トルクを検出し、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき、出力軸に連動する操舵補助用の電動モータを駆動制御するものであり、回転角度検出装置及びトルクセンサ（トルク検出装置）を必要としている。
【０００３】
本願出願人は、操舵部材に連結された第１軸、及び舵取機構に連結された第２軸が連結軸により連結され、第１軸及び第２軸にそれぞれ回転体が同軸に設けられ、回転体にそれぞれ１又は複数のターゲットが設けられ、ターゲットにそれぞれ対向配置された２つの検出手段が、回転体が回転するに従って、ターゲットの位置に応じて互いに位相が異なる検出信号を出力し、検出手段がそれぞれ出力した検出信号に基づき、第１軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに応じて操舵補助すると共に、検出信号毎の極大値及び極小値の差を求める手段と、その求めた検出信号毎の差を相互に比較する手段と、その比較結果に基づき検出手段の何れかが故障しているか否かを判定する故障判定手段とを備える電動パワーステアリング装置を、特願２００２−１４９８２０において提案している。
【特許文献１】特開２００３−８３８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の上述した電動パワーステアリング装置等の回転角度検出装置及びトルク検出装置では、検出手段の故障は、操舵部材の操作に伴う検出信号の値（例えば、極大値、極小値、交点等）を監視して行き、所定の条件になったときに、故障の判定を行っていた。その為、操舵部材が操作されないときは、出力信号のみで検出手段の故障を判定することは出来ないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、操舵部材が操作されないときでも、出力信号のみで検出手段の故障を判定することが出来る回転角度検出装置を提供することを目的とする。
第２発明では、操舵部材が操作されないときでも、出力信号のみで検出手段の故障を判定することが出来るトルク検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明に係る回転角度検出装置は、回転体に設けられた１又は複数の第１ターゲットと、該第１ターゲットの個数と互いに素である個数が前記回転体又は該回転体と同軸的に回転する他の回転体に設けられた第２ターゲットと、前記第１ターゲット及び第２ターゲットにそれぞれ対向配置され、前記回転体が回転するに従って、前記第１ターゲット及び第２ターゲットの各位置に応じてそれぞれ互いに位相が異なる検出信号を出力する各複数の検出手段とを備え、該検出手段がそれぞれ出力した検出信号に基づき、前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置において、前記複数の検出手段が出力した複数の検出信号がそれぞれ取るべき値とその値を含む所定範囲とを、前記複数の検出信号の相互関係に対応させた組合わせとして記憶するマップと、前記複数の検出手段がそれぞれ出力した検出信号の組合わせが、前記マップに含まれるか否かを判定する手段とを備え、該手段が含まれないと判定したときは、前記複数の検出手段の何れかが故障であると判定すべくなしてあることを特徴とする。
【０００７】
第２発明に係るトルク検出装置は、連結軸により連結された第１軸及び第２軸にそれぞれ回転体が同軸に設けられ、該回転体にそれぞれ１又は複数のターゲットが設けられ、該ターゲットにそれぞれ対向配置された複数の検出手段が、前記回転体が回転するに従って、前記ターゲットの位置に応じて互いに位相が異なる検出信号を出力し、前記検出手段がそれぞれ出力した検出信号に基づき、前記第１軸又は第２軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置において、前記複数の検出手段が出力した複数の検出信号がそれぞれ取るべき値とその値を含む所定範囲とを、前記複数の検出信号の相互関係に対応させた組合わせとして記憶するマップと、前記複数の検出手段がそれぞれ出力した検出信号の組合わせが、前記マップに含まれるか否かを判定する手段とを備え、該手段が含まれないと判定したときは、前記複数の検出手段の何れかが故障であると判定すべくなしてあることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１発明に係る回転角度検出装置によれば、回転体が回転しないときでも、出力信号のみで検出手段の故障を判定することが出来る回転角度検出装置を実現することが出来る。また、検出手段の断線、地絡又は中間の故障のみでなく、検出手段の劣化による出力信号波形の規格外れをも検出することが出来る。
【０００９】
第２発明に係るトルク検出装置によれば、回転体が回転しないときでも、出力信号のみで検出手段の故障を判定することが出来るトルク検出装置を実現することが出来る。また、検出手段の断線、地絡又は中間の故障のみでなく、検出手段の劣化による出力信号波形の規格外れをも検出することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る回転角度検出装置及びトルク検出装置の実施の形態の要部構成を示す模式図である。この回転角度検出装置及びトルクセンサ４（トルク検出装置）は、電動パワーステアリング装置に使用されており、上端を操舵部材１（ハンドル）に連結された入力軸６（回転体、第１軸）と、下端を舵取機構のピニオン８に連結された出力軸７（回転体、第２軸）とを、細径のトーションバー９（連結軸）を介して同軸状に連結し、操舵部材１と舵取機構とを連絡する操舵軸１３が構成されており、入力軸６及び出力軸７の連結部近傍は以下のように構成されている。
【００１１】
入力軸６には、出力軸７との連結側端部近傍に、円板形をなすターゲット板１２ａが同軸状に外嵌固定されている。ターゲット板１２ａの外周面には、磁性体製の突起であるターゲット３ａが、例えば３４個、周方向に等間隔で突設されている。ターゲット３ａは、インボリュート歯形を有する平歯車の歯からなり、環状の平歯車がターゲット板１２ａ及びターゲット３ａを構成している。
【００１２】
出力軸７には、入力軸６との連結側端部近傍に、円板形をなすターゲット板１２ｂ，１２ｃ（回転体）が同軸状に、ターゲット板１２ｂを入力軸６側にして外嵌固定されている。ターゲット板１２ｂの外周面には、磁性体製の突起であるターゲット３ｂが、ターゲット３ａと同数の３４個、ターゲット３ａと周方向に揃えて等間隔で突設され、ターゲット板１２ｃの外周面には、磁性体製の突起であるターゲット３ｃが、ターゲット３ｂの個数と互いに素である個数、例えば３３個、周方向に等間隔で突設されている。ここで、互いに素であるとは、１以外の公約数を持たないことを意味する。
ターゲット３ｂ，３ｃは、インボリュート歯形を有する平歯車の歯からなり、環状の平歯車がターゲット板１２ｂ，１２ｃ及びターゲット３ｂ，３ｃを構成している。
【００１３】
ターゲット板１２ａ，１２ｂ，１２ｃの外側には、それぞれの外周のターゲット３ａ，３ｂ，３ｃの外縁を臨むようにセンサボックス１１が配設されている。センサボックス１１は、入力軸６及び出力軸７を支承するハウジング（図示せず）等の動かない部位に固定支持されている。センサボックス１１の内部には、入力軸６側のターゲット３ａの周方向に異なる部位に対向する磁気センサＡ，Ｂ（検出手段）と、出力軸７側のターゲット３ｂの周方向に異なる部位に対向する磁気センサＣ，Ｄ（検出手段）とが、周方向位置を正しく合わせて収納されている。また、出力軸７側のターゲット３ｃの周方向に異なる部位に対向する磁気センサＥ，Ｆ（検出手段）が収納されている。
【００１４】
磁気センサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化する特性を有する素子を用い、対向するターゲット３ａ，３ｂ，３ｃの近接する部位に応じて検出信号が変わるように構成されたセンサであり、これらの検出信号は、センサボックス１１外部又は内部のマイクロプロセッサを用いてなる演算処理回路１０に与えられている。
【００１５】
演算処理回路１０には、出力軸７が回転したときの回転角度と磁気センサＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆの実測した各検出信号の値とを対応させて記憶しているテーブル１４が内蔵されている。また、図６に示すようなイメージの、磁気センサＡ，Ｂの各検出信号の値及びその値を含む所定範囲と電気角とを対応させ組合せて、つまり、検出信号の値とその値を含む所定範囲とを、各検出信号の相互関係に対応させた組合せとして記憶しているマップ１５が内蔵されている。マップ１５は、磁気センサＣ，Ｄの各検出信号及び磁気センサＥ，Ｆの各検出信号の各組にも適用可能である。
磁気センサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、各ターゲット３ａ，３ｂ，３ｃの通過に応じて正弦波に近似した検出信号を出力する。この検出信号は、上昇から下降に又は下降から上昇に転換する付近で非線形的な変化率が最大となるが、以下の信号処理方法により補完することが出来る。
【００１６】
このような構成のトルクセンサ４では、各磁気センサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、対応するターゲット３ａ，３ｂ，３ｃがそれぞれのセンサとの対向位置を通過する間、それぞれ図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、入力軸６，７の各回転角度の変化に応じて、上昇し下降する検出信号を出力する。
【００１７】
磁気センサＡ，Ｂの検出信号は、これらに対応するターゲット３ａが設けられた入力軸６の回転角度に対応するものとなり、磁気センサＣ，Ｄの検出信号は、これらに対応するターゲット３ｂが設けられた出力軸７の回転角度に対応するものとなり、磁気センサＥ，Ｆの検出信号は、これらが対向するターゲット３ｃが設けられた出力軸７の回転角度に対応するものとなる。
従って、演算処理回路１０は、磁気センサＡ，Ｂの検出信号から入力軸６の相対回転角度を算出することができ、演算処理回路１０及び磁気センサＡ，Ｂは入力軸６の回転角度検出装置として作動する。また、演算処理回路１０は、磁気センサＣ，Ｄの検出信号から出力軸７の相対回転角度を算出することができ、演算処理回路１０及び磁気センサＣ，Ｄは出力軸７の回転角度検出装置として作動する。
【００１８】
入力軸６にトルクが加わった場合、磁気センサＡ，Ｂの各検出信号と磁気センサＣ，Ｄの各検出信号とには差が生じる。
磁気センサＡ，Ｃと磁気センサＢ，Ｄとは、ターゲット板１２ａ，１２ｂの周方向に、例えば電気角９０°位相を異ならせている。それぞれの検出信号は、上昇及び下降の転換点である極大値及び極小値で非線形的な変化率が最大となるが、位相が異なっている為、相互に補完させることが出来る。尚、補完が可能であれば、異なる位相角度は電気角１°〜３６０°未満の何れでも良い。
【００１９】
ここで、磁気センサＡの検出信号と磁気センサＣの検出信号との差、又は磁気センサＢの検出信号と磁気センサＤの検出信号との差は、入力軸６と出力軸７との回転角度の差（相対角度変位）に対応するものとなる。この相対角度変位は、入力軸６に加わるトルクの作用下において、入力軸６と出力軸７とを連結するトーションバー９に生じる捩れ角度に対応する。従って、前述した検出信号の差に基づいて入力軸６に加わるトルクを算出することが出来る。
【００２０】
また、磁気センサＥ及び磁気センサＦは、磁気センサＣ及び磁気センサＤと同様に、ターゲット板１２ｃの周方向に、電気角９０°位相が異なっているが、磁気センサＣ及び磁気センサＤに対向するターゲット３ｂの個数が３４個であるのに対して、磁気センサＥ及び磁気センサＦに対向するターゲット３ｃの個数は３３個である。従って、磁気センサＣ，Ｅ及び磁気センサＤ，Ｆは、図３に示すように、出力軸７が１位相回転する都度、１／３４位相宛、それぞれ互いに位相がずれて行く検出信号を出力する。
【００２１】
磁気センサＣ，Ｅのみ又は磁気センサＤ，Ｆのみでは、図３に示すように、出力軸７が３６０°回転する間に、同じ検出信号値の組が２回出現するので、出力軸７の回転角度（絶対回転角度、絶対舵角）を特定出来ないが、磁気センサＣ，Ｅ，Ｄ，Ｆの各検出信号値を上記テーブル１４で参照することにより、出力軸７の回転角度を特定することが出来る。
【００２２】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の動作を、それを示す図４，５のフローチャートを参照しながら説明する。
演算処理回路１０は、トルク及び絶対舵角を検出するに際して、先ず、磁気センサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの故障検出を実行する（図４Ｓ１）。
演算処理回路１０は、磁気センサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの故障検出（Ｓ１）では、先ず、磁気センサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの検出信号Ａ（θ），Ｂ（θ），Ｃ（θ），Ｄ（θ），Ｅ（θ），Ｆ（θ）を読み込む（図５Ｓ２０）。
【００２３】
演算処理回路１０は、次に、マップ１５を参照して、磁気センサＡ，Ｂの検出信号Ａ（θ），Ｂ（θ）の組合せ（相互関係）が、マップ１５に含まれているか否かを判定する（Ｓ２１）。例えば、マップ１５のイメージを示す図６において、検出信号Ａ（θ）がＡ２（θ）〜Ａ１（θ）の範囲にあるときに、検出信号Ｂ（θ）がＢ２（θ）〜Ｂ１（θ）の範囲にあるか否か、検出信号Ａ（θ）がＡ４（θ）〜Ａ３（θ）の範囲にあるときに、検出信号Ｂ（θ）がＢ４（θ）〜Ｂ３（θ）の範囲にあるか否か等を判定し、範囲になければ（否であれば）、含まれていないと判定する。
【００２４】
これは、電気角が分からない段階でも、マップ１５において電気角毎に実行して行くことにより、判定可能である。
演算処理回路１０は、磁気センサＡ，Ｂの検出信号Ａ（θ），Ｂ（θ）の組合せが、マップ１５に含まれていなければ（Ｓ２１）、磁気センサＡ，Ｂの何れか又は両方が故障であると判定する（Ｓ２４）。
【００２５】
演算処理回路１０は、次に、磁気センサＣ，Ｄの検出信号Ｃ（θ），Ｄ（θ）の組合せ（相互関係）が、マップ１５に含まれているか否かを、検出信号Ａ（θ），Ｂ（θ）の組合せの場合と同様に判定する（Ｓ２２）。
演算処理回路１０は、磁気センサＣ，Ｄの検出信号Ｃ（θ），Ｄ（θ）の組合せが、マップ１５に含まれていなければ（Ｓ２２）、磁気センサＣ，Ｄの何れか又は両方が故障であると判定する（Ｓ２５）。
【００２６】
演算処理回路１０は、次に、磁気センサＥ，Ｆの検出信号Ｅ（θ），Ｆ（θ）の組合せ（相互関係）が、マップ１５に含まれているか否かを、検出信号Ａ（θ），Ｂ（θ）の組合せの場合と同様に判定し（Ｓ２３）リターンする。
演算処理回路１０は、磁気センサＥ，Ｆの検出信号Ｅ（θ），Ｆ（θ）の組合せが、マップ１５に含まれていなければ（Ｓ２３）、磁気センサＥ，Ｆの何れか又は両方が故障であると判定し（Ｓ２６）リターンする。
【００２７】
演算処理回路１０は、磁気センサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの故障検出を実行した（Ｓ１）結果、磁気センサＡ，Ｂの一方又は両方を故障と判定したとき（Ｓ２）、トルクセンサ４の故障を示す第１故障信号を出力した（Ｓ５）後、磁気センサＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆにより絶対舵角を検出して（Ｓ６）出力し（Ｓ７）リターンする。
【００２８】
演算処理回路１０は、磁気センサＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆの内の１つ以上を故障と判定したとき（Ｓ３）、トルクセンサ４及び回転角度検出装置（絶対舵角検出装置）の故障を示す第２故障信号を出力して（Ｓ４）リターンする。
演算処理回路１０は、磁気センサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを故障と判定しなかったとき（Ｓ３）、トルク演算及び絶対舵角検出を実行して（Ｓ８）、検出したトルク値及び絶対舵角を出力し（Ｓ９）リターンする。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る回転角度検出装置及びトルク検出装置の実施の形態の要部構成を示す模式図である。
【図２】磁気センサの各検出信号の例を示す波形図である。
【図３】対向するターゲットの個数が異なる磁気センサの各検出信号の例を示す波形図である。
【図４】本発明に係る回転角度検出装置及びトルク検出装置の演算処理回路の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る回転角度検出装置及びトルク検出装置の演算処理回路の動作を示すフローチャートである。
【図６】マップのイメージを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  操舵部材
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ  磁気センサ（検出手段）
３ａ，３ｂ，３ｃ  ターゲット
４  トルクセンサ
６  入力軸（第１軸、回転体）
７  出力軸（第２軸、回転体）
８  ピニオン（舵取機構）
９  連結軸（トーションバー）
１０  演算処理回路
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  ターゲット板（回転体）
１４  テーブル
１５  マップ
【図１】
2005195362.tif 000003
【図２】
2005195362.tif 000004
【図３】
2005195362.tif 000005
【図４】
2005195362.tif 000006
【図５】
2005195362.tif 000007
【図６】
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