JP2004264155A

JP2004264155A - 回転角度検出装置及びトルク検出装置

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Publication number: JP2004264155A
Application number: JP2003054893A
Authority: JP
Inventors: Naoki Maeda; 直樹前田; Masami Naka; 正美仲
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: US6957590B2; US20040168524A1; EP1467183A2; JP4120425B2; EP1467183A3

Abstract

【課題】組み付け誤差及び軸振れ等によりターゲット及び検出手段間の間隙が変動しても、その影響を小さくすることが出来る回転角度検出装置の提供。
【解決手段】回転体６に設けられた磁性体製のターゲット３ａに対向配置され、回転体６が回転するに従って、互いに位相が異なる検出信号を出力する複数の検出手段Ａ，Ｂの各検出信号により所定の演算を行う演算手段と、演算手段が予め行った演算結果と検出信号の電気角とを対応させたテーブル２ａとを備え、演算手段の演算結果によりテーブル２ａを参照して、検出信号の電気角を求め、求めた電気角に基づき回転体６の回転角度を検出する回転角度検出装置。ターゲット３ａ及び検出手段Ａ，Ｂ間の間隙がそれぞれ異なる場合の複数のテーブル２ａ〜２ｃと、検出手段のＡ，Ｂ各検出信号に基づき間隙を判定する判定手段とを備え、判定した間隙のテーブルを参照して検出信号の電気角を求める構成である。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体に設けられた１又は複数の磁性体製の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、ターゲットの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複数の検出手段と、検出手段がそれぞれ出力した検出信号により所定の演算を実行する演算手段と、演算手段が予め実行した演算結果と検出信号の電気角とを対応させて記憶するテーブル、又は演算結果と検出信号の電気角との関係を示す変換式を有する変換手段とを備え、演算手段が実行した演算結果によりテーブルを参照して、又はその演算結果を変換手段により変換して、検出信号の電気角を求め、求めた電気角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トルク検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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る。
【０００３】
本願出願人は、回転体に設けられた１又は複数の磁性体製のターゲットに対向配置された複数の検出手段が、回転体が回転するに従って、ターゲットの各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より所定の演算を実行する演算手段と、演算手段が予め実行した演算結果と検出信号の電気角との関係を記憶する記憶手段と、演算手段が実行した演算結果により記憶手段を参照して、検出信号の電気角を求める手段とを備え、求めた電気角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たトルク検出装置を、特願２００２−１４９８１９において提案している。
【０００４】
【特許文献１】
特公平５−６２９３６号公報
【特許文献２】
特開平９−１８９６２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した回転角度検出装置及びトルク検出装置では、ターゲット及び磁気センサ（検出手段；ＭＲセンサ又はホールセンサ等）間のギャップ（間隙）によって、演算結果と検出信号の電気角との関係が異なる為、設計通りのギャップに組み付け出来なかった場合、及びターゲットの軸振れが大きい場合には、演算エラーが生じるという問題がある。
【０００６】
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１，２発明では、組み付け誤差及び軸振れ等によりターゲット及び検出手段間の間隙が変動しても、その影響を小さく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３発明では、組み付け誤差及び軸振れ等によりターゲット及び検出手段間の間隙が変動しても、その影響を小さく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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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又は複数の磁性体製の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、前記ターゲットの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複数の検出手段と、該検出手段がそれぞれ出力した検出信号により所定の演算を実行する演算手段と、該演算手段が予め実行した演算結果と前記検出信号の電気角とを対応させて記憶するテーブル、又は前記演算結果と検出信号の電気角との関係を示す変換式を有する変換手段とを備え、前記演算手段が実行した演算結果により前記テーブルを参照して、又は前記演算結果を前記変換手段により変換して、前記検出信号の電気角を求め、求めた電気角に基づき前記回転体の回転角度を検出すべくなしてある回転角度検出装置であって、前記ターゲット及び検出手段間の間隙がそれぞれ異なる場合の複数の前記テーブル又は複数の前記変換手段と、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間隙を判定する判定手段とを備え、該判定手段が判定した間隙の前記テーブルを参照して、又は前記間隙の変換手段により変換して、前記検出信号の電気角を求めるべくなしてあることを特徴とする。
【０００８】
この回転角度検出装置では、回転体に設けられた１又は複数の磁性体製の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、ターゲットの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複数の検出手段がそれぞれ出力した検出信号により、演算手段が所定の演算を実行し、テーブルが、予め実行した演算結果と検出信号の電気角とを対応させて記憶する。又は変換手段が、予め実行した演算結果と検出信号の電気角との関係を示す変換式を有する。演算手段が実行した演算結果によりテーブルを参照して、又はその演算結果を変換手段により変換して、検出信号の電気角を求め、求めた電気角に基づき回転体の回転角度を検出する。
【０００９】
この回転角度検出装置では、また、ターゲット及び検出手段間の間隙がそれぞれ異なる場合の複数のテーブル又は複数の変換手段を備え、検出手段がそれぞれ出力した検出信号に基づきターゲット及び検出手段間の間隙を判定し、判定した間隙のテーブルを参照して、又は判定した間隙の変換手段により変換して、検出信号の電気角を求める。
これにより、組み付け誤差及び軸振れ等によりターゲット及び検出手段間の間隙が変動しても、その影響を小さく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。
【００１０】
第２発明に係る回転角度検出装置は、前記判定手段が判定した間隙が、前記複数のテーブル又は複数の変換手段の各間隙の何れかであるか否かを判定する手段と、該手段が否と判定したときは、前記判定手段が判定した間隙の直近である２つの間隙の前記テーブル又は変換手段により、前記検出信号の電気角を補間により算出する手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１１】
この回転角度検出装置では、判定手段が判定した間隙が、複数のテーブル又は複数の変換手段の各間隙の何れかであるか否かを判定し、否と判定したときは、判定手段が判定した間隙の直近である２つの間隙のテーブル又は変換手段により、検出信号の電気角を補間により算出する。
これにより、組み付け誤差及び軸振れ等によりターゲット及び検出手段間の間隙が変動しても、その影響を小さくすることが出来ると共に、テーブル又は変換手段を少なく出来るので、メモリ容量を小さく出来る回転角度検出装置を実現することが出来る。
【００１２】
第３発明に係るトルク検出装置は、請求項１又は２に記載された回転角度検出装置を、連結軸により連結された第１軸及び第２軸に備え、該第１軸及び第２軸がそれぞれ備える回転角度検出装置が検出した第１軸及び第２軸の各回転角度に基づき、該第１軸又は第２軸に加わるトルクを検出すべくなしてあることを特徴とする。
【００１３】
このトルク検出装置では、連結軸により連結された第１軸及び第２軸がそれぞれ備える、請求項１又は２に記載された回転角度検出装置が検出した第１軸及び第２軸の各回転角度に基づき、第１軸又は第２軸に加わるトルクを検出するので、組み付け誤差及び軸振れ等によりターゲット及び検出手段間の間隙が変動しても、その影響を小さく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。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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を備える電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵軸（図示せず）に加えられたトルクを検出するトルクセンサ４（トルク検出装置）の演算処理回路１０から、トルクセンサ４が検出したトルク値及び絶対舵角が、インターフェイス回路１６を介してマイクロコンピュータ２２へ与えられている。
【００１５】
マイクロコンピュータ２２には、車速を検出する車速センサ２０の検出信号が、インターフェイス回路２１を介して与えられる。
マイクロコンピュータ２２から出力されるリレー制御信号がリレー駆動回路１５へ入力され、リレー駆動回路１５はリレー制御信号に従ってフェイルセーフリレー１５ａをオン又はオフさせる。
【００１６】
マイクロコンピュータ２２は、トルク値、車速、絶対舵角及び後述するモータ電流に基づき、メモリ１８内のトルク／電流テーブル１８ａを参照することにより、モータ制御信号を作成し、作成したモータ制御信号（出力レベル、回転方向）はモータ駆動回路１９へ与えられる。モータ駆動回路１９は、与えられたモータ制御信号に基づき、操舵補助用モータ２４を回転駆動させる。
モータ駆動回路１９に流れる操舵補助用モータ２４のモータ電流は、モータ電流検出回路１７により検出され、マイクロコンピュータ２２に与えられる。
【００１７】
図２は、トルクセンサ４の構成例を模式的に示す模式図である。このトルクセンサ４は、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。
【００１８】
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（回転体）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、磁性体製の凸起であるターゲット３ａが、例えば３７個、周方向に等間隔で突設されている。ターゲット３ａは、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。
【００１９】
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１２ｃの外周面には、磁性体製の凸起であるターゲット３ｃが、ターゲット３ａと同数の３７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１２ｂの外周面には、磁性体製の凸起であるターゲット３ｂが、ターゲット３ｃの個数と互いに素である個数、例えば３６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、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。
【００２０】
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）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）が収納されている。
【００２１】
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。
【００２２】
演算処理回路１０には、出力軸７が回転したときの絶対角度とθ_ＣＤ，θ_ＥＦ（ターゲット３ｂ，３ｃの演算後の電気角）とを対応させて記憶している角度テーブル１４が内蔵されている。
演算処理回路１０には、また、工場出荷時等に予め実測した磁気センサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各検出信号による所定の演算結果と、各検出信号の電気角との関係を記憶した第１テーブル２ａ、第２テーブル２ｂ及び第３テーブル２ｃを内蔵している。第１テーブル２ａ、第２テーブル２ｂ及び第３テーブル２ｃは、それぞれターゲット３ａ，３ｂ及び磁気センサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ間の間隙を異ならせて実測している。
【００２３】
ターゲット３ａ及び磁気センサＡ，Ｂ間の間隙は、ターゲット３ａ及び磁気センサＡ間の最短距離とターゲット３ａ及び磁気センサＢ間の最短距離との平均とする。同様に、ターゲット３ｂ及び磁気センサＣ，Ｄ間の間隙は、ターゲット３ｂ及び磁気センサＣ間の最短距離とターゲット３ｂ及び磁気センサＤ間の最短距離との平均とする。
【００２４】
第１テーブル２ａ、第２テーブル２ｂ及び第３テーブル２ｃは、それぞれ磁気センサＡ，Ｂの各検出信号による所定の演算結果と、各検出信号の電気角との関係を記憶した第１マップ５ａａ〜第４マップ５ａｄ，第１マップ５ｂａ〜第４マップ５ｂｄ及び第１マップ５ｃａ〜第４マップ５ｃｄを有している。第１マップ５ａａ〜第４マップ５ａｄ，第１マップ５ｂａ〜第４マップ５ｂｄ及び第１マップ５ｃａ〜第４マップ５ｃｄは、磁気センサＥ，Ｆの各検出信号による所定の演算結果と、各検出信号の電気角との関係にも適用することが出来る。
【００２５】
第１テーブル２ａ、第２テーブル２ｂ及び第３テーブル２ｃは、また、磁気センサＣ，Ｄの各検出信号による所定の演算結果と、各検出信号の電気角との関係を記憶した第５マップ５ａｅ〜第８マップ５ａｈ，第５マップ５ｂｅ〜第８マップ５ｂｈ，第５マップ５ｃｅ〜第８マップ５ｃｈを有している。
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。
【００２６】
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３（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。
【００２７】
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Ｅ，Ｆ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Ｅ，Ｆは出力軸７の回転角度検出装置として作動する。
【００２８】
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Ｅ，Ｆの各検出信号とには差が生じる。
磁気センサＡ，Ｅと磁気センサＢ，Ｆとは、ターゲット板１２ａ，１２ｃ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。
【００２９】
ここで、磁気センサＡの検出信号と磁気センサＥ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Ｆ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。
【００３０】
また、磁気センサＣ及び磁気センサＤは、磁気センサＥ及び磁気センサＦと同様に、ターゲット板１２ｂの周方向に、電気角９０°位相が異なっているが、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の個数が３７個であるのに対して、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の個数は３６個である。従って、磁気センサＥ，Ｃ及び磁気センサＦ，Ｄは、図４に示すように、出力軸７が１位相回転する都度、１／３７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。
【００３１】
磁気センサＥ，Ｃのみ又は磁気センサＦ，Ｄのみでは、図４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）を特定出来ないが、θ_ＣＤ，θ_ＥＦ（ターゲット３ｂ，３ｃの電気角）を角度テーブル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。
【００３２】
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５，６，８，１０，１１の各フローチャートを参照しながら説明する。
図５，６，８は、第１テーブル２ａ〜第３テーブル２ｃを使用して、磁気センサＡ，Ｂの各検出信号の電気角を求める動作を示すフローチャートである。尚、このフローチャートは、磁気センサＥ，Ｆ及び磁気センサＣ，Ｄ（この場合は、第５〜第８マップを使用する）の各検出信号の電気角を求める動作にも適用することが出来る。
【００３３】
演算処理回路１０は、先ず、磁気センサＡ，Ｂの検出信号Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｂを、ディジタル信号に変換して読み込む（Ｓ１）。次いで、各検出信号の各ｐ−ｐ値Ｖ_ＰＰ（ピーク・トゥ・ピーク値）とその中間値Ｖ_ｍｉｄとを学習して算出するルーチンを実行し、ｐ−ｐ値Ｖ_ＰＰ及び中間値Ｖ_ｍｉｄが一定の基準値（例えば、Ｖ_ｍｉｄ＝２．５Ｖ、Ｖ_ＰＰ＝４．０Ｖ）となるように補正演算を行い（Ｓ２）、各検出信号の中間値Ｖ_ｍｉｄＡ，Ｖ_ｍｉｄＢが算出されていないときは（Ｓ３）リターンする。
【００３４】
演算処理回路１０は、各検出信号の中間値Ｖ_ｍｉｄＡ，Ｖ_ｍｉｄＢが算出されているときは（Ｓ３）、検出信号Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｂを補正演算した検出信号Ｖ_Ａｇ，Ｖ_Ｂｇ（Ｓ２）の交点（ＡＢ相の交点）を検出しているか否かを判定し（Ｓ５）、検出していれば、検出信号Ｖ_Ａｇ，Ｖ_Ｂｇの平均電圧をその交点電圧Ｖ_ＡＢとして（Ｓ６）、交点電圧Ｖ_ＡＢを更新する（Ｓ７）。
演算処理回路１０は、次に、その交点電圧Ｖ_ＡＢが、第２テーブル２ｂの交点電圧Ｖ_ＡＢ２以上であるか否かを判定する（Ｓ８）。
演算処理回路１０は、検出信号Ｖ_Ａｇ，Ｖ_Ｂｇの交点（ＡＢ相の交点）を検出していなければ（Ｓ５）、以前のサンプリング周期において検出した最新の交点電圧Ｖ_ＡＢ（更新（Ｓ７）しないときの交点電圧Ｖ_ＡＢ）が、第２テーブル２ｂの交点電圧Ｖ_ＡＢ２以上であるか否かを判定する（Ｓ８）。
【００３５】
検出信号Ｖ_Ａｇ，Ｖ_Ｂｇの交点電圧Ｖ_ＡＢは、図７（ａ）に示すように、ターゲット３ａ及び磁気センサＡ，Ｂ間の間隙Ｇ１，Ｇ２に応じて変化し、間隙が大きい程、交点電圧も高くなる。この関係は、図７（ｂ）に示すように、略比例する関係にある。図７（ｂ）では、ギャップを取付基準値（例えば０．５０ｍｍ）に対する偏差で示している。尚、ここでは、検出信号Ｖ_Ａｇ，Ｖ_Ｂｇの交点電圧Ｖ_ＡＢが、検出信号Ｖ_Ａｇ，Ｖ_Ｂｇの中間値より低い場合について記述しているが、検出信号Ｖ_Ａｇ，Ｖ_Ｂｇの中間値より高い場合についても同様である。但し、間隙が大きい程、交点電圧は低くなる。
【００３６】
ここで、第１テーブル２ａは、ギャップが０．４０ｍｍの場合であり、交点電圧Ｖ_ＡＢは０．８５Ｖであり、第２テーブル２ｂは、ギャップが０．５０ｍｍの場合であり、交点電圧Ｖ_ＡＢは０．９０Ｖであり、第３テーブル２ｃは、ギャップが０．６０ｍｍの場合であり、交点電圧Ｖ_ＡＢは０．９５Ｖである。
【００３７】
演算処理回路１０は、次に、その交点電圧Ｖ_ＡＢが第２テーブル２ｂの交点電圧Ｖ_ＡＢ２以上であれば（Ｓ８）、その交点電圧Ｖ_ＡＢが第３テーブル２ｃの交点電圧Ｖ_ＡＢ３以上であるか否かを判定する（Ｓ９）。
演算処理回路１０は、その交点電圧Ｖ_ＡＢが第３テーブル２ｃの交点電圧Ｖ_ＡＢ３以上であれば（Ｓ９）、第３テーブル２ｃの交点電圧Ｖ_ＡＢ３をその交点電圧Ｖ_ＡＢに最も近い交点電圧として、第３テーブル２ｃにより電気角θ_ＡＢを検出する（Ｓ１０）。
【００３８】
演算処理回路１０は、その交点電圧Ｖ_ＡＢが第２テーブル２ｂの交点電圧Ｖ_ＡＢ２以上でなければ（Ｓ８）、その交点電圧Ｖ_ＡＢが第１テーブル２ａの交点電圧Ｖ_ＡＢ１以上であるか否かを判定する（Ｓ１１）。
演算処理回路１０は、その交点電圧Ｖ_ＡＢが第１テーブル２ａの交点電圧Ｖ_ＡＢ１以上であれば（Ｓ１１）、第１テーブル２ａの交点電圧Ｖ_ＡＢ１をその交点電圧Ｖ_ＡＢに最も近い交点電圧として、第１テーブル２ａにより電気角θ_ＡＢを検出する（Ｓ１２）。
【００３９】
演算処理回路１０は、第１テーブル２ａにより電気角θ_ＡＢを検出する場合（Ｓ１２）、学習ルーチンにより求めた各検出信号の中間値Ｖ_ｍｉｄＡ，Ｖ_ｍｉｄＢ（Ｓ２）を使用して、Ｖ_Ａ ′＝Ｖ_Ａｇ −Ｖ_ｍｉｄＡ，Ｖ_Ｂ′＝Ｖ_Ｂｇ −Ｖ_ｍｉｄＢを演算し、検出信号Ｖ_Ａｇ，Ｖ_Ｂｇを、中間値を０としたときの検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′に変換する（図８Ｓ２４）。
演算処理回路１０は、次に、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の各絶対値｜Ｖ_Ａ ′｜，｜Ｖ_Ｂ ′｜の大小を比較し（Ｓ２５）、｜Ｖ_Ａ ′｜の方が大きいときは、所定の演算Ｖθ＝Ｖ_Ｂ ′／Ｖ_Ａ ′を実行する（Ｓ２６）。
ここで、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の波形と第１マップ５ａａ〜第４マップ５ａｄとの関係を示す図９において、｜Ｖ_Ａ ′｜の方が大きい領域は、領域Ｉ及び領域ＩＩＩである。
【００４０】
演算処理回路１０は、次に、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の大小を比較して、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′が存在する領域が、領域Ｉ及び領域ＩＩＩの何れであるか判定する（Ｓ２７）。
演算処理回路１０は、Ｖ_Ａ ′の方が大きいとき（Ｓ２７）は、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′は領域ＩＩＩに存在すると判定し、領域ＩＩＩのＶθ＝Ｖ_Ｂ ′／Ｖ_Ａ ′（Ｓ２６）と検出信号Ｖ_Ａ ′の電気角θとの関係を記憶している第３マップ５ａｃを、Ｖθ＝Ｖ_Ｂ ′／Ｖ_Ａ ′により参照し、Ｖθに対応する検出信号Ｖ_Ａ ′の電気角θ_ＡＢを探索して（Ｓ２８）検出し（Ｓ３０）リターンする。
【００４１】
尚、検出信号Ｖ_Ａ ′の電気角θに代えて、検出信号Ｖ_Ｂ ′の電気角θとしても良く、トルク算出又は舵角算出に使用する磁気センサの位相（舵角中点時）が同じであれば良い。つまり、検出信号Ｖ_Ａ ′の電気角θとするときは、検出信号Ｖ_Ｅ ′の電気角θとし、検出信号Ｖ_Ｂ ′の電気角θとするときは、検出信号Ｖ_Ｆ ′の電気角θとする。また、区別をせずに、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の電気角θ、検出信号Ｖ_Ｅ ′，Ｖ_Ｆ ′の電気角θとしても支障は無い。
【００４２】
演算処理回路１０は、Ｖ_Ｂ ′の方が大きいとき（Ｓ２７）は、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′は領域Ｉに存在すると判定し、領域ＩのＶθ＝Ｖ_Ｂ ′／Ｖ_Ａ ′（Ｓ２６）と検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の電気角θ（検出信号Ｖ_Ａ ′の電気角θ）との関係を記憶している第１マップ５ａａを、Ｖθ＝Ｖ_Ｂ ′／Ｖ_Ａ ′により参照し、Ｖθに対応する検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の電気角θ_ＡＢを探索して（Ｓ２９）検出し（Ｓ３０）リターンする。
【００４３】
演算処理回路１０は、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の各絶対値｜Ｖ_Ａ ′｜，｜Ｖ_Ｂ ′｜の大小を比較し（Ｓ２５）、｜Ｖ_Ｂ ′｜の方が大きいときは、所定の演算Ｖθ＝Ｖ_Ａ ′／Ｖ_Ｂ ′を実行する（Ｓ３１）。
ここで、｜Ｖ_Ｂ ′｜の方が大きい領域は、図９に示すように、領域ＩＩ及び領域ＩＶである。
尚、｜Ｖ_Ａ ′｜の方が大きいときは、所定の演算Ｖθ＝Ｖ_Ｂ ′／Ｖ_Ａ ′を実行し（Ｓ２６）、｜Ｖ_Ｂ ′｜の方が大きいときは、所定の演算Ｖθ＝Ｖ_Ａ ′／Ｖ_Ｂ ′を実行する（Ｓ３１）ことにより、Ｖθを−１から＋１の範囲に収めることが出来、マップの参照時間を短縮出来、マップのデータ量を少なくすることが出来る。
【００４４】
演算処理回路１０は、次に、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の大小を比較して、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′が存在する領域が、領域ＩＩ及び領域ＩＶの何れであるか判定する（Ｓ３２）。
演算処理回路１０は、Ｖ_Ａ ′の方が大きいとき（Ｓ３２）は、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′は領域ＩＩに存在すると判定し、領域ＩＩのＶθ＝Ｖ_Ａ ′／Ｖ_Ｂ ′（Ｓ３１）と検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の電気角θとの関係を記憶している第２マップ５ａｂを、Ｖθ＝Ｖ_Ａ ′／Ｖ_Ｂ ′により参照し、Ｖθに対応する検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の電気角θ_ＡＢを探索して（Ｓ３３）検出し（Ｓ３０）リターンする。
【００４５】
演算処理回路１０は、Ｖ_Ｂ ′の方が大きいとき（Ｓ３２）は、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′は領域ＩＶに存在すると判定し、領域ＩＶのＶθ＝Ｖ_Ａ ′／Ｖ_Ｂ ′（Ｓ３１）と検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の電気角θとの関係を記憶している第４マップ５ａｄを、Ｖθ＝Ｖ_Ａ ′／Ｖ_Ｂ ′により参照し、Ｖθに対応する検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の電気角θ_ＡＢを探索して（Ｓ３４）検出し（Ｓ３０）リターンする。
【００４６】
尚、第１マップ５ａａ〜第４マップ５ａｄは、図９に示すように、理想的な場合には、互いに対称性を示すので、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の予め実測した値のバラツキが小さければ、マップの種類を削減することが出来る。
また、この電気角の検出方法によれば、実測値によるマップを使用するので、個々の磁気センサ及びターゲットが有する歪みを補正することが出来る。
また、所定の演算をＶ_Ａ ′／Ｖ_Ｂ ′，Ｖ_Ｂ ′／Ｖ_Ａ ′としているが、これに限らず、他の演算であっても良く、例えば、（Ｖ_Ａ ′−Ｖ_Ｂ ′）／（Ｖ_Ａ ′＋Ｖ_Ｂ ′），（Ｖ_Ａ ′＋Ｖ_Ｂ ′）／（Ｖ_Ａ ′−Ｖ_Ｂ ′）のような四則演算の組合せであっても良い。
【００４７】
また、上述した、第１テーブル２ａにより電気角θ_ＡＢを検出する動作を示すフローチャート（図８Ｓ２５〜Ｓ３４）は、第３テーブル２ｃにより電気角θ_ＡＢを検出する場合（Ｓ１０）、及び第２テーブル２ｂにより電気角θ_ＡＢを検出する場合も同様である。
【００４８】
演算処理回路１０は、その交点電圧Ｖ_ＡＢが第３テーブル２ｃの交点電圧Ｖ_ＡＢ３以上でなければ（図５Ｓ９）、第２テーブル２ｂにより、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′に対応する電気角θ_ＡＢ２を検出し（図６Ｓ１３）、次いで、第３テーブル２ｃにより、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′に対応する電気角θ_ＡＢ３を検出する（Ｓ１４）。
演算処理回路１０は、次に、交点電圧Ｖ_ＡＢ、第２テーブル２ｂの交点電圧Ｖ_ＡＢ２、第３テーブル２ｃの交点電圧Ｖ_ＡＢ３、第２テーブル２ｂにより検出した電気角θ_ＡＢ２、及び第３テーブル２ｃにより検出した電気角θ_ＡＢ３を用いて、次式により電気角θ_ＡＢ２，θ_ＡＢ３間を補完して、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の電気角θ_ＡＢを算出し（Ｓ１５）リターンする。
【００４９】

尚、このように、２つのテーブルで検出した電気角により、この２つのテーブルの各交点電圧（ギャップ）間にある交点電圧（ギャップ）を有する場合の電気角を、補完により算出しても、大きな誤差は生じないことが実験により判明している。
【００５０】
演算処理回路１０は、その交点電圧Ｖ_ＡＢが第１テーブル２ａの交点電圧Ｖ_ＡＢ１以上でなければ（Ｓ１１）、第１テーブル２ａにより、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′に対応する電気角θ_ＡＢ１を検出し（図６Ｓ１６）、次いで、第２テーブル２ｂにより、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′に対応する電気角θ_ＡＢ２を検出する（Ｓ１７）。
演算処理回路１０は、次いで、交点電圧Ｖ_ＡＢ、第１テーブル２ａの交点電圧Ｖ_ＡＢ１、第２テーブル２ｂの交点電圧Ｖ_ＡＢ２、第１テーブル２ａにより検出した電気角θ_ＡＢ１、及び第２テーブル２ｂにより検出した電気角θ_ＡＢ２を用いて、次式により電気角θ_ＡＢ１，θ_ＡＢ２間を補完して、検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の電気角θ_ＡＢを算出し（Ｓ１８）リターンする。

【００５１】
図１０は、第１マップ５ａ〜第４マップ５ｄ（第１マップ５ａａ〜第４マップ５ａｄ、第１マップ５ｂａ〜第４マップ５ｂｄ又は第１マップ５ｃａ〜第４マップ５ｃｄ）を使用してトルクを検出する動作を示すフローチャートである。
演算処理回路１０は、先ず、上述した図５，６，８のフローチャートに従って、磁気センサＡ，Ｂの検出信号Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｂの電気角θ_ＡＢを検出し（Ｓ４０）、次いで、同様にして、磁気センサＥ，Ｆの検出信号Ｖ_Ｅ，Ｖ_Ｆの電気角θ_ＥＦを求める（Ｓ４１）。
演算処理回路１０は、次に、トルク＝ｋ（θ_ＡＢ−θ_ＥＦ）（ｋはトーションバー９のバネ定数）を演算して、トルクを算出し（Ｓ４２）、算出したトルク値を出力して（Ｓ４３）リターンする。
【００５２】
図１１は、第１マップ５ａ〜第８マップ５ｈ（第１マップ５ａａ〜第８マップ５ａｈ、第１マップ５ｂａ〜第８マップ５ｂｈ又は第１マップ５ｃａ〜第８マップ５ｃｈ）を使用して絶対舵角を検出する動作を示すフローチャートである。
演算処理回路１０は、先ず、上述した図５，６，８のフローチャートに従い、第５マップ５ｅ〜第８マップ５ｈを使用して、磁気センサＣ，Ｄの検出信号Ｖ_Ｃ，Ｖ_Ｄの電気角θ_ＣＤを求め（Ｓ４５）、次いで、同様にして、第１マップ５ａ〜第４マップ５ｄを使用して、磁気センサＥ，Ｆの検出信号Ｖ_Ｅ，Ｖ_Ｆの電気角θ_ＥＦを求める（Ｓ４６）。
【００５３】
演算処理回路１０は、次に、電気角θ_ＣＤ，θ_ＥＦにより角度テーブル１４を参照し（Ｓ４７）、電気角θ_ＣＤ，θ_ＥＦに対応する絶対舵角を検出し（Ｓ４８）、検出した絶対舵角信号を出力して（Ｓ４９）リターンする。
尚、工場出荷時等に予め実測した磁気センサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各検出信号による所定の演算結果と、各検出信号の電気角とのギャップ毎の関係を示す変換式を求めて、これらの変換式を有する変換手段を、上述した第１テーブル２ａ、第２テーブル２ｂ及び第３テーブル２ｃに代えて使用しても、同様の効果を得ることが出来る。この場合は、変換手段毎に第１マップ〜第８マップを備えることになる。
【００５４】
【発明の効果】
第１発明に係る回転角度検出装置によれば、組み付け誤差及び軸振れ等によりターゲット及び検出手段間の間隙が変動しても、その影響を小さく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。
【００５５】
第２発明に係る回転角度検出装置によれば、組み付け誤差及び軸振れ等によりターゲット及び検出手段間の間隙が変動しても、その影響を小さくすることが出来ると共に、テーブル又は変換手段を少なく出来るので、メモリ容量を小さく出来る回転角度検出装置を実現することが出来る。
【００５６】
第３発明に係るトルク検出装置によれば、組み付け誤差及び軸振れ等によりターゲット及び検出手段間の間隙が変動しても、その影響を小さく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。
【図面の簡単な説明】
【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を備える電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】トルクセンサの構成例を模式的に示す模式図である。
【図３】磁気センサの各検出信号の例を示す波形図である。
【図４】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５】電動パワーステアリング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】電動パワーステアリング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７】検出信号の交点電圧とターゲット及び磁気センサ間の間隙との関係例を示す説明図である。
【図８】電動パワーステアリング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９】検出信号Ｖ_Ａ ′，Ｖ_Ｂ ′の波形と第１マップ〜第４マップとの関係を示す説明図である。
【図１０】電動パワーステアリング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１１】電動パワーステアリング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。
【符号の説明】
１操舵部材（ハンドル）
２ａ〜２ｃ第１テーブル〜第３テーブル
３ａ，３ｂ，３ｃターゲット
４トルクセンサ（トルク検出装置）
５ａａ〜５ａｈ第１マップ〜第８マップ（第１テーブル）
５ａｂ〜５ｂｈ第１マップ〜第８マップ（第２テーブル）
５ｃａ〜５ｃｈ第１マップ〜第８マップ（第３テーブル）
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
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角度テーブル
１８ａトルク／電流テーブル
２２マイクロコンピュータ
２４操舵補助用モータ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ磁気センサ（検出手段）

Claims

回転体に設けられた１又は複数の磁性体製の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、前記ターゲットの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複数の検出手段と、該検出手段がそれぞれ出力した検出信号により所定の演算を実行する演算手段と、該演算手段が予め実行した演算結果と前記検出信号の電気角とを対応させて記憶するテーブル、又は前記演算結果と検出信号の電気角との関係を示す変換式を有する変換手段とを備え、前記演算手段が実行した演算結果により前記テーブルを参照して、又は前記演算結果を前記変換手段により変換して、前記検出信号の電気角を求め、求めた電気角に基づき前記回転体の回転角度を検出すべくなしてある回転角度検出装置であって、
前記ターゲット及び検出手段間の間隙がそれぞれ異なる場合の複数の前記テーブル又は複数の前記変換手段と、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間隙を判定する判定手段とを備え、該判定手段が判定した間隙の前記テーブルを参照して、又は前記間隙の変換手段により変換して、前記検出信号の電気角を求めるべくなしてあることを特徴とする回転角度検出装置。
前記判定手段が判定した間隙が、前記複数のテーブル又は複数の変換手段の各間隙の何れかであるか否かを判定する手段と、該手段が否と判定したときは、前記判定手段が判定した間隙の直近である２つの間隙の前記テーブル又は変換手段により、前記検出信号の電気角を補間により算出する手段とを更に備える請求項１記載の回転角度検出装置。
請求項１又は２に記載された回転角度検出装置を、連結軸により連結された第１軸及び第２軸に備え、該第１軸及び第２軸がそれぞれ備える回転角度検出装置が検出した第１軸及び第２軸の各回転角度に基づき、該第１軸又は第２軸に加わるトルクを検出すべくなしてあることを特徴とするトルク検出装置。