JP2005106613A - Rotation angle detecting apparatus and torque detecting apparatus - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation angle detecting apparatus and a torque detecting apparatus for avoiding improper correcting calculations generated when a temperature changes in an idle state of rotation (steering), without the need for adding new components. <P>SOLUTION: An calculation apparatus implements a process for initializing the acquired maximum value and minimum value to a state before acquisition and returning to an initial calculation processing after a predetermined time, since the temperature substantially changes in a magnetic sensor before the next acquisition of the maximum value and minimum value of a signal waveform acquired sequentially so as to calculate the corrections of gain and offset. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は例えば自動車の操舵軸における入出力軸の回転角度を検出する装置、及び、入出力軸間のトルクを検出する装置に関する。   The present invention relates to a device for detecting a rotation angle of an input / output shaft in a steering shaft of an automobile and a device for detecting torque between the input / output shafts, for example.

自動車のパワーステアリング装置には、操舵軸を構成する入力軸及び出力軸の回転角度を検出し、その差に基づいて入出力軸間のトルクを検出する装置が設けられている。回転角度を検出する手段としては、各軸に歯車状の回転体を取り付けて、その歯車部分をターゲットとする磁気センサを対向配置する。磁気センサはターゲットの回転に応じて正弦波状の出力を生じるが、温度変化や、取付状態（ターゲットとのエアギャップ）によって出力特性が異なってくる。そこで、演算装置により磁気センサの出力波形の最大値及び最小値を取得し、その差からゲインを、平均値からオフセットをそれぞれ求め、これらに基づいて磁気センサの出力を補正し、回転角度やトルクの演算に誤差が生じることを防止している（例えば、特許文献１参照。）。   BACKGROUND ART A power steering device for an automobile is provided with a device that detects rotational angles of an input shaft and an output shaft that constitute a steering shaft, and detects torque between input and output shafts based on the difference therebetween. As means for detecting the rotation angle, a gear-like rotating body is attached to each shaft, and magnetic sensors targeting the gear portions are arranged opposite to each other. The magnetic sensor generates a sinusoidal output according to the rotation of the target, but the output characteristics vary depending on the temperature change and the mounting state (air gap with the target). Therefore, the maximum and minimum values of the output waveform of the magnetic sensor are acquired by the arithmetic unit, the gain is calculated from the difference, and the offset is calculated from the average value. Based on these, the output of the magnetic sensor is corrected, and the rotation angle and torque are corrected. An error is prevented from occurring in the calculation of (see, for example, Patent Document 1).

特開２００３−８３８２３号公報JP 2003-83823 A

上記のような従来のトルク検出装置では、操舵が行われている限り最大値及び最小値が更新され続け、これらに基づいて得られた補正係数を用いて補正演算が逐次行われる。従って、最新の補正係数を基に、常に正確にトルクを演算することができる。しかし、例えばエンジンをかけたまま停車することにより操舵が休止状態となって時間が経つと、温度上昇により磁気センサの出力特性が変化する場合がある。このような場合、再操舵された瞬間の補正演算は、新たに取得された最大値又は最小値と、休止前に取得されていた最小値又は最大値とに基づいて行われ、正確さを欠くものとなる。その結果、不正確なトルクが算出され、これに基づいて不適切な操舵補助力が生じることになる。このような問題は磁気センサ付近に温度センサを設けることにより温度補償演算を行って解消することも可能ではあろうが、その場合には温度センサを設ける分、コストアップすることになり、好ましくない。   In the conventional torque detection apparatus as described above, the maximum value and the minimum value are continuously updated as long as steering is performed, and correction calculations are sequentially performed using correction coefficients obtained based on these values. Therefore, the torque can always be calculated accurately based on the latest correction coefficient. However, for example, when the vehicle is stopped with the engine running and the steering is stopped and time passes, the output characteristics of the magnetic sensor may change due to temperature rise. In such a case, the correction operation at the moment of re-steering is performed based on the newly acquired maximum value or minimum value and the minimum value or maximum value acquired before the stop, and lacks accuracy. It will be a thing. As a result, an inaccurate torque is calculated, and an inappropriate steering assist force is generated based on the calculated torque. Such a problem may be solved by performing a temperature compensation calculation by providing a temperature sensor in the vicinity of the magnetic sensor, but in that case, the cost is increased by providing the temperature sensor, which is not preferable. .

上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、回転（操舵）休止状態で温度変化があった場合に発生し得る不適切な補正演算を回避することができる回転角度検出装置及びトルク検出装置を、新たな部品の追加を要することなく提供することを目的とする。   In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a rotation angle detection device and torque detection capable of avoiding inappropriate correction calculation that may occur when there is a temperature change in a rotation (steering) pause state. An object of the present invention is to provide an apparatus without requiring the addition of new parts.

本発明の回転角度検出装置は、回転体の回転に応じて周期的に変化する信号を出力する回転検出手段と、前記信号の波形の最大値及び最小値が未取得の状態において前記信号に基づいて前記回転体の回転角度を演算する初期演算処理を行い、その後、前記信号の波形の最大値及び最小値を逐次取得してゲイン及びオフセットの補正演算を行いつつ前記回転体の回転角度を演算するとともに、取得から次の取得に至る前に、前記回転検出手段に実質的な温度変化が起こり得る所定時間が経過した場合、取得済みの最大値及び最小値を初期化して未取得状態とし、前記初期演算処理に戻る演算装置とを備えたものである。
上記のように構成された回転角度検出装置においては、回転体の回転に応じて最大値及び最小値が逐次取得され、ゲイン及びオフセットの補正演算を行いつつ回転角度が演算される。また、回転休止又はそれと同等な状態で所定時間が経過した場合、取得済みの最大値及び最小値が初期化され、未取得状態となり、初期演算処理に戻る。 The rotation angle detection device of the present invention is based on the rotation detection means for outputting a signal that periodically changes according to the rotation of the rotating body, and the signal in a state where the maximum value and the minimum value of the waveform of the signal are not acquired. The initial calculation processing for calculating the rotation angle of the rotating body is performed, and then the maximum and minimum values of the waveform of the signal are sequentially obtained to calculate the rotation angle of the rotating body while performing gain and offset correction calculations. In addition, when a predetermined time during which a substantial temperature change may occur in the rotation detection unit before the next acquisition from the acquisition, the acquired maximum value and minimum value are initialized to an unacquired state, And an arithmetic device for returning to the initial arithmetic processing.
In the rotation angle detection device configured as described above, the maximum value and the minimum value are sequentially acquired according to the rotation of the rotating body, and the rotation angle is calculated while performing gain and offset correction calculations. Further, when a predetermined time elapses in a rotation stoppage or an equivalent state, the acquired maximum value and minimum value are initialized, become unacquired, and return to the initial calculation process.

また、本発明のトルク検出装置は、入力側回転体の回転に応じて周期的に変化する信号を出力する入力側回転検出手段と、トーションバーを介して前記入力側回転体と接続された関係にある出力側回転体の回転に応じて周期的に変化する信号を出力する出力側回転検出手段と、前記各信号の波形の最大値及び最小値が未取得の状態において前記各信号に基づいて前記各回転体の回転角度を演算し、その差に基づいて入出力間のトルクを演算する初期演算処理を行い、その後、前記各信号の波形の最大値及び最小値を逐次取得してゲイン及びオフセットの補正演算を行いつつ前記各回転体の回転角度を演算し、その差に基づいて入出力間のトルクを演算するとともに、取得から次の取得に至る前に、前記各回転検出手段に実質的な温度変化が起こり得る所定時間が経過した場合、取得済みの最大値及び最小値を初期化して未取得状態とし、前記初期演算処理に戻る演算装置とを備えたものである。
上記のように構成されたトルク検出装置においては、各回転体の回転に応じて最大値及び最小値が逐次取得され、ゲイン及びオフセットの補正演算を行いつつトルクが演算される。また、回転休止又はそれと同等な状態で所定時間が経過した場合、取得済みの最大値及び最小値が初期化され、未取得状態となり、初期演算処理に戻る。 The torque detection device of the present invention includes an input side rotation detecting means for outputting a signal that periodically changes according to the rotation of the input side rotating body, and a relationship connected to the input side rotating body via a torsion bar. Output-side rotation detecting means for outputting a signal that periodically changes according to the rotation of the output-side rotator, and based on each signal in a state where the maximum value and the minimum value of the waveform of each signal are not acquired. The rotation angle of each rotating body is calculated, and an initial calculation process is performed to calculate the torque between input and output based on the difference, and thereafter, the maximum value and the minimum value of the waveform of each signal are sequentially obtained to obtain the gain and The rotation angle of each rotating body is calculated while performing the offset correction calculation, and the torque between the input and output is calculated based on the difference, and before each rotation is acquired, the rotation detection means substantially Temperature change If Ri obtain predetermined time has elapsed, the non acquisition state to initialize previously obtained maximum and minimum values, in which an arithmetic unit returns to the initial processing.
In the torque detection device configured as described above, the maximum value and the minimum value are sequentially acquired according to the rotation of each rotating body, and the torque is calculated while performing the correction calculation of the gain and the offset. Further, when a predetermined time elapses in a rotation stoppage or an equivalent state, the acquired maximum value and minimum value are initialized, become unacquired, and return to the initial calculation process.

本発明の回転角度検出装置又はトルク検出装置によれば、回転休止又はそれと同等な状態で所定時間が経過した場合、取得済みの最大値及び最小値が初期化され、未取得状態となり、初期演算処理に戻るので、温度上昇に起因する不適切な補正演算を回避することができる。また、このような処理によれば、部品を追加することなく、演算装置の処理によって不適切な補正演算が回避されるので、コストアップも抑止することができる。   According to the rotation angle detection device or torque detection device of the present invention, when a predetermined time has elapsed in a rotation stoppage or equivalent state, the acquired maximum value and minimum value are initialized and become an unacquired state, and an initial calculation is performed. Returning to the processing, inappropriate correction calculation due to temperature rise can be avoided. Moreover, according to such a process, since an inappropriate correction calculation is avoided by the process of the arithmetic unit without adding a part, an increase in cost can be suppressed.

図１は、本発明の一実施形態によるトルク検出装置（回転角度検出装置を含む。）を備えた電動パワーステアリング装置の構造を示す図である。当該装置は、例えば自動車に搭載され、操舵部材（ハンドル）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、入力軸３２に外嵌固定された第１ターゲット板３４と、出力軸３３に外嵌固定された第２ターゲット板３５及び第３ターゲット板３６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、相互には直接接続されず、トーションバー３１を介して接続されている。また、第１ターゲット板３４、第２ターゲット板３５及び第３ターゲット板３６も、互いに同軸に配置されている。   FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of an electric power steering apparatus including a torque detection device (including a rotation angle detection device) according to an embodiment of the present invention. The apparatus is mounted on, for example, an automobile, and a steering shaft 3 is interposed between a steering member (handle) 1 and a pinion 2. The steering shaft 3 includes a torsion bar 31 provided at the center thereof, an input shaft 32 fixed to the input side (upper side) of the torsion bar 31, and an output shaft 33 fixed to the output side (lower side) of the torsion bar 31. And a first target plate 34 fitted and fixed to the input shaft 32, and a second target plate 35 and a third target plate 36 fitted and fixed to the output shaft 33. The input shaft 32 and the output shaft 33 are arranged coaxially with each other, but are not directly connected to each other but are connected via the torsion bar 31. The first target plate 34, the second target plate 35, and the third target plate 36 are also arranged coaxially with each other.

上記各ターゲット板３４〜３６は、平歯車状の形態を成し、磁性体から成る外周の歯が、入力軸３２、出力軸３３の各軸周りに周方向へ等間隔で凹凸の「ターゲット」を形成している。歯数は、第１ターゲット板３４と第２ターゲット板３５とが同数Ｎ（例えば３６）で、第３ターゲット板３６はＮとは互いに素（１以外の公約数をもたない）である数（例えば３５）である。   Each of the target plates 34 to 36 is in the form of a spur gear, and the outer peripheral teeth made of a magnetic material are uneven “targets” around the input shaft 32 and the output shaft 33 at regular intervals in the circumferential direction. Is forming. The number of teeth is the same number N (for example, 36) for the first target plate 34 and the second target plate 35, and the third target plate 36 is a number that is relatively prime to N (no common divisor other than 1). (For example, 35).

なお、上記の各ターゲット板３４〜３６は、入力軸３２や出力軸３３とは別体であって外嵌される構造であるが、入力軸３２や出力軸３３を磁性体とし、対応するターゲット板３４〜３６と一体に形成してもよい。
また、平歯車状のターゲット板３４〜３６に代えて、スリット状の多数の孔が周方向に等間隔で形成されたリング状のターゲットや、外周面に磁極のＮ・Ｓを交互に配置したターゲットを用いることもできる。 The target plates 34 to 36 are separate from the input shaft 32 and the output shaft 33 and are externally fitted. However, the input shaft 32 and the output shaft 33 are made of a magnetic material, and the corresponding target is used. You may form integrally with the plates 34-36.
Further, in place of the spur gear-shaped target plates 34 to 36, ring-shaped targets in which a large number of slit-shaped holes are formed at equal intervals in the circumferential direction, and N and S of magnetic poles are alternately arranged on the outer peripheral surface. A target can also be used.

一方、出力軸３３にはウオームホイール４が取り付けられ、これが、モータ６の出力軸に取り付けられたウオーム５と噛み合っている。モータ６の回転は、ウオーム５及びウオームホイール４を介してピニオン２に伝達され、操舵補助力となる。ピニオン２の回転は、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。   On the other hand, the worm wheel 4 is attached to the output shaft 33, which meshes with the worm 5 attached to the output shaft of the motor 6. The rotation of the motor 6 is transmitted to the pinion 2 via the worm 5 and the worm wheel 4 and becomes a steering assist force. The rotation of the pinion 2 is converted into a linear motion of the rack 7 and the steered wheels 9 are steered via the left and right tie rods 8.

上記各ターゲット板３４〜３６の外周の歯に対向して、３段２列に６個の磁気センサＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３が配置され、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ている。センサＡ１，Ｂ１は、第１ターゲット板３４の外周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、センサＡ２，Ｂ２は、第２ターゲット板３５の外周の互いに異なる周方向位置に対向して配置され、センサＡ３，Ｂ３は、第３ターゲット板３６の外周の互いに異なる周方向位置に対向して配置されている。   Six magnetic sensors A1, B1, A2, B2, A3, and B3 are arranged in three rows and two rows, facing the outer peripheral teeth of each of the target plates 34 to 36, and these are accommodated in the sensor box 10. Yes. The sensor box 10 is fixed at a predetermined position on the vehicle body. The sensors A1 and B1 are arranged to face different circumferential positions on the outer periphery of the first target plate 34. Similarly, the sensors A2 and B2 are disposed to face different circumferential positions on the outer circumference of the second target plate 35, and the sensors A3 and B3 are opposed to different circumferential positions on the outer circumference of the third target plate 36. Are arranged.

上記磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３は、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により抵抗が変化する特性を有する素子を用いたもので、対向する各ターゲット板３４〜３６の外周の凹凸に応じて周期的に変化する信号電圧を出力する。従って、磁気センサＡ１，Ｂ１の出力は、入力軸３２及び第１ターゲット板３４の角変位に対応したものとなり、磁気センサＡ２，Ｂ２の出力は、出力軸３３及び第２ターゲット板３５の角変位に対応したものとなる。同様に、磁気センサＡ３，Ｂ３の出力は、出力軸３３及び第３ターゲット板３６の角変位に対応したものとなる。
磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３の出力は、Ａ／Ｄコンバータ（図示せず。）を介して演算装置２１に入力される。演算装置２１は、ＣＰＵ、メモリ等を内蔵するものである。また、駆動回路２２は、演算装置２１からの指令に基づいて、モータ６を駆動する。 Each of the magnetic sensors A1 to A3 and B1 to B3 uses an element having a characteristic that resistance is changed by the action of a magnetic field, such as a magnetoresistive element (MR element), and the outer periphery of each of the opposing target plates 34 to 36 is used. A signal voltage that changes periodically according to the unevenness is output. Therefore, the outputs of the magnetic sensors A1 and B1 correspond to the angular displacements of the input shaft 32 and the first target plate 34, and the outputs of the magnetic sensors A2 and B2 are the angular displacements of the output shaft 33 and the second target plate 35. It becomes a thing corresponding to. Similarly, the outputs of the magnetic sensors A3 and B3 correspond to the angular displacement of the output shaft 33 and the third target plate 36.
The outputs of the magnetic sensors A1 to A3 and B1 to B3 are input to the arithmetic unit 21 via an A / D converter (not shown). The arithmetic unit 21 incorporates a CPU, a memory, and the like. In addition, the drive circuit 22 drives the motor 6 based on a command from the arithmetic device 21.

図２は、上記トーションバー３１、入力軸３２、出力軸３３、各ターゲット板３４〜３６、及び、磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３を模式的に表した図である。第１ターゲット板３４は、入力軸３２と共に回転し、外周の凹凸により磁気センサＡ１，Ｂ１の出力信号が変化する。すなわち、第１ターゲット板３４と磁気センサＡ１，Ｂ１とは、入力軸３２の回転に応じて周期的に変化する信号を出力する回転検出手段を構成している。ここで、磁気センサＡ１とＢ１との配置の、対向する凹凸に対する電気角における位相差は、π／２であるように設定されている。磁気センサＡ１，Ｂ１からの出力信号（電圧）は、いずれも正弦波（又は余弦波）に近いものであり、互いに位相がπ／２ずれていることにより、各信号は、一方を正弦波とすれば、他方が余弦波である。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the torsion bar 31, the input shaft 32, the output shaft 33, the target plates 34 to 36, and the magnetic sensors A1 to A3 and B1 to B3. The 1st target board 34 rotates with the input shaft 32, and the output signal of magnetic sensor A1, B1 changes with the unevenness | corrugation of an outer periphery. That is, the first target plate 34 and the magnetic sensors A1 and B1 constitute a rotation detection unit that outputs a signal that periodically changes according to the rotation of the input shaft 32. Here, the phase difference in the electrical angle of the arrangement of the magnetic sensors A1 and B1 with respect to the concavities and convexities facing each other is set to be π / 2. The output signals (voltages) from the magnetic sensors A1 and B1 are both close to a sine wave (or cosine wave), and because each signal is shifted in phase by π / 2, one of the signals is a sine wave. If so, the other is a cosine wave.

同様に、第２ターゲット板３５は、出力軸３３と共に回転し、外周の凹凸により磁気センサＡ２，Ｂ２の出力信号が変化する。すなわち、第２ターゲット板３５と磁気センサＡ２，Ｂ２とは、出力軸３３の回転に応じて周期的に変化する信号を出力する回転検出手段を構成している。また同様に、磁気センサＡ２とＢ２との配置の、対向する凹凸に対する電気角における位相差は、π／２であるように設定されている。   Similarly, the 2nd target board 35 rotates with the output shaft 33, and the output signal of magnetic sensor A2, B2 changes with the unevenness | corrugation of an outer periphery. That is, the second target plate 35 and the magnetic sensors A2 and B2 constitute rotation detection means that outputs a signal that periodically changes according to the rotation of the output shaft 33. Similarly, the phase difference in the electrical angle of the arrangement of the magnetic sensors A2 and B2 with respect to the concavities and convexities facing each other is set to be π / 2.

一方、第３ターゲット板３６も、出力軸３３と共に回転し、外周の凹凸により磁気センサＡ３，Ｂ３の出力信号が周期的に変化する。また同様に、周方向における磁気センサＡ３及びＢ３の位置は、それぞれ磁気センサＡ２及びＢ２と同じである。ここで、第３ターゲット板３６の歯数（＝３５）が第２ターゲット板３５の歯数（＝３６）より１少ないことにより、磁気センサＡ３，Ｂ３の出力は、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。   On the other hand, the third target plate 36 also rotates together with the output shaft 33, and the output signals of the magnetic sensors A3 and B3 periodically change due to the unevenness on the outer periphery. Similarly, the positions of the magnetic sensors A3 and B3 in the circumferential direction are the same as those of the magnetic sensors A2 and B2, respectively. Here, since the number of teeth of the third target plate 36 (= 35) is one less than the number of teeth of the second target plate 35 (= 36), the outputs of the magnetic sensors A3 and B3 are the outputs of the magnetic sensors A2 and B2. As compared with the above, a phase shift of ((2π / 36) − (2π / 35)) occurs per rotation amount (2π / 36) of the output shaft 33, and the output shaft 33 returns to the original state by one rotation.

ここで、操舵部材１の中立位置からの第１ターゲット板３４，第２ターゲット板３５，第３ターゲット板３６の角変位をそれぞれθ１，θ２，θ３とする。磁気センサＡ１，Ｂ１の出力する信号は一方がｓｉｎθ１、他方がｃｏｓθ１であるから、第１ターゲット板３４が磁気センサＢ１から磁気センサＡ１の方向へ回転する場合、磁気センサＡ１，Ｂ１の各出力Ｖ_A1 ，Ｖ_B1 はそれぞれ、基本的に、ｓｉｎθ１，ｃｏｓθ１の形をとる。演算装置２１には、予め、センサ出力の中点電圧値を差し引いた磁気センサＡ１の出力とｓｉｎ波とを対応させた参照テーブル（ｓｉｎ近似テーブル）が記憶されており、磁気センサＡ１の出力をｓｉｎ値に近似させるようにしてある。また、同様に、センサ出力の中点電圧値を差し引いた磁気センサＢ１の出力とｃｏｓ波とを対応させた参照テーブル（ｃｏｓ近似テーブル）も記憶されており、磁気センサＢ１の出力をｃｏｓ値に近似させるようにしてある。 Here, the angular displacements of the first target plate 34, the second target plate 35, and the third target plate 36 from the neutral position of the steering member 1 are θ1, θ2, and θ3, respectively. Since one of the signals output from the magnetic sensors A1 and B1 is sin θ1 and the other is cos θ1, when the first target plate 34 rotates in the direction from the magnetic sensor B1 to the magnetic sensor A1, the outputs V of the magnetic sensors A1 and B1 _A1 and _VB1 basically take the form of sin θ1 and cos θ1, respectively. The arithmetic device 21 stores in advance a reference table (sin approximation table) in which the output of the magnetic sensor A1 obtained by subtracting the midpoint voltage value of the sensor output and the sin wave are associated with each other. The sin value is approximated. Similarly, a reference table (cos approximation table) that associates the output of the magnetic sensor B1 obtained by subtracting the midpoint voltage value of the sensor output with the cosine wave is also stored, and the output of the magnetic sensor B1 is set to the cos value. It is designed to approximate.

こうして、ｓｉｎθ１、ｃｏｓθ１が求まると、ｔａｎθ１をｓｉｎθ１／ｃｏｓθ１から求め、その逆関数（ｔａｎ^−１）からそのときの角変位θ１を求めることができる。なお、ｔａｎθ１から角度θ１を求めるため、演算装置２１には、ｔａｎ値とそれに対応する角度θとの参照テーブルであるｔａｎ探索テーブルが記憶されている。
同様にして、角変位θ２及びθ３を求めることができる。
演算装置２１は、上記の結果から、トルクＴ及び舵角θを、
Ｔ＝Ｋ１（θ１−θ２） ．．．（１）
θ＝Ｋ２（θ２−θ３） ．．．（２）
の演算により求める。但し、Ｋ１，Ｋ２は定数である。 Thus, when sin θ1 and cos θ1 are obtained, tan θ1 can be obtained from sin θ1 / cos θ1, and the angular displacement θ1 at that time can be obtained from the inverse function (tan ⁻¹ ). In order to obtain the angle θ1 from tan θ1, the computing device 21 stores a tan search table that is a reference table of the tan value and the corresponding angle θ.
Similarly, the angular displacements θ2 and θ3 can be obtained.
The arithmetic unit 21 calculates the torque T and the steering angle θ from the above results.
T = K1 (θ1-θ2). . . (1)
θ = K2 (θ2-θ3). . . (2)
Obtained by the calculation of However, K1 and K2 are constants.

なお、上記のように式（１），（２）の演算によってトルクＴ及び舵角θを求める代わりに、第１ターゲット板３４と第２ターゲット板３５との相対回転角度差とトルクＴとの関係、及び、第２ターゲット板３５と第３ターゲット板３６との相対的な位相のずれと舵角θとの関係、をそれぞれ予めマップ化し、このマップを参照してトルクＴ及び舵角θを求めることも可能である。   In addition, instead of obtaining the torque T and the steering angle θ by the calculations of the expressions (1) and (2) as described above, the relative rotation angle difference between the first target plate 34 and the second target plate 35 and the torque T The relationship and the relationship between the relative phase shift between the second target plate 35 and the third target plate 36 and the steering angle θ are previously mapped, and the torque T and the steering angle θ are determined with reference to this map. It is also possible to ask for it.

自動車の始動直後の初期演算処理（イニシャル制御）においては、上記のようにしてトルクＴ及び舵角θが求められ、このトルクＴに基づいてモータ６が駆動され、必要な操舵補助力が発生する。また、初期演算処理においては、磁気センサＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３の初期の出力のばらつき等を考慮して、それらの出力を補正することもできる。例えば、出力を補正するための係数として、所定の設計値を与えてもよいし、過去の十分な履歴から経験的に得られた平均値を与えてもよい。   In the initial calculation process (initial control) immediately after the start of the automobile, the torque T and the steering angle θ are obtained as described above, and the motor 6 is driven based on the torque T to generate a necessary steering assist force. . In addition, in the initial calculation process, the outputs of the magnetic sensors A1, B1, A2, B2, A3, and B3 can be corrected in consideration of variations in initial outputs and the like. For example, a predetermined design value may be given as a coefficient for correcting the output, or an average value empirically obtained from a sufficient past history may be given.

次に、磁気センサＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３の出力におけるゲイン及びオフセットの動的な補正演算について説明する。
図３は、補正演算の処理を示すフローチャートである。この処理は、上記のような舵角θ及びトルクＴを演算するための演算装置２１のメインルーチンから、サブルーチンとして実行される。この処理は、３対の磁気センサ（Ａ１，Ｂ１），（Ａ２，Ｂ２），（Ａ３，Ｂ３）についてそれぞれ行われるが、ここでは説明の簡略化のため、各対のＡ相，Ｂ相の磁気センサをそれぞれＡ，Ｂとし、それらの出力を、ＶＡ ，ＶＢ とする。 Next, dynamic correction calculation of gain and offset in the outputs of the magnetic sensors A1, B1, A2, B2, A3, and B3 will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing the correction calculation process. This process is executed as a subroutine from the main routine of the calculation device 21 for calculating the steering angle θ and the torque T as described above. This processing is performed for each of the three pairs of magnetic sensors (A1, B1), (A2, B2), (A3, B3), but here, for the sake of simplicity of explanation, each pair of A phase and B phase The magnetic sensors are A and B, respectively, and their outputs are VA , VB And

図において、まずステップＳ１において演算装置２１は、磁気センサＡ，Ｂの出力波形の最大値ＶＡ_ｍａｘ，ＶＢ_ｍａｘ及び最小値ＶＡ_ｍｉｎ，ＶＢ_ｍｉｎを取得（２回目以降は更新）する。この「取得」は、波形の推移を見ながらその上下ピーク値を特定する既知（特許文献１）の方法により行われる。従って、ターゲットの歯１個分が磁気センサＡ，Ｂの前を通過する必要があり、操舵量がそれに満たないときは、最大値及び最小値のいずれか一方のみの取得となる場合もあり、また、双方とも取得できないという場合もある。 In the figure, first in step S1, the arithmetic unit 21 acquires the maximum values VA _max and VB _max and the minimum values VA _min and VB _min of the output waveforms of the magnetic sensors A and B (updated after the second time). This “acquisition” is performed by a known method (patent document 1) for specifying the upper and lower peak values while observing the transition of the waveform. Therefore, it is necessary for one tooth of the target to pass in front of the magnetic sensors A and B, and when the steering amount is less than that, only one of the maximum value and the minimum value may be obtained. In some cases, neither can be acquired.

次に、ステップＳ２において演算装置２１は、全部の磁気センサＡ，Ｂについて最大値及び最小値の取得を完了したかどうかを判断し、未取得の状態であれば補正を行わずメインルーチンに戻り、初期演算処理を実行する。始動直後で操舵量が不十分であれば、最大値及び最小値は出そろわず、未取得の状態となる。一方、取得完了であれば、演算装置２１は、ステップＳ３においてゲイン補正係数の算出を行う。具体的には、ゲイン補正係数をＫＡ，ＫＢとし、基準となる出力特性を有する磁気センサを用いた場合の波形の最大値と最小値との差（peak to peakの基準差）をＶ_ＰＰ０として、
ＫＡ＝Ｖ_ＰＰ０／（ＶＡ_ｍａｘ−ＶＡ_ｍｉｎ） ．．．（３）
ＫＢ＝Ｖ_ＰＰ０／（ＶＢ_ｍａｘ−ＶＢ_ｍｉｎ） ．．．（４）
の演算を行う。 Next, in step S2, the arithmetic unit 21 determines whether or not the acquisition of the maximum value and the minimum value has been completed for all the magnetic sensors A and B, and returns to the main routine without performing correction if the acquisition has not been performed. Execute initial calculation processing. If the steering amount is insufficient immediately after the start, the maximum value and the minimum value are not obtained and the state is not acquired. On the other hand, if acquisition is completed, the arithmetic unit 21 calculates a gain correction coefficient in step S3. Specifically, the gain correction coefficients are KA and KB, and the difference between the maximum value and the minimum value (peak-to-peak reference difference) when using a magnetic sensor having a reference output characteristic is V _PP0. ,
_{KA = V PP0 / (VA max} -VA min). . . (3)
_{KB = V PP0 / (VB max} -VB min). . . (4)
Perform the operation.

続いて、ステップＳ４において演算装置２１は、オフセット補正係数の算出を行う。具体的には、
ＶＡ_ｍｉｄ＝（ＶＡ_ｍａｘ＋ＶＡ_ｍｉｎ）／２ ．．．（５）
ＶＢ_ｍｉｄ＝（ＶＢ_ｍａｘ＋ＶＢ_ｍｉｎ）／２ ．．．（６）
によりオフセット補正係数ＶＡ_ｍｉｄ，ＶＢ_ｍｉｄ（平均値）を求める。 Subsequently, in step S4, the arithmetic unit 21 calculates an offset correction coefficient. In particular,
VA _mid = (VA _max + VA _min ) / 2. . . (5)
VB _mid = (VB _max + VB _min ) / 2. . . (6)
Thus, offset correction coefficients VA _mid and VB _mid (average values) are obtained.

そして、ステップＳ５において演算装置２１は、出力補正を行う。具体的には、上記各係数を用いて、
ＶＡ’＝（ＶＡ−ＶＡ_ｍｉｄ）ＫＡ＋Ｖ_ｍｉｄ ．．．（７）
ＶＢ’＝（ＶＢ−ＶＢ_ｍｉｄ）ＫＢ＋Ｖ_ｍｉｄ ．．．（８）
とする。但し、Ｖ_ｍｉｄは、基準となる出力特性を有する磁気センサを用いた場合の波形の平均値（中点電圧）である。 In step S5, the arithmetic unit 21 performs output correction. Specifically, using the above coefficients,
VA ′ = (VA−VA _mid ) KA + V _mid . . . (7)
VB ′ = (VB−VB _mid ) KB + V _mid . . . (8)
And However, V _mid is an average value (midpoint voltage) of a waveform when a magnetic sensor having a reference output characteristic is used.

以上のようにしてゲイン及びオフセットの補正演算が行われ、補正された出力ＶＡ’，ＶＢ’が得られる。以後、操舵に応じて逐次、最大値又は最小値が更新され、常に最新の最大値及び最小値が記憶される。そして、それらを基に各補正係数が算出（更新）され、出力補正が行われる。操舵が休止された場合には、記憶された最大値及び最小値が更新されないまま温存され、再操舵開始直後に最大値又は最小値が取得されると、これが最新情報となって、温存された情報との間で新たな最大値及び最小値のペアができることになる。しかし、休止時間によっては、温度上昇により磁気センサＡ，Ｂの特性変化があり、このペアは、補正演算の基になる値として良くない場合がある。   The gain and offset correction calculation is performed as described above, and corrected outputs VA 'and VB' are obtained. Thereafter, the maximum value or the minimum value is sequentially updated according to the steering, and the latest maximum value and minimum value are always stored. Then, each correction coefficient is calculated (updated) based on them, and output correction is performed. When steering is stopped, the stored maximum and minimum values are preserved without being updated, and when the maximum or minimum values are acquired immediately after the start of re-steering, this becomes the latest information and is preserved. A new maximum value and minimum value pair can be created with the information. However, depending on the downtime, there is a change in the characteristics of the magnetic sensors A and B due to the temperature rise, and this pair may not be a good value as a basis for the correction calculation.

次に、上記補正演算とは別に、演算装置２１のメインルーチンからサブルーチンとして実行される補正演算監視処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。まず、ステップＳ１１において演算装置２１は、初回の補正演算が完了したか否かを判断し、補正演算がまだ行われていないときは、メインルーチンに戻る。これは、補正演算がまだ一度も行われていないときには、補正演算の監視を行う必要がないからである。一方、初回の補正演算が完了しているときは、演算装置２１はステップＳ１２においてカウンタＣ（初期値０）を＋１する。続いてステップＳ１３において、カウンタＣの値が所定値に達したか否かを判断する。このカウンタＣは、リセットされてからの時間をカウントするタイマー機能を有する。また、上記所定値すなわちセットされている時間は、磁気センサＡ，Ｂに実質的な温度変化（出力特性に影響が出る温度変化を意味する。）が起こり得る時間であり、例えば数十秒〜数分とされる。   Next, separately from the correction calculation, correction calculation monitoring processing executed as a subroutine from the main routine of the calculation device 21 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step S11, the arithmetic unit 21 determines whether or not the first correction calculation has been completed. When the correction calculation has not been performed yet, the calculation device 21 returns to the main routine. This is because it is not necessary to monitor the correction calculation when the correction calculation has never been performed. On the other hand, when the first correction calculation is completed, the calculation device 21 increments the counter C (initial value 0) by 1 in step S12. Subsequently, in step S13, it is determined whether or not the value of the counter C has reached a predetermined value. The counter C has a timer function that counts the time since it was reset. The predetermined value, that is, the set time, is a time during which a substantial temperature change (meaning a temperature change that affects the output characteristics) can occur in the magnetic sensors A and B. A few minutes.

上記カウンタが所定値に達していない場合には、演算装置２１は、ステップＳ１５において補正演算における補正係数（ゲイン、オフセット）が更新されたか否かを判断し、更新されていない場合にはそのままメインルーチンに戻り、更新されている場合にはカウンタをリセット（ステップＳ１６）してからメインルーチンに戻る。従って、補正係数の更新が行われるごとに、カウンタがリセットされる。操舵が連続して行われるか若しくは断続的に行われているときには補正係数が逐次更新されるので、カウンタが所定値に達することはない。   If the counter has not reached the predetermined value, the arithmetic unit 21 determines in step S15 whether or not the correction coefficient (gain, offset) in the correction calculation has been updated. Returning to the routine, if it has been updated, the counter is reset (step S16) and then returning to the main routine. Accordingly, the counter is reset every time the correction coefficient is updated. When the steering is performed continuously or intermittently, the correction coefficient is updated sequentially, so that the counter does not reach a predetermined value.

一方、一旦操舵が行われた後に、操舵が行われない休止状態又はそれと同等な状態が続くと、最大値及び最小値は更新されず、補正係数が更新されないまま時間が経過する。この間に磁気センサＡ，Ｂの特性に影響を与える温度上昇があった場合、もはや直前の最大値及び最小値は現状では不正確なものとなっている。このような場合、ステップＳ１６のカウンタリセットが行われず、カウンタの値が増大して、所定値すなわち所定時間に達すると、演算装置２１は、ステップＳ１３からＳ１４に進み、補正演算用に記憶している値（最大値、最小値）を初期化し（例えば０にする。）、最大値及び最小値が未取得の状態とする。   On the other hand, once the steering is performed, when the resting state in which the steering is not performed or a state equivalent thereto continues, the maximum value and the minimum value are not updated, and time elapses without the correction coefficient being updated. If there is a temperature rise that affects the characteristics of the magnetic sensors A and B during this time, the maximum and minimum values immediately before are no longer accurate. In such a case, when the counter reset in step S16 is not performed and the counter value increases and reaches a predetermined value, that is, a predetermined time, the arithmetic unit 21 proceeds from step S13 to S14 and stores it for correction calculation. Values (maximum value, minimum value) are initialized (for example, set to 0), and the maximum value and the minimum value are not acquired.

これにより、操舵休止後に再操舵されたとき、図３のステップＳ２における判断はノーとなり、出力補正が行われない。従って、操舵を休止状態としてから磁気センサＡ，Ｂの出力特性変化が予想される所定時間が経過した後に再操舵した場合に、不適切な補正演算が行われることはなく、代わりに、メインルーチンで初期演算処理が行われ、それに基づいてトルクが求められ、操舵補助力が発生する。すなわち、不適切な補正演算を回避して、初期演算処理（イニシャル制御）による無難な操舵補助を行うことができる。また、これにより、部品を追加することなく、演算装置２１の処理によって不適切な補正演算が回避されるので、コストアップも抑止することができる。   As a result, when the vehicle is re-steered after the suspension of steering, the determination in step S2 in FIG. 3 is no and no output correction is performed. Accordingly, when the steering is re-steered after a predetermined time in which the change in the output characteristics of the magnetic sensors A and B is expected after the steering is stopped, an inappropriate correction calculation is not performed. Instead, the main routine is performed. In the initial calculation process, torque is obtained based on the initial calculation process, and a steering assist force is generated. That is, it is possible to avoid an inappropriate correction calculation and perform safe steering assistance by an initial calculation process (initial control). Moreover, since an inappropriate correction calculation is avoided by the processing of the calculation device 21 without adding any parts, an increase in cost can be suppressed.

なお、上記のトルク検出装置（回転角度検出装置を含む。）は電動パワーステアリング装置に限らず、他の装置におけるトルク検出装置（回転角度検出装置）として、入出力回転体間のトルクや回転体の回転角度を検出するために、ゲインやオフセットの補正演算を伴う場合に適用することができる。   Note that the torque detection device (including the rotation angle detection device) is not limited to the electric power steering device, but is a torque detection device (rotation angle detection device) in another device. In order to detect the rotation angle, it can be applied when gain and offset correction calculation is involved.

本発明の一実施形態によるトルク検出装置（回転角度検出装置を含む。）を備えた電動パワーステアリング装置の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electric power steering apparatus provided with the torque detection apparatus (a rotation angle detection apparatus is included) by one Embodiment of this invention. 図１のトルク検出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。It is the figure which represented typically the torsion bar, the input shaft, the output shaft, each target board, and the magnetic sensor in the torque detection apparatus of FIG. 上記トルク演算装置における補正演算の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the correction calculation in the said torque calculating apparatus. 上記トルク演算装置における補正演算監視の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the correction calculation monitoring in the said torque calculating apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

３ 操舵軸（回転体）
２１ 演算装置
３１ トーションバー
３２ 入力軸（入力側回転体）
３３ 出力軸（出力側回転体）
３４〜３６ ターゲット板
Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３ 磁気センサ 3 Steering shaft (rotating body)
21 arithmetic unit 31 torsion bar 32 input shaft (input side rotating body)
33 Output shaft (output side rotating body)
34-36 Target plate A1, B1, A2, B2, A3, B3 Magnetic sensor

Claims (2)

回転体の回転に応じて周期的に変化する信号を出力する回転検出手段と、
前記信号の波形の最大値及び最小値が未取得の状態において前記信号に基づいて前記回転体の回転角度を演算する初期演算処理を行い、その後、前記信号の波形の最大値及び最小値を逐次取得してゲイン及びオフセットの補正演算を行いつつ前記回転体の回転角度を演算するとともに、取得から次の取得に至る前に、前記回転検出手段に実質的な温度変化が起こり得る所定時間が経過した場合、取得済みの最大値及び最小値を初期化して未取得状態とし、前記初期演算処理に戻る演算装置と
を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。 Rotation detection means for outputting a signal that periodically changes according to the rotation of the rotating body;
In the state where the maximum value and minimum value of the waveform of the signal have not been acquired, initial calculation processing is performed to calculate the rotation angle of the rotating body based on the signal, and then the maximum value and minimum value of the waveform of the signal are sequentially The rotation angle of the rotating body is calculated while performing gain and offset correction calculations, and a predetermined time during which a substantial temperature change may occur in the rotation detection unit before the next acquisition is acquired. In such a case, a rotation angle detection device comprising: an arithmetic device that initializes the acquired maximum value and minimum value to return to an unacquired state and returns to the initial calculation processing. 入力側回転体の回転に応じて周期的に変化する信号を出力する入力側回転検出手段と、
トーションバーを介して前記入力側回転体と接続された関係にある出力側回転体の回転に応じて周期的に変化する信号を出力する出力側回転検出手段と、
前記各信号の波形の最大値及び最小値が未取得の状態において前記各信号に基づいて前記各回転体の回転角度を演算し、その差に基づいて入出力間のトルクを演算する初期演算処理を行い、その後、前記各信号の波形の最大値及び最小値を逐次取得してゲイン及びオフセットの補正演算を行いつつ前記各回転体の回転角度を演算し、その差に基づいて入出力間のトルクを演算するとともに、取得から次の取得に至る前に、前記各回転検出手段に実質的な温度変化が起こり得る所定時間が経過した場合、取得済みの最大値及び最小値を初期化して未取得状態とし、前記初期演算処理に戻る演算装置と
を備えたことを特徴とするトルク検出装置。 Input-side rotation detecting means for outputting a signal that periodically changes according to the rotation of the input-side rotating body;
Output-side rotation detection means for outputting a signal that periodically changes according to the rotation of the output-side rotator that is connected to the input-side rotator via a torsion bar;
Initial calculation processing for calculating a rotation angle of each rotating body based on each signal in a state where the maximum value and minimum value of the waveform of each signal are not acquired, and calculating a torque between input and output based on the difference After that, the maximum value and the minimum value of the waveform of each signal are sequentially obtained and the rotation angle of each rotating body is calculated while performing the correction calculation of the gain and the offset, and based on the difference between the input and output When a predetermined time during which a substantial temperature change may occur in each of the rotation detectors before the next acquisition is calculated and the acquired maximum and minimum values are initialized and not yet calculated. A torque detection device comprising: an arithmetic device that is in an acquisition state and returns to the initial arithmetic processing.

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