JP2005114481A - 回転角センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 絶対角度の算出に要する時間τを短縮し、且つ、複雑な回路を必要としない回転角センサを提供すること。
【解決手段】 回転角センサ１に、ステアリングシャフトに連動して回転する検出用ギア３〜４と、検出用ギア３の回転角度を検出する磁気センサ３２と、検出用ギア４の回転角度を検出する磁気センサ４２と、磁気センサ３２により検出された回転角度及び磁気センサ４２により検出された回転角度に基づいて、磁気センサ３２の周期数を算出し、その後、当該算出された周期数及び磁気センサ３２により検出された回転角度に基づいて、ステアリングシャフトの回転角度を算出する演算処理部５と、を備えさせた。ここで、磁気センサ３２の周期と磁気センサ４２の周期との最小公倍数は、ステアリングシャフトの回転範囲以上となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステアリングシャフトの回転角度を検出することができる回転角センサに関する。

従来より、車両に搭載され、ステアリングシャフトの回転角度を検出する技術（以下、「第１の技術」と称する）が知られている（例えば、特許文献１）。

図８は、第１の技術に係る回転角センサ１００を示す概略図である（特許文献１参照）。図８に示すように、回転角センサ１００は、メインギア１０１と、検出用ギア１０２〜１０３と、磁気センサ１０４〜１０５と、演算部１０６を備える。

メインギア１０１は、ステアリングシャフトと一体となって回転し、検出用ギア１０２〜１０３は、メインギア１０１に連動し、且つ、メインギア１０１よりも速い回転速度で回転する。磁気センサ１０４は、検出用ギア１０２の絶対角度を０〜３６０〔ｄｅｇ〕の範囲で検出して検出信号を出力し、磁気センサ１０５は、検出用ギア１０３の絶対角度を０〜３６０〔ｄｅｇ〕の範囲で検出して検出信号を出力する。演算部１０６は、磁気センサ１０４〜１０５から出力された検出信号に基づいて、ステアリングシャフトの絶対角度を算出する。ここで、絶対角度とは、回転数に応じて一意に定まる回転角度を意味する。例えば、ステアリングシャフトの見かけ上の回転角度が１０〔ｄｅｇ〕の場合、ステアリングシャフトの絶対角度は、ステアリングシャフトの回転数に応じて１０〔ｄｅｇ〕、３７０〔ｄｅｇ〕、７３０〔ｄｅｇ〕、…となる。

また、磁気センサ１０４〜１０５から出力される検出信号を同時に読み込む回路を演算部１０６に備えさせる技術（以下、「第２の技術」と称する）も知られている（特許文献２参照）。第２の技術では、演算部１０６は、磁気センサ１０４〜１０５から出力される検出信号を同時に読み込むことができるので、ステアリングシャフトの絶対角度を正確に算出することができる。

また、磁気センサ１０４（または磁気センサ１０５、以下同じ）に３相パルス信号（Ａ相パルス信号、Ｂ相パルス信号、Ｚ相パルス信号）を出力させる技術（以下、「第３の技術」と称する）も知られている。第３の技術では、磁気センサ１０４は、検出された絶対角度に応じてＡ相パルス信号及びＢ相パルス信号を出力する一方、ステアリングシャフトが中立状態となった場合及びこの状態から検出用ギア１０２が一回転する毎にＺ相パルス信号を出力する。

これにより、車両側の上位システムでは、ステアリングシャフトの相対角度を算出することができる。ここで、中立状態とは、車両直進時でのステアリングシャフトの状態を意味する。また、相対角度とは、ステアリングシャフトの中立状態を基準とした回転角度を意味する。例えば、ステアリングシャフトを中立状態から１０（ｄｅｇ）回転させた場合には、ステアリングシャフトの相対角度は１０〔ｄｅｇ〕または−１０〔ｄｅｇ〕となる。

ここで、第３の技術では、検出用ギア１０２は、ステアリングシャフトが一回転する間に複数回回転するので、磁気センサ１０４は、ステアリングシャフトが一回転する間にＺ相パルス信号を複数回出力する。このため、車両側の上位システムにおいて、複数のＺ相パルス信号のうちから真のＺ相パルス信号（ステアリングシャフトが中立状態となった際に出力されたＺ相パルス信号）を推定する必要があった。このため、車両側の上位システムで相対角度を算出するのに手間がかかっていた。

当該問題点を解決するために、以下の技術（以下、「第４の技術」と称する）が考えられている。当該第４の技術では、演算部１０６にてステアリングシャフトの絶対角度を算出する。そして、当該算出された絶対角度が中立角度となった際に、演算部１０６がＺ相パルス信号を生成して出力する。ここで、中立角度は、ステアリングシャフトの中立状態での絶対角度、または当該中立状態での絶対角度に３６０〔ｄｅｇ〕の倍数を加算した角度を意味する。これにより、Ｚ相パルス信号の出力回数が減少するので、上述した手間が軽減される。
特表平１１−５００８２８号公報 特表２００１−５０５６６７号公報

しかし、上述した技術では、以下の問題点があった。当該問題点を図９に基づいて説明する。なお、図９（ａ）中、直線２００は、ステアリングシャフトの実際の絶対角度と時刻との関係を示し、直線２０１は、演算部１０６により算出される絶対角度と時刻との関係を示す。また、図９（ｂ）は、Ｚ相パルス信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。

図９に示すように、絶対角度の算出には時間を要するので、ある時点で演算部１０６により算出される絶対角度と、当該時点でのステアリングシャフトの実際の絶対角度とに誤差が生じる。例えば、ステアリングシャフトの回転速度（操舵角速度）をω１〔ｄｅｇ／ｓｅｃ〕、絶対角度の算出に要する時間をτとすると、演算部１０６が検出信号を読み込んだ時点から時間τ経過するまでの間にステアリングシャフトはω１＊τ〔ｄｅｇ〕回転する。したがって、上述した誤差はω１＊τ〔ｄｅｇ〕となる。

ここで、演算部１０６は、磁気センサ１０４〜１０５の両方から出力される検出信号に基づいて絶対角度を算出するので、絶対角度を算出するための演算式が複雑になる。このため、時間τが長くなるので、当該誤差が大きくなるという問題点があった。

また、第２の技術では、上述した回路は複雑な構成となっているため、回転角センサ１００の製造に手間がかかるという問題点もあった。

また、当該時間τにより、Ｚ相パルス信号の出力タイミングに誤差が生じる。例えば、図９（ｂ）に示すように、ステアリングシャフトが中立状態となる時点ａ〜ｂ〔ｓｅｃ〕で演算部１０６が検出信号を読み込んでも、演算部１０６は、ステアリングシャフトが中立状態からσ〔ｄｅｇ〕進んだ時点ｃ〜ｄ〔ｓｅｃ〕でＺ相パルス信号を出力する。ここで、上述したように、時間τが長くなるので、第４の技術では、Ｚ相パルス信号の出力タイミング誤差が大きくなるという問題点もあった。

また、時間τが長くなるので、演算部１０６のサンプリング間隔（即ち、演算部１０６が検出信号を読み込んでから次に検出信号を読み込むまでの時間）が時点ａから時点ｂまでの時間よりも長くなる場合（例えば、演算部１０６が図９（ａ）に示す時点Ａ〜Ｄ〔ｓｅｃ〕で検出信号を読み込む場合）が生じうる。この場合、演算部１０６は、時点ａ及び時点ｂで検出信号を読み込むことができないので、算出された絶対角度が中立角度とならない。このため、第４の技術では、演算部１０６がＺ相パルス信号を出力することができない場合があるという問題点もあった。なお、この場合、演算部１０６は、ステアリングシャフトが中立状態となる時間を予測してＺ相パルス信号を出力することもできる。しかし、このようにＺ相パルス信号を出力する場合、Ｚ相パルス信号の出力タイミングに誤差が生じうる。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その主に目的とするところは、絶対角度の算出に要する時間τを短縮し、且つ、複雑な回路を必要としない回転角センサを提供することである。

上記目的を達成するため、本願請求項１記載の発明は、ステアリングシャフトに連動して回転する第１の検出用ギア及び第２の検出用ギアと、第１の検出用ギアの回転角度を検出する第１の検出手段と、第２の検出用ギアの回転角度を検出する第２の検出手段と、第１の検出手段により検出された回転角度及び第２の検出手段により検出された回転角度に基づいて、第１の検出手段の周期数を算出し、その後、当該算出された周期数及び第１の検出手段により検出された回転角度に基づいて、ステアリングシャフトの回転角度を算出する演算手段と、を備え、第１の検出手段の周期と第２の検出手段の周期との最小公倍数は、ステアリングシャフトの回転範囲以上であることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の回転角センサにおいて、ステアリングシャフトと一体となって回転するメインギアを備え、第１の検出用ギアは、メインギアに連動して回転し、演算手段は、所定時間毎に第１の検出用ギアの回転角度データを第１の検出手段から取得し、所定時間は、以下の式（１）
Ｔｓａｍ＜Ψ＊ｎ３／ｍ／２／ω０ …（１）
Ｔｓａｍ：所定時間、Ψ：第１の検出手段が検出可能な回転範囲、ｎ３：第１の検出用ギアの歯数、ｍ：メインギアの歯数、ω０：ステアリングシャフトの最大回転速度〔ｄｅｇ／ｓｅｃ〕、を満たすことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の回転角センサにおいて、演算手段は、第１の検出手段により前回検出された回転角度と、第１の検出手段により今回検出された回転角度と、の差が以下の式（２）
｜ΔＳ３｜≦Ｓｘ …（２）
ΔＳ３：差、を満たす場合には、第１の検出手段の今回の周期数を前回算出された周期数と同じ値として算出し、差が以下の式（３）
ΔＳ３＞Ｓｘ …（３）
を満たす場合には、第１の検出手段の今回の周期数を前回算出された周期数より１小さい値として算出し、差が以下の式（４）
ΔＳ３＜−Ｓｘ …（４）
を満たす場合には、第１の検出手段の今回の周期数を前回算出された周期数より１大きい値として算出し、算出された今回の周期数と、第１の検出手段により検出された回転角度と、に基づいて、ステアリングシャフトの回転角度を算出し、且つ、当該算出された回転角度が中立角度となった際に検出角度信号を出力し、
Ｓｘは、以下の式（５）
σ＊２＾ｒｅｚ３＊ｍ／Ψ／ｎ３＜Ｓｘ＜２＾ｒｅｚ３／２ …（５）
σ：検出角度信号の出力タイミング誤差の許容値〔ｄｅｇ〕、ｒｅｚ３：第１の検出手段の分解能、を満たすことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の回転角センサにおいて、所定時間は、以下の式（６）
Ｔｓａｍ≦σ／ω０ …（６）
を満たすことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転角センサにおいて、第１の検出用ギアの加速比は、第２の検出用ギアの加速比よりも大きいことを特徴とする。

本願特許請求の範囲に記載の発明によれば、第１〜第２の検出手段のうち、一方の検出手段、即ち第１の検出手段により検出された回転角度に基づいてステアリングシャフトの絶対角度を算出することができる。したがって、従来に比して、容易且つ迅速に絶対角度を算出することができるので、上述した時間τを短縮することができる。また、第１〜第２の検出手段により検出された回転角度を同時に読み込むための複雑な回路を必要としない。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、本発明の実施の形態に係る回転角センサ１の構成及び各構成要素の主な機能を説明する。

図１は、回転角センサ１を示す平面図であり、図２は、演算処理部５周辺の構成を示すブロック図である。図１〜図２に示すように、回転角センサ１は、ケース１０内に収納されており、メインギア２と、検出用ギア３〜４と、磁石３１、４１と、磁気センサ（第１の検出手段）３２と、磁気センサ（第２の検出手段）４２と、演算処理部（演算手段）５と、ＥＥＰＲＯＭ５１を備える。

メインギア２は、ステアリングシャフトと一体となって回転する。検出用ギア３は、メインギア２に連動して回転し、その半径はメインギア２の半径よりも小さい。したがって、検出用ギア３は、メインギア２よりも速い回転速度で回転する。

磁石３１は２極に着磁された磁石であり、検出用ギア３の回転中心部に設けられる。そして、検出用ギア３と共に回転する。

図３（ａ）は、ステアリングシャフトの実際の絶対角度（横軸）と磁気センサ３２から出力されるデジタル信号の値Ｓ３（ｎ）（縦軸）との関係を示す特性図である。図１〜図３（ａ）に示すように、磁気センサ３２は、磁石３１の近傍に設置され、磁石３１の磁力線の方向、即ち検出用ギア３の絶対角度を、時計回りを正方向として０〜３６０［ｄｅｇ］の範囲で検出する。そして、磁気センサ３２は、当該検出された絶対角度に対応するｒｅｚ３ビット（ｒｅｚ３は磁気センサ３２の分解能であり、例えば６〜１０の整数となる）のデジタル信号を生成し、演算処理部５から選択信号及びクロック信号を与えられた際に、演算処理部５に出力する。ここで、デジタル信号の値は、ステアリングシャフトが中立状態となる場合及びこの状態から検出用ギア３が一回転する毎にゼロとなり、回転角センサ１への電源投入時点にはＳ３（０）となる。また、演算処理部５がｎ回目（ｎ：１以上の整数）に読み込むデジタル信号の値はＳ３（ｎ）となる。

また、磁気センサ３２は、図２に示すように、当該生成されたデジタル信号を２相（Ａ相、Ｂ相）パルス信号に変換して車両側の上位システムに出力する。

図１に示す検出用ギア４は、メインギア２に連動して回転し、その半径はメインギア２の半径よりも小さいが、検出用ギア３よりも大きい。したがって、検出用ギア４は、メインギア２よりも速い回転速度で回転するが、検出用ギア３よりも遅い回転速度で回転する。したがって、検出用ギア３の加速比は、検出用ギア４の加速比よりも大きい。ここで、検出用ギア３〜４の加速比とは、メインギア２の回転速度と検出用ギア３〜４の回転速度との比を意味し、検出用ギア３〜４の加速比が大きくなるほど、メインギア２に対して検出用ギア３〜４の回転速度が大きくなる。

磁石４１は２極に着磁された磁石であり、検出用ギア４の回転中心部に設けられる。そして、検出用ギア４と共に回転する。

図３（ｂ）は、ステアリングシャフトの実際の絶対角度（横軸）と磁気センサ４２から出力されるデジタル信号の値Ｓ４（０）〜Ｓ４（ｎ）（縦軸）との関係を示す特性図である。図１〜図３（ｂ）に示すように、磁気センサ４２は、磁石４１の近傍に設置され、磁石４１の磁力線の方向、即ち検出用ギア４の絶対角度を、時計回りを正方向として０〜３６０［ｄｅｇ］の範囲で検出する。そして、当該検出された絶対角度に対応するｒｅｚ４ビット（ｒｅｚ４は磁気センサ４２の分解能であり、例えば６〜１０の整数となる）のデジタル信号を生成し、演算処理部５から選択信号及びクロック信号を与えられた際に、演算処理部５に出力する。ここで、デジタル信号の値は、ステアリングシャフトが中立状態となる場合及びこの状態から検出用ギア４が一回転する毎にゼロとなり、回転角センサ１への電源投入時点にはＳ４（０）となる。

また、磁気センサ４２は、図２に示すように、当該生成されたデジタル信号を２相（Ａ相、Ｂ相）パルス信号に変換して車両側の上位システムに出力する。車両側の上位システムでは、磁気センサ３２、４２から出力される２相パルス信号のうち、分解能の仕様を満たす方の２相パルス信号を使用する。

また、磁気センサ３２の周期と磁気センサ４２の周期との最小公倍数は、ステアリングシャフトの回転範囲以上となる。ここで、磁気センサ３２の周期とは、検出用ギア３が一回転する間にステアリングシャフトが回転する角度を意味し、磁気センサ４２の周期とは、検出用ギア４が一回転する間にステアリングシャフトが回転する角度を意味する。この条件を満たす場合、図３に示すように、デジタル信号の値Ｓ３（０）〜Ｓ３（ｎ）とデジタル信号の値Ｓ４（０）〜Ｓ４（ｎ）との組み合わせは一意に定まる。

演算処理部５は、以下の処理を行う。即ち、回転角センサ１への電源投入時点に、磁気センサ３２、４２から与えられたデジタル信号に基づいて、図３に示すように、磁気センサ３２の当該時点での周期数ｊ３（０）または磁気センサ４２の当該時点での周期数ｊ４（０）と、ステアリングシャフトの当該時点での絶対角度θ（０）とを算出する。ここで、上述したように、デジタル信号の値Ｓ３（０）とデジタル信号の値Ｓ４（０）との組み合わせは一意に定まるので、演算処理部５は、磁気センサ３２、４２から与えられたデジタル信号に基づいて、周期数ｊ３（０）または周期数ｊ４（０）と、絶対角度θ（０）を一意に算出することができる。

演算処理部５は、具体的には、回転角センサ１への電源投入時点に選択信号及びクロック信号を生成して磁気センサ３２、４２に出力する。そして、これに応じて磁気センサ３２、４２から与えられるデジタル信号を読み込んで、周期数ｊ３（０）または周期数ｊ４（０）を算出する。そして、演算処理部５は、当該算出された周期数に基づいて、以下の式（７）により、ステアリングシャフトの絶対角度θ（０）を算出する。式（７）中、ｍはメインギア２の歯数であり、ｎ３は検出用ギア３の歯数である。

θ（０）＝Ｓ３（０）＊３６０＊ｎ３／２＾ｒｅｚ３／ｍ＋ｊ３（０）＊３６０＊ｎ３／ｍ …（７）
なお、磁気センサ４２の周期数の値Ｓ４（０）に基づいて絶対角度θ（０）を算出する場合には、以下の式（８）により算出する。式（８）中、ｎ４は検出用ギア４の歯数である。

θ（０）＝Ｓ４（０）＊３６０＊ｎ４／２＾ｒｅｚ４／ｍ＋ｊ４（０）＊３６０＊ｎ４／ｍ …（８）
その後、所定のｎ回目のサンプリング時点で、磁気センサ３２、４２のいずれか一方から与えられたデジタル信号を読み込み、当該読み込んだデジタル信号と、当該算出された周期数ｊ３（０）または周期数ｊ４（０）に基づいて、磁気センサ３２の当該サンプリング時点での周期数ｊ３（ｎ）または磁気センサ４２の当該時点での周期数ｊ４（ｎ）を算出する。さらに、当該読み込んだデジタル信号と、当該算出された周期数ｊ３（ｎ）または周期数ｊ４（ｎ）に基づいて、ステアリングシャフトの当該時点での絶対角度θ（ｎ）を算出する。具体的には、以下の処理を行う。

ここで、磁気センサ３２の周期数ｊ３（０）〜ｊ３（ｎ）は、図３（ａ）に示すように、ステアリングシャフトが中立状態となる場合を基準（ゼロ）とした検出用ギア３の回転数を意味する。周期数ｊ４（０）〜ｊ４（ｎ）は、図３（ｂ）に示すように、ステアリングシャフトが中立状態となる場合を基準（ゼロ）とした検出用ギア４の回転数を意味する。また、演算処理部５により算出される絶対角度θ（０）〜θ（ｎ）は、ステアリングシャフトが中立状態となる場合にゼロとなる。また、演算処理部５は、磁気センサ３２から与えられたデジタル信号を読み込んで絶対角度θ（ｎ）を算出する場合、磁気センサ４２から与えられたデジタル信号を読み込んで絶対角度θ（ｎ）を算出する場合に比して、絶対角度θ（ｎ）をより精度良く算出することができる。検出用ギア３の加速比は検出用ギア４の加速比よりも大きいので、ステアリングシャフトの単位回転あたりのデジタル信号の値Ｓ３（０）〜Ｓ３（ｎ）の変化量は、デジタル信号の値Ｓ４（０）〜Ｓ４（ｎ）の変化量よりも大きいからである。そこで、以下の説明では、磁気センサ３２から与えられたデジタル信号を読み込んで絶対角度θ（ｎ）を算出する処理について説明する。

即ち、演算処理部５は、所定のｎ回目のサンプリング時点で磁気センサ３２に選択信号及びクロック信号を出力し、当該出力に応じて磁気センサ３２から与えられたデジタル信号を読み込む。

そして、図３（ａ）に示すように、今回読み込んだデジタル信号の値Ｓ３（ｎ）と、前回読み込んだデジタル信号の値Ｓ３（ｎ−１）と、の差ΔＳ３が以下の式（９）を満たす場合、今回の周期数ｊ３（ｎ）を前回算出された周期数ｊ３（ｎ−１）と同じ値として算出する。

｜ΔＳ３｜≦Ｓｘ …（９）
ここで、Ｓｘは、以下の式（１０）を満たす定数である。式（１０）中、σは、Ｚ相パルス信号の出力タイミング誤差の許容値〔ｄｅｇ〕である。ここで、出力タイミング誤差とは、図９に示すように、Ｚ相パルス信号の理想的な立ち上がり時点（図９では時点ａとなる）からＺ相パルス信号の実際の立ち上がり時点（図１０では時点ｃとなる）までの時間にステアリングシャフトが回転する角度〔ｄｅｇ〕を意味する。また、許容値σとは、当該角度の最小値を意味し、例えば、後述するサンプリング間隔（所定時間）Ｔｓａｍが１〔ｍｓｅｃ〕となる場合、許容値σは２〔ｄｅｇ〕となる。

σ＊２＾ｒｅｚ３＊ｍ／３６０／ｎ３＜Ｓｘ＜２＾ｒｅｚ３／２ …（１０）
一方、差ΔＳ３が以下の式（１１）を満たす場合、今回の周期数ｊ３（ｎ）を前回算出された周期数ｊ３（ｎ−１）より１小さい値として算出する。

ΔＳ３＞Ｓｘ …（１１）
一方、差ΔＳ３が以下の式（１２）を満たす場合、今回の周期数ｊ３（ｎ）を前回算出された周期数ｊ３（ｎ−１）より１大きい値として算出する。

ΔＳ３＜−Ｓｘ …（１２）
ここで、サンプリング時点の設定方法について、図４に基づいて説明する。図４は、磁気センサ３２から出力されるデジタル信号の値Ｓ３（Ｔ）（縦軸）と、時刻（横軸）との関係を示す特性図である。

本実施の形態では、後述するように、演算処理部５が磁気センサ３２、４２のうち一方の磁気センサ３２（または磁気センサ４２）から出力されるデジタル信号に基づいて絶対角度θを算出することができるので、前回のサンプリング時点から今回のサンプリング時点までの時間、即ちサンプリング間隔Ｔｓａｍが従来よりも短くなるように、サンプリング時点を設定することができる。

具体的には、図４に示すように、例えば、今回のサンプリング時点Ｓａｍ１でのデジタル信号の値Ｓ３（Ｓａｍ１）が２＾ｒｅｚ３／２となる場合、サンプリング間隔Ｔｓａｍが、検出用ギア３が所定の回転範囲（磁気センサ３２が検出可能な回転範囲で、本実施の形態では３６０（ｄｅｇ）となる）を回転するのに要する最短時間の半分より長いと、次回のサンプリング時点Ｓａｍ２でのデジタル信号の値Ｓ３（Ｓａｍ２）が、サンプリング時点Ｓａｍ２’で取得される値なのか、サンプリング時点Ｓａｍ２で取得される値なのか区別することができない場合が生じうる。言い換えれば、次回のサンプリング時点Ｓａｍ２での周期数が今回のサンプリング時点Ｓａｍ１での周期数と同じかどうか区別することができない場合が生じうる。そこで、あるサンプリング時点での周期数を正確に算出することができるように、サンプリング間隔Ｔｓａｍが以下の式（１３）を満たすように、サンプリング時点が設定される。式（１３）中、ω０は、ステアリングシャフトの最大回転速度であり、右辺で示される値は、検出用ギア３の一回転に要する最短時間の半分である。

Ｔｓａｍ＜３６０＊ｎ３／ｍ／２／ω０ …（１３）
特に、本実施の形態では、サンプリング間隔Ｔｓａｍが以下の式（１４）を満たすように、サンプリング時点が設定される。これにより、Ｚ相パルス信号の出力タイミング誤差を許容値σ以内に収めることができる。

Ｔｓａｍ≦σ／ω０ …（１４）
そして、演算処理部５は、当該算出された周期数ｊ３（ｎ）及び今回読み込んだデジタル信号の値Ｓ３（ｎ）に基づいて、以下の式（１５）により絶対角度θ（ｎ）を算出する。

θ（ｎ）＝Ｓ３（ｎ）＊３６０＊ｎ３／２＾ｒｅｚ３／ｍ＋ｊ３（ｎ）＊３６０＊ｎ３／ｍ …（１５）
そして、当該算出された絶対角度θ（０）〜θ（ｎ）に関する検出信号を生成して車両側の上位システムに出力する。一方、当該算出された絶対角度θ（０）〜θ（ｎ）が中立角度（所定角度）となった際にＺ相パルス信号（検出角度信号）を生成して車両側の別の相対舵角信号を必要とする上位システムに出力する。ここで、中立角度について、図５に基づいて説明する。なお、図５（ａ）は、ステアリングシャフトの実際の絶対角度（横軸）と演算処理部５により算出される絶対角度θ（０）〜θ（ｎ）（縦軸）との関係を示す特性図であり、図５（ｂ）は、ステアリングシャフトの実際の絶対角度（横軸）とＺ相パルス信号の出力タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。図５に示すように、中立角度とは、ステアリングシャフトの中立状態での絶対角度α〜β〔ｄｅｇ〕と、当該絶対角度α〜β〔ｄｅｇ〕に３６０〔ｄｅｇ〕の倍数を加算して得られる絶対角度を意味する。

次に、回転角センサ１による処理の手順を、図６〜図７に示すフローチャートに沿って説明する。

図６に示すステップＳＴ１にて、回転角センサ１に電源が投入されると、ステップＳＴ２にて、演算処理部５は、回転角センサ１への電源投入時点に、上述した処理により、磁気センサ３２、４２から与えられたデジタル信号（Ｓ３（０）、Ｓ４（０））に基づいて、磁気センサ３２の当該時点での周期数ｊ３（０）と、ステアリングシャフトの当該時点での絶対角度θ（０）とを算出する。

次いで、ステップＳＴ４０９〜ステップＳＴ４１０にて、デジタル信号の値Ｓ３（０）と、周期数ｊ３（０）を図示しないメモリに保存する。

次いで、ステップＳＴ３にて、回転角センサ１が電源から切断されると、回転角センサ１は本処理を終了し、切断されない場合（ステップＳＴ３にてＮＯ）には、ステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ４にて、回転角センサ１は、周期数のカウントアップ・ダウンによる舵角算出処理を行う。具体的には、図７に示すステップＳＴ４０１にて、演算処理部５は、現在時点が上述したｎ回目のサンプリング時点となった際に、選択信号及びクロック信号を磁気センサ３２に出力し、当該出力に応じて磁気センサ３２から与えられたデジタル信号を読み込む。

次いで、ステップＳＴ４０２にて、演算処理部５は、今回読み込んだデジタル信号の値Ｓ３（ｎ）と、前回読み込んだデジタル信号の値Ｓ３（ｎ−１）と、の差ΔＳ３を算出する。

次いで、ステップＳＴ４０３にて、演算処理部５は、ステップＳＴ４０２にて算出された差ΔＳ３が上述した式（９）を満たすかどうか判断する。この結果、満たす場合にはステップＳＴ４０４に進み、満たさない場合（ステップＳＴ４０３にてＮＯ）には、ステップＳＴ４０５に進む。

ステップＳＴ４０４にて、演算処理部５は、今回の周期数ｊ３（ｎ）を前回の周期数ｊ３（ｎ−１）と同じ値として算出し、ステップＳＴ４０８に進む。

ステップＳＴ４０５にて、演算処理部５は、ステップＳＴ４０２にて算出された差ΔＳ３が上述した式（１１）を満たすかどうか判断する。この結果、満たす場合にはステップＳＴ４０６に進み、満たさない場合（ステップＳＴ４０５にてＮＯ）には、ステップＳＴ４０７に進む。

ステップＳＴ４０６にて、演算処理部５は、今回の周期数ｊ３（ｎ）を前回の周期数ｊ３（ｎ−１）よりも１小さい値として算出し、ステップＳＴ４０８に進む。

ステップＳＴ４０７にて、演算処理部５は、今回の周期数ｊ３（ｎ）を前回の周期数ｊ３（ｎ−１）よりも１大きい値として算出し、ステップＳＴ４０８に進む。

ステップＳＴ４０８にて、演算処理部５は、ステップＳＴ４０４、ステップＳＴ４０６、またはステップＳＴ４０７にて算出された周期数ｊ３（ｎ）と、ステップＳＴ４０１にて読み込んだデジタル信号に基づいて、上述した式（１５）により絶対角度θ（ｎ）を算出する。

次いで、図６に示すステップＳＴ４０９〜ステップＳＴ４１０にて、演算処理部５は、図示しないメモリに今回の周期数ｊ３（ｎ）及び今回読み込んだデジタル信号の値Ｓ３（ｎ）を保存する。その後、ステップＳＴ３に戻る。

以上により、本実施の形態では、回転角センサ１は、磁気センサ３２、４２のうち、一方の磁気センサから出力されるデジタル信号に基づいてステアリングシャフトの絶対角度θ（ｎ）を算出することができる。したがって、従来に比して、より容易且つ迅速に絶対角度θ（ｎ）を算出することができるので、演算処理部５がデジタル信号を読み込んでから絶対角度θ（ｎ）の算出を終了するまでの時間、即ち上述した時間τが短縮される。例えば、従来の時間τが５〔ｍｓｅｃ〕だったのが、１〔ｍｓｅｃ〕程度に短縮される。また、時間τが短縮されることにより、ステアリングシャフトの実際の絶対角度と、演算処理部５により算出される絶対角度θ（ｎ）との誤差が従来よりも小さくなる。また、時間τが短縮されるので、Ｚ相パルス信号の出力タイミング誤差も小さくなる。

また、回転角センサ１は、一方の磁気センサから出力されるデジタル信号に基づいてステアリングシャフトの絶対角度θ（ｎ）を算出することができるので、従来のように、磁気センサ３２、４２から出力されるデジタル信号を同時に読み込むための回路を必要としない。

なお、回転角センサ１は、電源投入時点では、磁気センサ３２、４２から出力されるデジタル信号に基づいて絶対角度θ（０）を算出するので、時間τは従来と同様となるが、この時点では、ステアリングシャフトは回転しないか、遅い回転速度で回転するので、ステアリングシャフトの実際の絶対角度と、演算処理部５により算出される絶対角度θ（ｎ）との誤差はほとんど生じない。また、同様の理由により、この時点であっても、磁気センサ３２、４２から出力されるデジタル信号を同時に読み込む必要がないので、上述した回路を必要としない。

また、回転角センサ１は、一方の磁気センサから出力されるデジタル信号に基づいてステアリングシャフトの絶対角度θ（ｎ）を算出することができるので、サンプリング間隔Ｔｓａｍを従来よりも短くすることができる。これにより、サンプリング間隔Ｔｓａｍをステアリングシャフトが中立角度となる時間（例えば、図９に示す時点ａ〜時点ｂまでの時間）よりも短くすることができる。

また、サンプリング間隔Ｔｓａｍを上述した式（１３）〜式（１４）を満たすようにサンプリング時点が設定することができるので、回転角センサ１は、今回の周期数ｊ３（ｎ）を正確に算出することができる。また、Ｚ相パルス信号の出力タイミング誤差を許容値σ以内に収めることができる。

また、回転角センサ１は、差ΔＳ３の大きさに応じて絶対角度θ（ｎ）を算出するので（式（９）、（１１）〜（１２）及びステップＳＴ４０３〜ステップＳＴ４０８参照）、絶対角度θ（ｎ）を正確に算出することができる。

また、検出用ギア３の加速比は検出用ギア４の加速比よりも大きく、且つ、磁気センサ３２は当該検出用ギア３の絶対角度を検出するので、回転角センサ１は、絶対角度θ（ｎ）をより正確に算出することができる。

また、回転角センサ１は、電源が投入されている間での演算のみにより絶対角度θ（ｎ）を算出することができるので、回転角センサ１に暗電流を流しておく必要がない。

なお、回転角センサ１は、多回転検出可能な絶対角度センサとして使用することができる。

また、式（７）、（８）、（１０）、（１３）、（１５）中の３６０（ｄｅｇ）は、磁気センサ３２が検出可能な回転範囲である。したがって、この値は、当該回転範囲に応じて変更される。

本発明の一実施の形態に係る回転角センサを示す平面図である。 演算処理部周辺の構成を示すブロック図である。 （ａ）磁気センサから出力されるデジタル信号の値とステアリングシャフトの実際の絶対角度との関係を示す特性図である。（ｂ）磁気センサから出力されるデジタル信号の値とステアリングシャフトの実際の絶対角度との関係を示す特性図である。 磁気センサから出力されるデジタル信号の値と時間との関係を示す特性図である。 （ａ）演算処理部により算出される絶対角度とステアリングシャフトの実際の絶対角度との関係を示す特性図である。（ｂ）Ｚ相パルス信号の出力タイミングとステアリングシャフトの実際の絶対角度との関係を示す特性図である。 回転角センサによる処理の手順を示すフローチャートである。 回転角センサによる処理の手順を示すフローチャートである。 従来の回転角センサを示す平面図である。 （ａ）従来の回転角センサにより算出される絶対角度とステアリングシャフトの実際の絶対角度との関係を示す特性図である。（ｂ）Ｚ相パルス信号の理想的な出力タイミングと実際の出力タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１…回転角センサ
２…メインギア
３〜４…検出用ギア
５…演算処理部
１０…ケース
３１、４１…磁石
３２…磁気センサ（第１の検出手段）
４２…磁気センサ（第２の検出手段）
５１…ＥＥＰＲＯＭ

Claims (5)

1. ステアリングシャフトに連動して回転する第１の検出用ギア及び第２の検出用ギアと、
   前記第１の検出用ギアの回転角度を検出する第１の検出手段と、
   前記第２の検出用ギアの回転角度を検出する第２の検出手段と、
   前記第１の検出手段により検出された回転角度及び前記第２の検出手段により検出された回転角度に基づいて、前記第１の検出手段の周期数を算出し、その後、当該算出された周期数及び前記第１の検出手段により検出された回転角度に基づいて、前記ステアリングシャフトの回転角度を算出する演算手段と、を備え、
   前記第１の検出手段の周期と前記第２の検出手段の周期との最小公倍数は、前記ステアリングシャフトの回転範囲以上であることを特徴とする回転角センサ。
2. 請求項１記載の回転角センサにおいて、
   前記ステアリングシャフトと一体となって回転するメインギアを備え、
   前記第１の検出用ギアは、前記メインギアに連動して回転し、
   前記演算手段は、所定時間毎に前記第１の検出用ギアの回転角度データを前記第１の検出手段から取得し、前記所定時間は、以下の式（１）
   Ｔｓａｍ＜Ψ＊ｎ３／ｍ／２／ω０ …（１）
   Ｔｓａｍ：前記所定時間、Ψ：前記第１の検出手段が検出可能な回転範囲、ｎ３：前記第１の検出用ギアの歯数、ｍ：前記メインギアの歯数、ω０：前記ステアリングシャフトの最大回転速度〔ｄｅｇ／ｓｅｃ〕、を満たすことを特徴とする回転角センサ。
3. 請求項２記載の回転角センサにおいて、
   前記演算手段は、前記第１の検出手段により前回検出された回転角度と、前記第１の検出手段により今回検出された回転角度と、の差が以下の式（２）
   ｜ΔＳ３｜≦Ｓｘ …（２）
   ΔＳ３：前記差、を満たす場合には、前記第１の検出手段の今回の周期数を前回算出された周期数と同じ値として算出し、前記差が以下の式（３）
   ΔＳ３＞Ｓｘ …（３）
   を満たす場合には、前記第１の検出手段の今回の周期数を前回算出された周期数より１小さい値として算出し、前記差が以下の式（４）
   ΔＳ３＜−Ｓｘ …（４）
   を満たす場合には、前記第１の検出手段の今回の周期数を前回算出された周期数より１大きい値として算出し、前記算出された今回の周期数と、前記第１の検出手段により検出された回転角度と、に基づいて、前記ステアリングシャフトの回転角度を算出し、且つ、当該算出された回転角度が中立角度となった際に検出角度信号を出力し、
   前記Ｓｘは、以下の式（５）
   σ＊２＾ｒｅｚ３＊ｍ／Ψ／ｎ３＜Ｓｘ＜２＾ｒｅｚ３／２ …（５）
   σ：前記検出角度信号の出力タイミング誤差の許容値〔ｄｅｇ〕、ｒｅｚ３：前記第１の検出手段の分解能、を満たすことを特徴とする回転角センサ。
4. 請求項３記載の回転角センサにおいて、
   前記所定時間は、以下の式（６）
   Ｔｓａｍ≦σ／ω０ …（６）
   を満たすことを特徴とする回転角センサ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転角センサにおいて、
   前記第１の検出用ギアの加速比は、前記第２の検出用ギアの加速比よりも大きいことを特徴とする回転角センサ。

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