JP2008215998A - 回転軸の絶対回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二つ以上の相対角センサの検出信号を利用し、簡単かつ高精度に回転軸の絶対回転角を検出する。
【解決手段】回転軸１２の二つの相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑ及び電動モータ２２の相対角センサ２４から得られる電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒに基づき、角度信号平滑化手段３２において、絶対回転角信号Ａｂを求める。この際、角度信号平滑化手段３２で得られる絶対回転角信号の所望の周期的変動数Ｓと、減速機２６の減速比ａ：ｂと、二つの相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑの軸倍角ｐ、ｑと、電動モータ２２の相対角センサ２４の軸倍角ｒと、回転軸１２の許容回転数Ｎとが、各相対角センサの軸倍角の如何に関わらず、Ｓ＝｜（ｐ＋ｑ）×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ａ／ｂ）｜＝１の関係を満たすように各値を設定することで、絶対回転角信号Ａｂは回転軸１２の絶対回転角と一対一の対応となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、３６０°を超える回転角度が与えられた回転軸の、絶対回転角度を検出する技術に関するものである。

自動車のステアリングホイールのステアリングコラム等、３６０°を超える所定の許容回転角度θが与えられた回転軸の絶対回転角度を検出する手段として、従来から、多回転アブソリュート検出器が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、従来の多回転アブソリュート検出器は高価であり、かつ、その構造上耐久性に問題があることから、多回転アブソリュート検出器を用いることなく、回転軸の絶対回転角度を検出する手段が求められている。

そこで、レゾルバ等３６０°以内の回転角の検出が可能な相対角センサを利用して、回転軸の絶対回転角度を検出する手段が開発されている。例えば、電動パワーステアリングにおいて適切なアシスト力を発生させるための、トーションバー及び二つのレゾルバからなる操舵力検出システムを備えるステアリングシステムにおいて、これら二つのレゾルバと、電動アシストシステムを構成する電動モータのレゾルバの、各電気角の組み合わせ（例えば、特許文献２）や、各電気角の偏差（例えば、特許文献３）、二つのレゾルバの軸倍角の位相差（例えば、特許文献４、５）に基づき、ステアリングコラムの絶対回転角度を検出する手法が挙げられる。

特開２００１−１９４２５１公報（〔００１２〕、図２） 特開２００３−３１５０９６公報（〔００５４〕〜〔００６１〕、図６） 特開２００３−７５１０９公報（〔００４３〕〜〔００４７〕） 特開２００４−３２５１８２公報（〔０１１２〕〜〔０１１９〕、図１３） 特開２００５−２７４４８４公報（〔００６７〕、〔００６８〕図７、図８）

しかしながら、従来の、複数のレゾルバの、各電気角の組み合わせや、各電気角の偏差を利用した、回転軸の絶対回転角検出手段は、コントローラの電源が落とされた状態でも、絶対回転角を把握しておくための記憶手段が必要不可欠であり、制御システムの複雑化を避けることが困難であった。又、二つのレゾルバの軸倍角の位相差を利用したものは、比較する二つのレゾルバの軸倍角の差が１Ｘないし２Ｘとなっていることからして、相対角センサの選択の自由度が狭いという欠点を抱えている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、多回転アブソリュート検出器を用いることなく、二つ以上の相対角センサの検出信号を利用し、簡単かつ高精度に、回転軸の絶対回転角を検出することを可能とするものである。しかも、相対角センサの選択の幅を広げつつ、かかる目的を達成するものである。

上記課題を解決するために、本発明の回転軸の絶対回転角検出装置は、３６０°を超える所定の許容回転角度θが与えられた、電動モータ及び該電動モータの相対角センサを含む電動アシストシステムを備える回転軸の、絶対回転角を検出するものであって、回転軸の回転角度を、少なくとも一つの相対角センサで検出し、該少なくとも一つの相対角センサ及び前記電動モータの相対角センサから得られる周期的変動を伴う電気角信号に基づき、回転軸の絶対回転角に対応して変動する絶対回転角信号を、各相対角センサの軸倍角の如何に関わらず、電気角信号よりも周期的変動数を減じた状態で求める。そして、周期的変動数を減じた絶対回転角信号から、回転軸の許容回転角度の全体にわたる、絶対回転角度を正確に把握するものである。
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）３６０°を超えて回転することが可能な回転軸の絶対回転角検出装置であって、前記回転軸の相対回転角度を検出する少なくとも一つの相対角センサと、前記回転軸を補助的に駆動するための、電動モータ及び該電動モータの相対角センサを含む電動アシストシステムと、前記少なくとも一つの相対角センサ及び前記電動モータの相対角センサから得られる、前記回転軸の許容回転角度の全体範囲にわたる機械角及び前記電動モータの機械角に応じた、周期的変動を伴う電気角信号に基づいて、前記各相対角センサの軸倍角の如何に関わらず、前記回転軸の絶対回転角に対応して変動する絶対回転角信号を、前記電気角信号よりも周期的変動数を減じた状態で出力する、角度信号平滑化手段とを備える回転軸の絶対回転角検出装置（請求項１）。
本項に記載の回転軸の絶対回転角検出装置は、少なくとも一つの相対角センサ及び電動モータの相対角センサから得られる周期的変動を伴う電気角信号に基づき、角度信号平滑化手段によって、回転軸の絶対回転角に対応して変動する絶対回転角信号を、前記各相対角センサの軸倍角の如何に関わらず、電気角信号よりも周期的変動数を減じた状態で求める。そして、絶対回転角信号と回転軸の絶対回転角との対応から、回転軸の絶対回転角を正確に把握するものである。

（２）前記回転軸の、中間部にはトーションバーが構成され、該トーションバーを挟んだ入力側と出力側の各々に相対角センサが配置され、前記トーションバーよりも出力側の部分には、前記電動モータ及び該電動モータの相対角センサが減速機を介して連結され、前記角度信号平滑化手段は、前記回転軸の二つの相対角センサ及び前記電動モータの相対角センサの各々から、電気角信号を受ける回転軸の絶対回転角検出装置（請求項２）。
本項に記載の回転軸の絶対回転角検出装置は、角度信号平滑化手段において、回転軸の二つの相対角センサ及び電動モータの相対角センサから得られる、周期的変動を伴う電気角信号に基づき、回転軸の絶対回転角に対応して変動する絶対回転角信号を、各相対角センサの軸倍角の如何に関わらず、電気角信号よりも周期的変動数を減じた状態で求める。そして、絶対回転角信号と回転軸の絶対回転角との対応から、回転軸の絶対回転角を正確に把握するものである。

（３）前記角度信号平滑化手段から出力される絶対回転角信号の所望の周期的変動数Ｓ（絶対値）と、前記減速機の減速比ａ：ｂ（ａ＜ｂ）と、前記トーションバーを挟んで配置された二つの相対角センサの軸倍角ｐ、ｑと、前記電動モータの相対角センサの軸倍角ｒと、前記回転軸の許容回転数Ｎとが、Ｓ＝｜（ｐ＋ｑ）×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜の関係を満たすように、前記各値が設定されている回転軸の絶対回転角検出装置（請求項３）。
本項に記載の回転軸の絶対回転角検出装置は、回転軸に配置された二つの相対角センサと、電動アシストシステムの電動モータの相対角センサとの軸倍角ｐ、ｑ、ｒと、回転軸の許容回転数Ｎと、減速機の減速比ａ：ｂの各値が、上記関係を満たすように設定されることで、角度信号平滑化手段から出力される絶対回転角信号の、所望の周期的変動数Ｓ（周期的変動数Ｓは、回転軸の許容回転角度θの全体範囲に跨る変動数である。）を得るものである。そして、絶対回転角信号と回転軸の絶対回転角との対応から、回転軸の絶対回転角を正確に把握するものである。しかも、角度信号平滑化手段では、軸倍角ｐの相対角センサと、軸倍角ｑの相対角センサの、二つの相対角センサの電気信号を加算することによって、減速機の減速比の如何に関わらず、絶対回転角信号を、各相対角センサから得られる電気角信号よりも周期的変動数を減じた状態で出力することが可能となる。
なお、本項の場合には、回転軸に設けられたトーションバーの出力側に位置する相対角センサの相対角度信号を利用することから、トーションバーに生じる捻れの影響を、微小ではあるが受けることとなる。しかしながら、必要であれば、回転軸に加わる回転駆動力とトーションバーの捻れ角との相関関係から、トーションバーの捻れの影響を容易に補正することが可能である。

（４）前記角度信号平滑化手段から出力される絶対角信号の所望の周期的変動数Ｓ（絶対値）と、前記減速機の減速比ａ：ｂ（ａ＜ｂ）と、前記トーションバーを挟んで配置された二つの相対角センサのうち、入力側に位置する相対角センサの軸倍角ｐと、前記電動モータの相対角センサの軸倍角ｒと、前記回転軸の許容回転数Ｎとが、Ｓ＝｜ｐｎ_ｐ×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜（ｎ_ｐはｂ／ａの値を考慮した任意の定数）の関係を満たすように、前記各値が設定されている回転軸の絶対回転角検出装置。
本項に記載の回転軸の絶対回転角検出装置は、入力側に位置する相対角センサと、電動アシストシステムの電動モータの相対角センサの軸倍角ｐ、ｒと、回転軸の許容回転数Ｎと、減速機の減速比ａ：ｂと、定数ｎ_ｐの各値が、上記関係を満たすように設定されることで、角度信号平滑化手段から出力される絶対回転角信号の、所望の周期的変動数Ｓを得るものである。そして、絶対回転角信号と回転軸の絶対回転角との対応から、回転軸の絶対回転角を正確に把握するものである。しかも、角度信号平滑化手段では、定数ｎ_ｐの値が、減速機の減速比ａ：ｂを考慮して定められていることによって、回転軸の許容回転数及び減速機の減速比の如何に関わらず、絶対回転角信号を、相対角センサから得られる電気角信号よりも周期的変動数を減じた状態で出力することが可能となる。
なお、本項の場合には、回転軸に設けられたトーションバーの入力側に位置する相対角センサの相対角度信号を利用することにより、トーションバーに生じる捻れの影響を受けることなく、回転軸の絶対回転角を把握することができる。

（５）前記角度信号平滑化手段から出力される絶対角信号の所望の周期的変動数Ｓ（絶対値）と、前記減速機の減速比ａ：ｂ（ａ＜ｂ）と、前記トーションバーを挟んで配置された二つの相対角センサのうち、出力側に位置する相対角センサの軸倍角ｑと、前記電動モータの相対角センサの軸倍角ｒと、前記回転軸の許容回転数ＮとがＳ＝｜ｑｎ_ｑ×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜（ｎ_ｑはｂ／ａの値を考慮した任意の定数）の関係を満たすように、前記各値が設定されている回転軸の絶対回転角検出装置。
本項に記載の回転軸の絶対回転角検出装置は、回転軸に配置された二つの相対角センサと、電動アシストシステムの電動モータの相対角センサの軸倍角ｑ、ｒと、回転軸の許容回転数Ｎと、減速機の減速比ａ：ｂと、定数ｎ_ｑの各値が、上記関係を満たすように設定されることで、角度信号平滑化手段から出力される絶対回転角信号の、所望の周期的変動数Ｓを得るものである。そして、絶対回転角信号と回転軸の絶対回転角との対応から、回転軸の絶対回転角を正確に把握するものである。しかも、角度信号平滑化手段では、定数ｎ_ｑの値が、減速機の減速比ａ：ｂを考慮して定められていることによって、回転軸の許容回転数及び減速機の減速比の如何に関わらず、絶対回転角信号を、相対角センサから得られる電気角信号よりも周期的変動数を減じた状態で出力することが可能となる。
なお、本項の場合には、回転軸に設けられたトーションバーの出力側に位置する相対角センサの相対角度信号を利用することから、トーションバーに生じる捻れの影響を、微小ではあるが受けることとなるが、上記（３）項と同様に、トーションバーの捻れの影響を容易に補正することが可能である。

（６）前記角度信号平滑化手段から出力される絶対角信号の所望の周期的変動数Ｓ（絶対値）と、前記減速機の減速比ａ：ｂ（ａ＜ｂ）と、前記トーションバーを挟んで配置された二つの相対角センサの軸倍角ｐ、ｑと、前記電動モータの相対角センサの軸倍角ｒと、前記回転軸の許容回転数Ｎとが、Ｓ＝｜ｐｎ_ｐ×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜（ｎ_ｐはｂ／ａの値を考慮した任意の定数）又は、Ｓ＝｜ｑｎ_ｑ×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜（ｎ_ｑはｂ／ａの値を考慮した任意の定数）の関係を満たすように、前記各値が設定されている回転軸の絶対回転角検出装置（請求項４）。
本項に記載の回転軸の絶対回転角検出装置は、回転軸に配置された二つの相対角センサと、電動アシストシステムの電動モータの相対角センサとの軸倍角ｐ、ｑ、ｒと、回転軸の許容回転数Ｎと、減速機の減速比ａ：ｂと、定数ｎ_ｐ又はｎ_ｑの各値が、上記関係を満たすように設定されることで、角度信号平滑化手段から出力される絶対回転角信号の、所望の周期的変動数Ｓを得るものである。そして、絶対回転角信号と回転軸の絶対回転角との対応から、回転軸の絶対回転角を正確に把握するものである。しかも、角度信号平滑化手段では、定数ｎ_ｐ、ｎ_ｑの値が、減速機の減速比ａ：ｂを考慮して定められていることによって、回転軸の許容回転数及び減速機の減速比の如何に関わらず、絶対回転角信号を、相対角センサから得られる電気角信号よりも周期的変動数を減じた状態で出力することが可能となる。

（７）前記（３）から（６）において、前記角度信号平滑化手段から出力される絶対回転角信号の周期的変動数Ｓが、０＜Ｓ≦１である回転軸の絶対回転角検出（請求項５）。
本項に記載の回転軸の絶対回転角検出装置は、角度信号平滑化手段から出力される絶対回転角信号の周期的変動数Ｓが、０＜Ｓ≦１に設定される。すなわち、回転軸の許容回転角度の全体範囲にわたり、角度信号平滑化手段から出力される絶対回転角信号は、回転軸の絶対回転角と一対一の対応となり、一つの絶対回転角信号が異なる絶対回転角に付されることなく、回転軸の絶対回転角を正確に把握するものである。

（８）前記回転軸の、入力側端部にはステアリングホイールが、出力側端部には操舵輪の転舵機構が接続されている回転軸の絶対回転角検出装置（請求項６）。
本項に記載の回転軸の絶対回転角検出装置は、ステアリングホイールと操舵輪との、角度の対応関係を正確に把握するものである。

（９）前記回転軸の回転角度を検出する少なくとも一つの相対角センサと、前記電動モータの相対角センサとが、レゾルバである回転軸の絶対回転角検出装置。
本項に記載の回転軸の絶対回転角検出装置は、レゾルバから得られる周期的変動を伴う電気角信号に基づき、角度信号平滑化手段によって、回転軸の絶対回転角に対応して変動する絶対回転角信号を、電気角信号よりも周期的変動数を減じた状態で求める。そして、絶対回転角信号と回転軸の絶対回転角との対応から、回転軸の絶対回転角を正確に把握するものである。
（１０）上記（１）から（９）項において、前記角度信号平滑化手段は絶対回転角演算部を備え、該絶対回転角演算部において、前記各相対角センサから得られる電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒから、
Ａｂ＝（Ｓｐ＋Ｓｑ）×Ｎ−Ｓｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）
又は、
Ａｂ＝Ｓｐｎ_ｐ×Ｎ−Ｓｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）
又は、
Ａｂ＝Ｓｑｎ_ｑ×Ｎ−Ｓｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）
と表されるロジックに基づき、前記角度信号平滑化手段から出力される絶対回転角信号Ａｂが求められる回転軸の絶対回転角検出装置。
本項に記載の回転軸の絶対回転角検出装置は、角度信号平滑化手段において、以上のいずれかのロジックに基づき、回転軸の絶対回転角に対応して変動する絶対回転角信号を、各相対角センサから得られる電気角信号よりも周期的変動数を減じた状態で求める。そして、絶対回転角信号と回転軸の絶対回転角との対応から、回転軸の絶対回転角を正確に把握するものである。

本発明はこのように構成したので、多回転アブソリュート検出器を用いることなく、二つ以上の相対角センサの検出信号を利用し、回転軸の絶対回転角度を、簡単かつ高精度に検出することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の実施の形態に係る回転軸の絶対回転角検出装置１０は、図１に示される構成を有している。回転軸１２はステアリングコラムであり、その入力側端部にはステアリングホイール１４が、出力側端部には操舵輪の転舵機構１６が接続されている。又、回転軸１２の中間部にはトーションバー１８が構成されている。そして、トーションバー１８を挟んだ入力側と出力側の各々に相対角センサ２０（２０Ｐ、２０Ｑ）が配置されている。本発明の実施の形態では、相対角センサ２０にはレゾルバが用いられているが、他の形式の相対角センサを用いることも可能である。

又、ステアリングコラム１２の、トーションバー１８より出力側には、電動モータ２２及び電動モータ２２の相対角センサ２４が、減速機２６を介して連結されている。本発明の実施の形態では、電動モータ２２にはブラシレスモータが用いられている。又、相対角センサ２４は、このブラシレスモータの磁極を検出して回転角を検出するレゾルバであり、電動モータ２２に標準装備されたものであるが、他の形式の相対角センサを用いることも可能である。
なお、電動モータ２２及び相対角センサ２４は、トーションバー１８、相対角センサ２０、トルク検出部２８、モータ制御部３０と共に、電動アシストシステムを構成するものであり、これらは何れも、電動パワーステアリングを装備する既存の車両に搭載されているものである。

又、回転軸の絶対回転角検出装置１０は、ステアリングコラム１２に設けられた相対角センサ２０及び電動モータ２２の相対角センサ２４から得られる電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒを受け、ステアリングコラム１２の絶対回転角に対応して変動する絶対回転角信号Ａｂを、電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒよりも周期的変動数を減じた状態で出力する、角度信号平滑化手段３２とを備えている。
角度信号平滑化手段３２は、ステアリングコラム１２に設けられた相対角センサ２０及び電動モータ２２の相対角センサ２４によって得られる検出信号を、電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒへと変換する相対回転角演算部３４と、電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒに基づきステアリングコラム１２の絶対回転角を求め、絶対回転角信号Ａｂを出力する絶対回転角演算部３６とを備えている。なお、図１中、符号３８で示されたデータ変換部は、絶対回転角信号Ａｂをステアリングホイール１４の位置情報ＩＳへと変換するものであり、必要に応じ角度信号平滑化手段３２に組み込むことも可能である。

なお、相対回転角演算部３４は、図示の例では、ステアリングコラム１２の相対角センサ２０、及び、電動モータ２２の相対角センサ２４を構成するレゾルバから出力される正弦波（ｓｉｎ）及び余弦波（ｃｏｓ）を、相対回転角演算部３４のアナログ／デジタル変換機ＡＤでデジタル信号へと変換し、このデジタル信号に基づき、角度検出部４０で電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒのデジタル値を求めている。しかしながら、アナログ／デジタル変換機ＡＤと角度検出部４０に替えて、相対回転角演算部３４にＲ／Ｄコンバータを用いることも可能である。いずれにせよ、相対回転角演算部３４は、各相対角センサからのアナログ信号を受けて、各相対角センサの電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒであるデジタル信号を出力する。

ところで、電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒは、何れも、レゾルバの回転軸が３６０°回転する間に周期的変動を伴う信号であり、図３に示されるレゾルバの電気角ＥＡと機械角ＭＡとの相関図において、鋸歯状の波形で表される。そして、回転軸が３６０°回転する間にレゾルバの出力周期が５回繰り返される場合には、そのレゾルバの軸倍角は５Ｘと称され、又、回転軸が３６０°回転する間にレゾルバの出力周期が６回繰り返される場合には、そのレゾルバの軸倍角は６Ｘと称される。

レゾルバにおいて周期的変動を伴う電気角信号が得られる理由は、前記の特許文献３等にも詳しく記載されている通りである。そして、レゾルバの軸倍角が５Ｘの場合、機械角すなわち回転軸の回転角が０°のとき電気角は０°となる。又、機械角が０°から７２°に至るまでの間に、電気角は０°から３６０°へと直線状に変化し、機械角が７２°となった時点で、電気角は再び０°となる。同様にして、機械角が７２°の整数倍すなわち１４４°、２１６°、２８８°のとき、電気角は何れも０°となる。例えば、機械角が９０°のときの電気角は９０°−７２°＝１８°となり、機械角が２５０°のときの電気角は、２５０°―７２°×３＝３４°となる。
又、レゾルバの軸倍角が６Ｘの場合、機械角が０°から６０°に至るまでの間に、電気角は０°から３６０°へと直線状に変化し、機械角が６０°となった時点で、電気角は再び０°となる。同様にして、機械角が０°及び６０°の整数倍すなわち６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°のとき、電気角はいずれも０°となる。

絶対回転角演算部３６では、このような周期的変動を伴う電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒを受け、以下に例示する手法により、回転軸の許容回転角度θの全体範囲で数えたときの電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒの周期的変動数よりも少ない周期的変動数Ｓで、ステアリングコラム１２の絶対回転角に対応して変動する絶対回転角信号Ａｂを出力する。

第一の具体例として、本発明の実施の形態に係る回転軸の絶対回転角検出装置１０において、図２に模式的に示されるステアリングホイール１４の許容回転数Ｎ（Ｎ＝θ／３６０°）が３回転、減速機２６の減速比ａ：ｂ（ａ＜ｂ）が３：３２と設定され（通常、Ｎ、ａ：ｂの値は車両の仕様等から予め定められている。）、電動モータの相対角センサ２４の軸倍角ｒ＝１Ｘ（電動モータの回転軸が３６０°回転する間の出力周期が１回となる。）となっている。すなわち、ステアリングホイール１４が０〜３回転したときのステアリングコラム１２の絶対回転角は０〜１０８０°であり、相対角センサ２４の出力周期は３２回繰り返される。又、ステアリングコラム１２の相対角センサ２０Ｐと２０Ｑとは、トーションバーを介して直結されており、互いの回転数比は１：１となっている。ここで、所望の周期的変動数Ｓを１と定め、相対角センサ２０Ｐの軸倍角ｐ＝５Ｘ、相対角センサ２０Ｑの軸倍角ｑ＝６Ｘとなるように各相対角センサを選択すれば、
（ｐ＋ｑ）×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）＝（５＋６）×３−１×３×（３２／３）
＝３３−３２＝１
となり、後述するＳ＝｜（ｐ＋ｑ）×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜の関係が満たされる。かかる条件において、絶対回転角演算部３６にて、以下に説明する各ステップ（図２）の処理を行う。

（ＳＴＥＰ１）：Ｓｐ＋Ｓｑの値を算出する。
本例では、電気角信号Ｓｐと電気角信号Ｓｑを加算して得られる電気角信号の軸倍角は、ｐ＋ｑ＝５Ｘ＋６Ｘ＝１１Ｘとなることから、図３に示される、レゾルバの電気角ＥＡと機械角ＭＡとの相関図において、ステアリングホイール１４（ステアリングコラム１２）が１回転（３６０°）する間に、周期的変動数が１１回繰り返される軸倍角１１Ｘの電気角信号を得る。
（ＳＴＥＰ２）：続いて、（Ｓｐ＋Ｓｑ）×Ｎの値を算出する。
本例では、上記演算処理から得られる電気角信号の軸倍角は、（ｐ＋ｑ）×Ｎ＝１１Ｘ×３＝３３Ｘとなり、図４に示されるレゾルバの電気角ＥＡとステアリングホイールの回転数Ｎとの相関図において、ステアリングホイール１４が３回転する間に、周期的変動数が３３回繰り返される軸倍角３３Ｘの電気角信号を得る。
（ＳＴＥＰ３）：更に、Ｓｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）の値を算出する。
本例では、上記演算処理から得られる電気角信号の軸倍角は、ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）＝１Ｘ×３×（３２／３）＝３２Ｘとなり、図４に示されるレゾルバの電気角ＥＡとステアリングホイールの回転数Ｎとの相関図において、ステアリングホイール１４が３回転する間に、周期的変動数が３２回繰り返される軸倍角３２Ｘの電気角信号を得る。
（ＳＴＥＰ４）：最後に、Ａｂ＝（Ｓｐ＋Ｓｑ）×Ｎ−Ｓｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）を算出する。
本例では、上記演算処理から得られる電気角信号の軸倍角は、（ｐ＋ｑ）×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）＝３３Ｘ−３２Ｘ＝１Ｘとなり、図４に示されるレゾルバの電気角ＥＡとステアリングホイールの許容回転数Ｎとの相関図において、ステアリングホイール１４が３回転する間に、周期的変動数が１回のみ生じる軸倍角１Ｘの絶対回転角信号Ａｂを得る。これにより、絶対回転角信号Ａｂは、ステアリングコラム１２の絶対回転角度の全範囲（０〜１０８０°）で同じ値を繰り返さないので、絶対回転角度信号Ａｂの値からステアリングコラム１２の絶対回転角度を一義的に求めることができる。

すなわち、本具体例では、角度信号平滑化手段３２において出力される絶対回転角信号Ａｂの周期的変動数Ｓ＝１と、減速機２６の減速比ａ：ｂと、トーションバー１８を挟んで配置された二つの相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑの軸倍角ｐ、ｑと、電動モータ２２の相対角センサ２４の軸倍角ｒと、ステアリングコラム１２の許容回転数Ｎ（Ｎ＝θ／３６０°）とが、
Ｓ＝｜（ｐ＋ｑ）×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜ ‥‥（１）
の関係を満たすように、相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑ及び２４の軸倍角がそれぞれ、ｐ＝５Ｘ、ｑ＝６Ｘ、ｒ＝１Ｘに設定されることで、Ｓ＝１Ｘの絶対回転角信号Ａｂを得るものである。なお、本具体例ではｐ＝６Ｘ、ｑ＝５Ｘであっても、同様の結果を得ることができる。

又、第二の具体例として、各数値を以下のように設定した場合にも、同様にしてＳ＝１Ｘの絶対回転角信号Ａｂを得ることが可能である。例えば、予め、ステアリングホイール１４の許容回転数Ｎ（Ｎ＝θ／３６０°）が５．２５回転、減速機２６の減速比ａ：ｂが１０．５：６４と設定された場合において、所望の周期的変動数Ｓを１と定め、相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑの軸倍角ｐ、ｑを何れも６Ｘ、相対角センサ２４の軸倍角ｒを２Ｘとすれば、以下に示されるように、数式（１）が成り立つこととなる。
Ｓ＝｜（ｐ＋ｑ）×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜ ‥‥（１）
１Ｘ＝｜（６Ｘ＋６Ｘ）×５．２５−２Ｘ×５．２５×（６４／１０．５）｜

又、角度信号平滑化手段３２において出力される絶対回転角信号Ａｂの所望の周期的変動数Ｓと、減速機２６の減速比ａ：ｂと、トーションバー１８を挟んで配置された二つの相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑの軸倍角ｐ、ｑと、電動モータ２２の相対角センサ２４の軸倍角ｒと、ステアリングコラム１２の許容回転数Ｎ（Ｎ＝θ／３６０°）とが、
Ｓ＝｜ｐｎ_ｐ×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜ ‥‥（２）
（ｎ_ｐはｂ／ａの値を考慮した任意の定数）
又は、
Ｓ＝｜ｑｎ_ｑ×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜ ‥‥（３）
（ｎ_ｑはｂ／ａの値を考慮した任意の定数）
の関係を満たすように、前記各値が設定されることとしても良い。なお、ｎ_ｐ、ｎ_ｑをａ：ｂの値を考慮した値としているのは、減速機２６の減速比ａ：ｂが予め設定された値である場合にも、この減速比を変更することなく、絶対回転角信号の周期的変動数Ｓを所望の変動数へと減少させるための、適切な値を設定する必要があるためである。この場合、絶対回転角信号Ａｂは、式（２）が満足されるときは、
Ａｂ＝Ｓｐｎ_ｐ×Ｎ−Ｓｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）
で求められ、式（３）が満足されるときは、
Ａｂ＝Ｓｑｎ_ｑ×Ｎ−Ｓｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）
で求められる。

例えば、第三の具体例として、上記第二の具体例と同様に、ステアリングホイール１４の回転数Ｎ（Ｎ＝θ／３６０°）が５．２５回転、減速機２６の減速比ａ：ｂが１０．５：６４と設定された場合において、相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑの軸倍角ｐ、ｑを何れも６Ｘ、相対角センサ２４の軸倍角をｒ＝２Ｘとした場合において、数式（２）のｎ_ｐを２とすれば、
Ｓ＝｜ｐｎ_ｐ×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜ ‥‥（２）
１Ｘ＝｜６Ｘ×２×５．２５−２Ｘ×５．２５×（６４／１０．５）｜
となり、ステアリングホイール１４が５．２５回転する間に、周期的変動が１回のみ生じる軸倍角１Ｘの絶対回転角Ａｂを得ることができる。

又、数式（３）に基づいた場合にも、ｎ_ｐ＝２とすれば、
Ｓ＝｜ｑｎ_ｑ×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜
１Ｘ＝｜６Ｘ×２×５．２５−２Ｘ×５．２５×（６４／１０．５）｜
となり、ステアリングホイール１４が５．２５回転する間に、周期的変動が１回のみ生じる軸倍角１Ｘの絶対回転角信号Ａｂを得ることができる。

なお、上記第一の具体例から第三の具体例は、何れも絶対回転角演算部３６において、ステアリングコラム１２の絶対回転角に対応して変動する絶対回転角信号Ａｂについて、軸倍角１Ｘ、すなわちステアリングコラム１２の絶対回転角にわたる周期的変動数Ｓ＝１を得る場合について説明したが、周期的変動数Ｓが、０＜Ｓ≦１であれば、ステアリングコラム１２の許容回転角度θの全体範囲にわたり、角度信号平滑化手段３２の絶対回転角演算部３６から出力される絶対回転角信号Ａｂは、絶対回転角と一対一の対応となることから、従来の多回転アブソリュート検出器と同様に、絶対回転角の検出が可能となる。

更に、周期的変動数Ｓ＞１の場合、例えば、周期的変動数Ｓ＝２とした場合には、絶対回転角演算部３６からは、ステアリングコラム１２の許容回転角度θのセンタを境にして、左右回転方向に出力周期が１回で合計２周期の絶対回転角信号Ａｂが出力されることとなる。このような場合であっても、絶対回転角信号Ａｂは、相対角センサから出力される電気角信号よりも周期的変動数を減じた状態である事に変りはなく、例えば、ステアリングコラム１２の許容回転角度θのセンタを基準とした左右位置の情報を、機械的又は電気的に得ることにより、ステアリングコラム１２の絶対回転角を正確に把握することが可能である。

又、上記各例のごとく、相対角センサをレゾルバによって構成した場合には、逆回転方向への急激なステアリング操作を行った場合であっても、レゾルバから出力される電気角信号の追従性は実用上問題ない程良好であることから、ステアリングコラム１２の絶対回転角の把握に影響が生じることはない。又、回転軸の絶対回転角検出装置１０により得られた絶対回転角信号Ａｂに、各レゾルバから出力される電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ 、Ｓｒを反映させることにより、極めて高精度の位置情報ＩＳを得ることも可能である。

上記構成をなす、本発明の実施の形態により得られる作用効果は、以下の通りである。
本発明の実施の形態に係る回転軸の絶対回転角検出装置１０は、少なくとも一つの相対角センサ２０及び電動モータ２２の相対角センサ２４から得られる周期的変動を伴う電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒに基づいて、角度信号平滑化手段３２によって、回転軸１２の絶対回転角に対応して変動する絶対回転角信号Ａｂを、各相対角センサ２０、２４の軸倍角ｐ、ｑ、ｒの如何に関わらず、電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒよりも周期的変動数Ｓを減じた状態で求める。そして、絶対回転角信号Ａｂと回転軸１２の絶対回転角との対応から（図４）、回転軸１２の絶対回転角を正確に把握することが可能となる。
従って、多回転アブソリュート検出器を用いることなく、回転軸の絶対回転角度を、簡単かつ高精度に検出することが可能となる。

又、本発明の実施の形態は、回転軸１２の二つの相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑ及び電動モータ２２の相対角センサ２４から得られる周期的変動を伴う電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒに基づき、角度信号平滑化手段３２において、回転軸１２の絶対回転角に対応して変動する絶対回転角信号Ａｂを、各相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑ、２４の軸倍角ｐ、ｑ、ｒの如何に関わらず、電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒよりも周期的変動数Ｓを減じた状態で求め、絶対回転角信号Ａｂと回転軸１２の絶対回転角との対応から（図４）、回転軸１２の絶対回転角を正確に把握することが可能である。従って、回転軸１２の絶対回転角に対応して変動する絶対回転角信号Ａｂについて、軸倍角１Ｘ、すなわち回転軸１２の絶対回転角の全体範囲にわたる周期的変動数Ｓを０＜Ｓ≦１の範囲に設定すれば、回転軸１２の許容回転角度θの全体範囲にわたり、角度信号平滑化手段３２から出力される絶対回転角信号Ａｂは、回転軸１２の絶対回転角と一対一の対応となり、一つの絶対回転角信号が異なる絶対回転角に付されることはなくなる。
しかも、回転軸１２の二つの相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑ及び電動モータ２２の相対角センサ２４は、電動パワーステアリングを装備する既存の車両に搭載されているものであることから、既存の相対角センサのみを利用して、従来の多回転アブソリュート検出器と同様に、絶対回転角の検出が可能となる。

又、本発明の実施の形態によれば、回転軸１２に配置された二つの相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑ、及び、電動アシストシステムの電動モータ２２の相対角センサ２４の軸倍角ｐ、ｑ、ｒと、回転軸の許容回転数Ｎと、減速機の減速比ａ：ｂの各値が、
Ｓ＝｜（ｐ＋ｑ）×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜ ‥‥（１）
Ｓ＝｜ｐｎ_ｐ×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜ ‥‥（２）
（ｎ_ｐはｂ／ａの値を考慮した任意の定数）
Ｓ＝｜ｑｎ_ｑ×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜ ‥‥（３）
（ｎ_ｑはｂ／ａの値を考慮した任意の定数）
のいずれかの関係を満たすように設定されることで、角度信号平滑化手段３２から出力される絶対回転角信号Ａｂの、所望の周期的変動数Ｓを得ることができる。そして、絶対回転角信号Ａｂと回転軸の絶対回転角との対応から（図４）、回転軸１４の絶対回転角を正確に把握することが可能となる。

しかも、数式（１）の例の場合には、角度信号平滑化手段３２では、二つの相対角センサの軸倍角ｐ、ｑを加算することによって、減速機の減速比ａ：ｂの如何に関わらず、絶対回転角信号Ａｂを、相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑ、２４から得られる電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒよりも周期的変動数Ｓを減じた状態で出力することが可能となる。
又、数式（２）、（３）の場合には、角度信号平滑化手段３２では、定数ｎ_ｐ、ｎ_ｑの値が、減速機２６の減速比ａ：ｂを考慮して定められていることによって、減速機の減速比の如何に関わらず、絶対回転角信号Ａｂを、相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑ、２４から得られる電気角信号Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒよりも周期的変動数Ｓを減じた状態で出力することが可能となる。
従って、本発明の実施の形態によれば、減速機２６の減速比ａ：ｂの如何に関わらず、必要に応じて相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑ、２４の軸倍角ｐ、ｑ、ｒを決定することが可能となり、相対角センサの選択の自由度を広げることが可能となる。

そして、本発明の実施の形態では、回転軸１２の、入力側端部にはステアリングホイール１４が、出力側端部には操舵輪の転舵機構１６が接続されていることから、回転軸の絶対回転角検出装置１０は、ステアリングホイール１４と操舵輪との、角度の対応関係を正確に把握することが可能となる。
しかも、減速機２６の減速比ａ：ｂの如何に関わらず、ステアリングホイール１４の舵角検知に適した、軸倍角１０Ｘ以下の小型のレゾルバを、各相対角センサ２０Ｐ、２０Ｑ、２４として選択することが可能となる。従って、本発明の実施の形態によれば、ステアリングホイール１４の舵角検知に係る絶対回転角検出装置１０の、省スペース化を測ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る回転軸の、全体構成を示す模式図である。 図１に示される絶対回転角検出装置の、要部概略図である。 図１に示される絶対回転角検出装置の、角度信号平滑化手段において求められる、レゾルバの電気角と機械角との相関関係を表す図である。 図１に示される絶対回転角検出装置の、角度信号平滑化手段において求められる、レゾルバの電気角とステアリングホイールの回転数との相関関係を表す図である。

符号の説明

１０：絶対回転角検出装置、１２：ステアリングコラム、１４：ステアリングホイール、１６：操舵輪の転舵機構、１８：トーションバー、 ２０、２０Ｐ、２０Ｑ：相対角センサ、２２：電動モータ、２４：電動モータの相対角センサ、２６：減速機、３２：角度信号平滑化手段、３４：相対回転角演算部、３６：絶対回転角演算部、４０：角度検出部、Ａｂ：絶対回転角信号、ＩＳ：位置情報、 ｐ、ｑ、ｒ：軸倍角、 Ｓｐ、Ｓｑ、Ｓｒ：電気角信号

Claims (6)

1. ３６０°を超えて回転することが可能な回転軸の絶対回転角検出装置であって、
   前記回転軸の相対回転角度を検出する少なくとも一つの相対角センサと、
   前記回転軸を補助的に駆動するための、電動モータ及び該電動モータの相対角センサを含む電動アシストシステムと、
   前記少なくとも一つの相対角センサ及び前記電動モータの相対角センサから得られる、前記回転軸の許容回転角度の全体範囲にわたる機械角及び前記電動モータの機械角に応じた、周期的変動を伴う電気角信号に基づいて、前記各相対角センサの軸倍角の如何に関わらず、前記回転軸の絶対回転角に対応して変動する絶対回転角信号を、前記電気角信号よりも周期的変動数を減じた状態で出力する、角度信号平滑化手段とを備えることを特徴とする回転軸の絶対回転角検出装置。
2. 前記回転軸の、中間部にはトーションバーが構成され、該トーションバーを挟んだ入力側と出力側の各々に相対角センサが配置され、前記トーションバーよりも出力側の部分には、前記電動モータ及び該電動モータの相対角センサが減速機を介して連結され、
   前記角度信号平滑化手段は、前記回転軸の二つの相対角センサ及び前記電動モータの相対角センサの各々から、電気角信号を受けることを特徴とする請求項１記載の回転軸の絶対回転角検出装置。
3. 前記角度信号平滑化手段から出力される絶対回転角信号の所望の周期的変動数Ｓ（絶対値）と、前記減速機の減速比ａ：ｂ（ａ＜ｂ）と、前記トーションバーを挟んで配置された二つの相対角センサの軸倍角ｐ、ｑと、前記電動モータの相対角センサの軸倍角ｒと、前記回転軸の許容回転数Ｎとが、
   Ｓ＝｜（ｐ＋ｑ）×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜
   の関係を満たすように、前記各値が設定されていることを特徴とする請求項２記載の回転軸の絶対回転角検出装置。
4. 前記角度信号平滑化手段から出力される絶対角信号の所望の周期的変動数Ｓ（絶対値）と、前記減速機の減速比ａ：ｂ（ａ＜ｂ）と、前記トーションバーを挟んで配置された二つの相対角センサの軸倍角ｐ、ｑと、前記電動モータの相対角センサの軸倍角ｒと、前記回転軸の許容回転数Ｎとが、
   Ｓ＝｜ｐｎ_ｐ×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜（ｎ_ｐはｂ／ａの値を考慮した任意の定数）
   又は、
   Ｓ＝｜ｑｎ_ｑ×Ｎ−ｒ×Ｎ×（ｂ／ａ）｜（ｎ_ｑはｂ／ａの値を考慮した任意の定数）
   の関係を満たすように、前記各値が設定されていることを特徴とする請求項２記載の回転軸の絶対回転角検出装置。
5. 前記角度信号平滑化手段から出力される絶対回転角信号の周期的変動数Ｓが、０＜Ｓ≦１であることを特徴とする請求項３又は４記載の回転軸の絶対回転角検出装置。
6. 前記回転軸の、入力側端部にはステアリングホイールが、出力側端部には操舵輪の転舵機構が接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の回転軸の絶対回転角検出装置。

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