JP2013120090A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主動歯車と従動歯車との間のバックラッシに起因する検出誤差を低減することができる回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】回転角度検出装置１１は、ステアリングシャフト１２と一体的に回転する主動歯車１４に噛合する第１及び第２の従動歯車１５，１６を備える。また、回転角度検出装置１１は、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度と、主動歯車１４の回転方向とを算出するＣＰＵ２５を備える。ＣＰＵ２５にはＥＥＰＲＯＭ２６が接続されている。ＥＥＰＲＯＭ２６には、主動歯車１４の回転方向に対応し、主動歯車１４の歯と第１及び第２の従動歯車１５，１６の歯とが接触した状態の第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度から主動歯車１４の回転角度を算出する２つの回転角度算出式が記憶されている。ＣＰＵ２５は、２つの回転角度算出式を用いて主動歯車１４、すなわちステアリングシャフト１２の回転角度を算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転体の角度を検出する回転角度検出装置に関するものである。

近年では、車両の高機能化に伴い、車両には車両安定性制御システム及び電子制御サスペンションシステム等の走行安定性を向上させるための種々のシステムが搭載されつつある。これらシステムは、ステアリングの操舵角を車両の姿勢情報の一つとして取得し、その姿勢情報に基づいて車両の姿勢が安定的な状態になるように制御する。そのため、ステアリングの操舵角を検出するための回転角度検出装置が例えば車両のステアリングコラム内に組み込まれている。この種の回転角度検出装置としては、操舵角を絶対値で検出する絶対角検出方式及び操舵角を相対値で検出する相対角検出方式がある。いずれの検出方式にするかは製品仕様等に応じて決定される。

そうした２方式のうち絶対角検出方式の回転角度検出装置としては、例えば特許文献１に示される構成が知られている。この回転角度検出装置は、ステアリングシャフトと一体的に回転する主動歯車、及び当該主動歯車に歯合する２つの従動歯車を備えている。両従動歯車には磁石が一体回転可能に設けられている。また、２つの従動歯車の歯数は異なっており、これにより主動歯車の回転に伴う両従動歯車の回転角度を異ならせるようにしている。そして、回転角度検出装置の制御装置は、両従動歯車にそれぞれ対応して設けられた磁気センサにより両従動歯車の回転角度を検出し、それら検出し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求める。

特開２００７−２３２６１７号公報

ところが、前記従来の回転角度検出装置には、次のような問題があった。即ち、主動歯車に２つの従動歯車を噛み合わせた構成とされているため、検出される２つの従動歯車の回転角度には、主動歯車と２つの従動歯車との間のバックラッシに起因する誤差が含まれている。従って、２つの従動歯車の回転角度に基づいて求められるステアリングシャフトの回転角度にも潜在的に誤差（初期操舵誤差）が含まれている。そこで、ステアリングシャフトの各回転角度における誤差を、当該回転角度を使用する車両の前記システム側で補正することにより、ステアリングシャフトの真の回転角度を演算により求めることが考えられる。しかし、主動歯車と２つの従動歯車との間のバックラッシの大きさは、主動歯車の左右回転方向時において異なる。この場合、前記バックラッシの偏りに起因してステアリングシャフトの回転角度の誤差（舵角誤差）も左右回転時で異なる。

そこで、バックラッシに起因する回転角度の誤差を低減させるために、特許文献１では、例えば主動歯車を時計方向に回転させてステアリングシャフトを基準位置に合わせたときの第１及び第２の従動歯車の回転角度θ１Ｒ，θ２Ｒと、主動歯車を反時計方向に回転させてステアリングシャフトを基準位置に合わせたときの第１及び第２の従動歯車の回転角度θ１Ｌ，θ２Ｌとを計測し、それらの平均値である回転角度θ１ａｖｅ，回転角度θ２ａｖｅを求める。これら回転角度θ１ａｖｅ，回転角度θ２ａｖｅは、次に示す（式１１）及び（式１２）で求められる。

θ１ａｖｅ＝（θ１Ｒ＋θ１Ｌ）／２・・・（式１１）
θ２ａｖｅ＝（θ２Ｒ＋θ２Ｌ）／２・・・（式１２）
特許文献１の回転角度検出装置では、これら回転角度θ１ａｖｅ，回転角度θ２ａｖｅに基づいてステアリングシャフトの回転角度が決められている。

しかしながら、例えば、主動歯車が時計方向に回転した場合、実際には、第１の従動歯車の回転角度はθ１Ｒ、第２の従動歯車の回転角度はθ２Ｒである。このため、上述したステアリングシャフトの回転角度の求め方を適用した場合、第１の従動歯車の回転角度において、回転角度（θ１Ｒ−θ１ａｖｅ）分、第２の従動歯車の回転角度において、回転角度（θ２Ｒ−θ２ａｖｅ）分の誤差が生じるので、求められるステアリングシャフトの回転角度にも誤差が生じる。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、主動歯車と従動歯車との間のバックラッシに起因する検出誤差を低減することができる回転角度検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、被検出物と一体的に回転する主動歯車に２つの従動歯車を噛合させて前記主動歯車の回転に伴う前記２つの従動歯車の回転角度をそれぞれ検出する検出手段と、当該検出手段において検出した回転角度に基づいて前記被検出物の回転角度を算出する制御手段とを備えた回転角度検出装置において、前記検出手段において検出される前記２つの従動歯車の回転角度から、前記主動歯車の回転方向を検出する回転方向検出手段と、前記主動歯車の回転方向に対応した前記主動歯車の回転角度を算出するための２つの回転角度算出式を記憶する記憶手段と、を備え、前記２つの回転角度算出式は、前記主動歯車の歯と前記２つの従動歯車の歯とが接触した状態の前記２つの従動歯車の回転角度から前記主動歯車の回転角度を算出する式であって、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶される前記２つの回転角度算出式のうち、前記回転方向検出手段において検出された回転方向に対応した回転角度算出式を使用して、前記被検出物の回転角度を算出することを要旨とする。

回転角度検出装置は、主動歯車に２つの従動歯車を噛み合わせた構成とされているため、検出される２つの従動歯車の回転角度には、主動歯車と２つの従動歯車との間のバックラッシに起因する誤差が含まれている。当該誤差は、主動歯車がバックラッシ分の回転角度だけ移動する場合に最大となる。すなわち、誤差は、主動歯車の回転方向が変化したときに大きくなる。この点、本発明によれば、制御手段は、記憶手段から回転方向検出手段において検出された回転方向に対応した回転角度算出式を読み込み、当該算出式を使用して主動歯車の回転角度を算出する。２つの回転角度算出式は、主動歯車の歯と２つの従動歯車の歯とが接触した状態の２つの従動歯車の回転角度から主動歯車の回転角度を算出する式である。すなわち、２つの回転角度算出式は、主動歯車と２つの従動歯車との間に設けられるバックラッシが０（零）となるように考慮されている。これにより、主動歯車と２つの従動歯車との間のバックラッシに起因する誤差が抑制された主動歯車の回転角度、すなわち被検出物の回転角度を求めることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転角度検出装置において、前記制御手段は、前記被検出物の回転角度の算出に使用した、前記２つの従動歯車の前回の回転角度を基準角度として前記記憶手段に一時的に記憶させ、前記回転方向検出手段は、前記検出手段において検出される前記２つの従動歯車の回転角度と、前記基準角度との大小関係から、前記主動歯車の回転方向を求めることを要旨とする。

同構成によれば、回転方向検出手段は、検出される前記２つの従動歯車の回転角度と、それより前における被検出物の回転角度の算出に使用した、前記２つの従動歯車の回転角度との大小関係を比較するという簡易なプログラムで主動歯車の回転方向を求めることができる。

本発明では、主動歯車と従動歯車との間のバックラッシに起因する検出誤差を低減することができる回転角度検出装置を提供することができる。

回転角度検出装置の平断面図。 図１の１−１線断面図。 回転角度検出装置の電気的な構成を示すブロック図。 主動歯車と第１及び第２の従動歯車との間の噛み合い状態を示す要部拡大平面図。 類型（Ａ）の場合、すなわち、主動歯車を正方向回転させたときの主動歯車と第１及び第２の従動歯車との噛み合い状態を示す要部拡大平面図。 類型（Ｂ）の場合、すなわち、主動歯車を逆方向回転させたときの主動歯車と第１及び第２の従動歯車との噛み合い状態を示す要部拡大平面図。 （ａ）は、回転角度検出装置の初期設定の手順を示すフローチャート、（ｂ）は、ステアリングシャフトの回転角度の演算手順を示すフローチャート。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明を、ステアリングの操舵角を検出する回転角度検出装置に具体化した一実施の形態について図１〜図７を参照して説明する。

図１に示すように、回転角度検出装置１１は、図示しないステアリングに一体回転可能に連結されたステアリングシャフト１２に装着されている。回転角度検出装置１１は、ステアリングシャフト１２の周囲の図示しないステアリングコラム等の構造体に固定された箱体状のハウジング１３を備えている。このハウジング１３内には、ステアリングシャフト１２に一体回転可能に外嵌された主動歯車１４が収容されるとともに、当該主動歯車１４に噛合する第１及び第２の従動歯車１５，１６が回転可能に支持されている。従って、ステアリングシャフト１２が回転すると、主動歯車１４は一体的に回転し、それに伴って第１及び第２の従動歯車１５，１６もそれぞれ回転する。なお、第１及び第２の従動歯車１５，１６は互いの歯数が異なるように設けられている。このため、主動歯車１４の回転角度に対する第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度はそれぞれ異なる。また、主動歯車１４の直径は、第１及び第２の従動歯車１５，１６の直径よりも十分に大きく設定されている。このため、主動歯車１４が微小角度だけ回転した場合でも、主動歯車１４の歯が第１及び第２の従動歯車１５，１６の歯と当接する。なお、第１及び第２の従動歯車１５，１６には、第１及び第２の磁石（永久磁石）１７，１８が一体回転可能に設けられている。

図２に示すように、第１及び第２の磁石１７，１８は、第１及び第２の従動歯車１５，１６の下部開口部を介して下方を臨むように設けられている。また、ハウジング１３の内部において、第１及び第２の従動歯車１５，１６の下方には、プリント基板１９が第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転中心軸に対して直交するように配設されている。そして、当該プリント基板１９の上面には、第１及び第２の磁気センサ２０，２１が第１及び第２の磁石１７，１８に対向するように配設されている。また、ハウジング１３の内部おいて、プリント基板１９の下方には、他のプリント基板２２がプリント基板１９に対して直交するように配設されている。そして、当該プリント基板２２の表面には、マイクロコンピュータ２３が設けられている。

＜電気的構成＞
次に、回転角度検出装置１１の電気的構成を説明する。図３に示すように、回転角度検出装置１１は、前述した第１及び第２の磁気センサ２０，２１、並びにマイクロコンピュータ２３に加えて、電源回路２４を備えている。電源回路２４は、図示しない車両のバッテリから入力される電圧を、第１及び第２の磁気センサ２０，２１、並びにマイクロコンピュータ２３等の回転角度検出装置１１の各部にそれぞれ応じた所定レベルの電圧に変換し、それら電圧を回転角度検出装置１１の各部に供給する。第１及び第２の磁気センサ２０，２１、並びにマイクロコンピュータ２３等はそれぞれ電源回路２４から安定して供給される所定レベルの電圧を動作電源として動作する。

＜第１及び第２の磁気センサ＞
第１及び第２の磁気センサ２０，２１は、それぞれ四つの異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ素子）をブリッジ状に接続した回路を備えている。この異方性磁気抵抗素子は、異方性磁気抵抗効果を有するＮｉ−Ｃｏ等の強磁性体からなり、その抵抗値は与えられる磁界（正確には、磁束の向き）に応じて変化する。そして、第１及び第２の磁気センサ２０，２１は、それらに与えられる磁界の変化（正確には、磁束の向きの変化）に応じて前記ブリッジ状の回路の中点電位を磁束の検出信号として出力する。

第１の磁気センサ２０は、第１の従動歯車１５の回転に伴う第１の磁石１７から発せられる磁束の方向の変化を検出し、第１の従動歯車１５の回転角度αに応じて連続的に変化するアナログ信号、即ち正弦関数に準ずる正弦信号及び余弦関数に準ずる余弦信号をそれぞれ出力する。この第１の磁気センサ２０からのアナログ信号はマイクロコンピュータ２３に送られる。また、第２の磁気センサ２１は、第２の従動歯車１６の回転に伴う第２の磁石１８から発せられる磁束の方向の変化を検出し、第２の従動歯車１６の回転角度βに応じて連続的に変化するアナログ信号、即ち正弦関数に準ずる正弦信号及び余弦関数に準ずる余弦信号をそれぞれ出力する。この第２の磁気センサ２１からのアナログ信号はマイクロコンピュータ２３に送られる。

＜マイクロコンピュータ＞
マイクロコンピュータ２３は、ＣＰＵ（中央演算装置）２５、ＥＥＰＲＯＭ（電気的に書き換えできるＲＯＭ）２６及びＲＡＭ（書き込み読み出し専用メモリ）２７等を備えている。

ＥＥＰＲＯＭ２６には、回転角度検出装置１１の全体を統括的に制御するための各種の制御プログラム及びデータが予め格納されている。ＲＡＭ２７はＥＥＰＲＯＭ２６の制御プログラムを展開してＣＰＵ２５が各種処理を実行するためのデータ記憶領域、即ち作業領域である。

ＥＥＰＲＯＭ２６に格納される制御プログラムとしては、例えば回転方向算出プログラム及び回転角度算出プログラム、並びに補正式プログラムがある。回転方向算出プログラムは、定期的に実行され、ステアリングシャフト１２の回転方向を求めるためのプログラムである。ここでは、第１及び第２の磁気センサ２０，２１からの検出信号に基づいて算出される第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βと、これより一つ前の検出信号に基づいて算出される第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α０，β０とを比較して回転方向を求める。回転角度算出プログラムは、第１及び第２の磁気センサ２０，２１からの検出信号に基づいて第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βを求め、当該回転角度α，βの差に基づいてステアリングシャフト１２の回転角度θを絶対値で求めるためのプログラムである。なお、この回転角度算出プログラムには、回転角度の算出に利用した回転角度α，βを回転角度α０，β０としてＥＥＰＲＯＭ２６に記憶するプログラムが含まれている。補正式プログラムは、ステアリングシャフト１２の回転方向に応じて、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βの差からステアリングシャフト１２の回転角度θを絶対値で求めるための算出式を補正するプログラムである。

図３に示されるように、ＣＰＵ２５には、角度演算部２８及び補正データ演算部２９が設けられている。角度演算部２８は、ＥＥＰＲＯＭ２６に格納された回転方向算出プログラム及び回転角度算出プログラムに従って、ステアリングシャフト１２の回転角度θを求める。補正データ演算部２９は、回転角度検出装置１１の組み立て初期段階において、ＥＥＰＲＯＭ２６に格納された補正式プログラムに従って、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転方向に応じたステアリングシャフト１２の回転角度θを求める算出式を補正する。

ここで、前述したように、第１及び第２の従動歯車１５，１６の歯数は異なっていることから、主動歯車１４の回転に伴う第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βも異なる値となる。このため、ステアリングが中立位置（ステアリング操作角度＝０°）にある状態でステアリングが回転操作された場合、当該操作角度の変化に対して、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βの差は直線的に変化する。即ち、ステアリングシャフト１２の回転角度θと、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βの差とは比例関係にあることから、当該回転角度α，βの差は主動歯車１４の回転角度θに対して固有の値となる。このため、当該回転角度α，βの差に基づいて主動歯車１４、即ちステアリングシャフト１２の回転角度θ（絶対値）の即時検出が可能となる。

具体的には、ステアリングシャフト１２の回転角度θは、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βの差の関数であり、（式１）のように表される。
θ＝ｆ｛（α−β）｝ …（式１）
なお、上述の（式１）はステアリングシャフト１２の回転方向が考慮されていない。ステアリングシャフト１２の回転方向を考慮すると、上述の（式１）は次の（式２）及び（式３）のように表される。なお、（式２）は、ステアリングシャフト１２が正方向に回転する場合、（式３）は、ステアリングシャフト１２が逆方向に回転する場合を示す。ＥＥＰＲＯＭ２６には、回転角度算出式として、（式２）及び（式３）が記憶されている。なお、ステアリングシャフト１２の回転方向を考慮する理由については、後述する。

θ＝ｆＬ｛（α−β）｝ …（式２）
θ＝ｆＲ｛（α−β）｝ …（式３）
ＣＰＵ２５の角度演算部２８は、（式２）又は（式３）に基づいて主動歯車１４、即ちステアリングシャフト１２の回転角度θを算出する。そして、（式２）及び（式３）に基づいて算出した回転角度θを、車両安定性制御システム及び電子制御サスペンションシステム等の走行安定性を向上させるための種々のシステム（正確には、それらの制御装置）に送る。

＜ステアリングシャフト１２の回転方向の考慮について＞
次に、ステアリングシャフト１２の回転方向を考慮する理由について説明する。前述したように、回転角度検出装置１１は、主動歯車１４に第１及び第２の従動歯車１５，１６を噛み合わせた構成とされている。従って、図４に示すように、主動歯車１４の歯と第１及び第２の従動歯車１５，１６の歯との間には、意図的な隙間（バックラッシ）が設けられる。このため、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βには、主動歯車１４と第１及び第２の従動歯車１５，１６との間のバックラッシに起因する誤差ｓ，ｔが含まれている。従って、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βに基づいて求められるステアリングシャフト１２の回転角度θにも潜在的に誤差（舵角誤差）が存在する。ここで、主動歯車１４の直径は、第１及び第２の従動歯車１５，１６の直径よりも十分に大きく設定されている。直径が大きいと弧、すなわち主動歯車１４が回転したときの当該主動歯車１４の歯の移動距離が大きくなるので、ステアリングシャフト１２がごく僅かに回転した場合でも主動歯車１４の歯と第１及び第２の従動歯車１５，１６の歯とが接触する。従って、主動歯車１４と第１及び第２の従動歯車１５，１６との位置関係は、図５，６に示す類型（Ａ），（Ｂ）のいずれかとなる。

（Ａ）第１及び第２の従動歯車１５，１６の両方における歯の左側が主動歯車１４の歯に触れている状態。これは、ステアリングシャフト１２を逆方向に回転させたときの状態である。

（Ｂ）第１及び第２の従動歯車１５，１６の両方における歯の右側が主動歯車１４の歯に触れている状態。これは、ステアリングシャフト１２を正方向に回転させたときの状態である。

第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βがある値を示す場合、主動歯車１４と第１及び第２の従動歯車１５，１６との位置関係は、類型（Ａ），（Ｂ）のどちらの可能性もある。すなわち、バックラッシに起因して、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βの差は、固有の値と断定することはできない。従って、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βに基づいて主動歯車１４の回転角度、すなわちステアリングシャフト１２の回転角度θを求める場合、当該ステアリングシャフト１２の回転方向、ひいては、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転方向を考慮する必要がある。

＜回転角度検出装置の初期設定方法＞
次に、回転角度検出装置１１の初期設定方法を図７（ａ）に示すフローチャートに従って説明する。

回転角度検出装置１１の初期設定を行うに際しては、まずステアリングシャフト１２、即ち主動歯車１４をステアリング操作角度＝０°となる基準位置に合わせる（ステップＳ１−１）。このとき、主動歯車１４、第１及び第２の従動歯車１５，１６の位置関係が前記類型（Ａ），（Ｂ）のどちらであるのかは、不明である。

次に、主動歯車１４を前記基準位置から正方向（右回転方向）へ、ある角度θａだけ回転させる（ステップＳ１−２）。
次に、主動歯車１４を、ステップＳ１−２の位置から逆方向（左回転方向）へ、ある角度θａだけ回転させて、当該主動歯車１４を前記基準位置に戻す（ステップＳ１−３）。

このとき、主動歯車１４、第１及び第２の従動歯車１５，１６の位置関係は、図６に示されるような状態となる。即ち、第１及び第２の従動歯車１５，１６の両方における歯の右側が主動歯車１４に触れている状態となる。

次に、この状態において、回転角度検出装置１１へ検査信号等の外部的なトリガ信号（電圧）を与える（ステップＳ１−４）。すると、第１及び第２の磁気センサ２０，２１は、当該トリガ信号を動作電源として、そのときの第１及び第２の磁石１７，１８から発せられる磁束の方向に応じた出力信号を出力する。

ＣＰＵ２５の補正データ演算部２９は、当該出力信号に基づいて、このときの第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度αＲｏｆｓ，βＲｏｆｓを逆方向のオフセット値としてＥＥＰＲＯＭ２６に記憶する（ステップＳ１−５）。そして、補正データ演算部２９は、上述の（式３）にオフセット値αＲｏｆｓ，βＲｏｆｓを代入して、回転角度θが０となるように関数ｆＲを補正する（ステップＳ１−６）。

次に、主動歯車１４をステップＳ１−３の位置、即ち前記基準位置から逆方向（左回転方向）へ、ある角度θｂだけ回転させる（ステップＳ１−７）。
次に、主動歯車１４を、ステップＳ１−６の位置から正方向（右回転方向）へ、ある角度θｂだけ回転させて、当該主動歯車１４を前記基準位置に戻す（ステップＳ１−８）。

このとき、主動歯車１４、第１及び第２の従動歯車１５，１６の位置関係は、図５に示されるような状態となる。即ち、第１及び第２の従動歯車１５，１６の両方における歯の左側が主動歯車１４に触れている状態となる。

そして、ステップＳ１−４と同様に、この状態において、回転角度検出装置１１へトリガ信号を与える（ステップＳ１−９）。そして、補正データ演算部２９は、このときの第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度αＬｏｆｓ，βＬｏｆｓを正方向のオフセット値としてＥＥＰＲＯＭ２６に記憶する（ステップＳ１−１０）。そして、補正データ演算部２９は、上述の（式２）にオフセット値αＬｏｆｓ，βＬｏｆｓを代入して、回転角度θが０となるように関数ｆＬを補正する（ステップＳ１−１１）。

以上で、回転角度検出装置１１の初期設定は完了となる。当該初期設定が完了した以降、回転角度検出装置１１が起動される度に、角度演算部２８は、ＥＥＰＲＯＭ２６に記憶された（式２）又は（式３）を読み出し、その読み出した（式２）又は（式３）を使用してステアリングシャフト１２の回転角度θを求める。従って、ステップＳ１−１〜ステップＳ１−１１の処理は、初期実行時（即ち、工場出荷時）にのみ行う。回転角度検出装置１１の起動毎に、ステップＳ１−１〜ステップＳ１−１１を実行する必要はない。

＜回転角度θの演算処理＞
次に、回転角度検出装置１１によるステアリングシャフト１２の回転角度θの演算処理について図７（ｂ）に示すフローチャートに従って説明する。当該処理は、ＥＥＰＲＯＭ２６に格納された回転方向算出プログラム及び回転角度算出プログラムに沿って実行される。

ＣＰＵ２５の角度演算部２８は、第１及び第２の磁気センサ２０，２１からの検出信号に基づいて算出した第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βを算出すると（ステップＳ２−１）、当該算出した回転角度α，βと、ＥＥＰＲＯＭ２６に格納されているこれより一つ前の検出信号に基づいて算出される第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α０，β０との大小関係を比較してステアリングシャフト１２の回転方向を求める（ステップＳ２−２）。

次に、ＣＰＵ２５の角度演算部２８は、ＥＥＰＲＯＭ２６に格納されている求めたステアリングシャフト１２の回転方向に対応した（式２）又は（式３）を読み出す（ステップＳ２−３）。すなわち、ステアリングシャフト１２が正方向回転した場合には関数（式２）を、逆方向回転した場合には（式３）を読み出す。そして、角度演算部２８は、読み出した（式２）又は（式３）に算出した回転角度α，βを代入することにより、ステアリングシャフト１２の回転角度θを絶対値で求める（ステップＳ２−４）。この後、角度演算部２８は、回転角度θの算出に使用した回転角度α，βを回転角度α０，β０として、ＥＥＰＲＯＭ２６に記憶させる（ステップＳ２−５）。

以上の処理により、ステアリングシャフト１２が正回転及び逆回転方向のどちらに回転した場合であれ、ステアリングシャフト１２の回転角度θを正確に求めることができる。そして、ＣＰＵ２５は、角度演算部２８において算出された、精度の確保された回転角度θを、車両安定性制御システム及び電子制御サスペンションシステム等の走行安定性を向上させるための種々のシステム（正確には、それらの制御装置）に送る。

＜実施の形態の効果＞
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ＥＥＰＲＯＭ２６には、ステアリングシャフト１２の回転方向に対応した２つの角度算出式を記憶した。２つの角度算出式は、ステアリングシャフト１２の回転方向に対応して当該ステアリングシャフト１２と一体で回転する主動歯車１４の歯と第１及び第２の従動歯車１５，１６の歯とが接触した状態の第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度から主動歯車１４の回転角度を算出する式である。すなわち、２つの角度算出式は、主動歯車１４と第１及び第２の従動歯車１５，１６との間に設けられるバックラッシが０（零）となるように考慮されている。ＣＰＵ２５は、第１及び第２の磁気センサ２０，２１により検出される第１及び第２の従動歯車１５，１６の実際の回転角度α，βを基に、ステアリングシャフト１２の回転方向を求めた後、その回転方向に対応した角度算出式をＥＥＰＲＯＭ２６から読み込み、当該算出式に第１及び第２の従動歯車１５，１６の実際の回転角度α，βを代入することにより、ステアリングシャフト１２の回転角度θを求める。このため、ステアリングシャフト１２の回転方向を考慮しない場合に比べて、精度の高いステアリングシャフト１２の回転角度θを求めることができる。

（２）ＣＰＵ２５は、ステアリングシャフト１２の回転角度θを求めるのに使用した第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βを回転角度α０，β０としてＥＥＰＲＯＭ２６に記憶させるようにした。これにより、ＣＰＵ２５は、第１及び第２の磁気センサ２０，２１において検出された今回の回転角度α，βと、ＥＥＰＲＯＭ２６に記憶してある前回の回転角度α０，β０との大小関係を比較することにより、容易に、ステアリングシャフト１２の回転方向を求めることができる。

（３）ステアリングシャフト１２と一体で回転する主動歯車１４の直径を、第１及び第２の従動歯車１５，１６の直径に対し、十分に大きく設定した。一般的に直径が大きくなれば、円の弧に相当する回転したときの歯車の歯における移動距離が長くなる。従って、主動歯車１４がごく僅かに回転した場合でも、主動歯車１４の歯と第１及び第２の従動歯車１５，１６の歯とが接触しやすくなる。２つの角度算出式は、主動歯車１４の歯と第１及び第２の従動歯車１５，１６の歯とが接触した状態における主動歯車１４の回転角度θを求める式である。このため、ＣＰＵ２５は、主動歯車１４、すなわちステアリングシャフト１２の回転角度θをより正確に求めることができる。

（４）ＣＰＵ２５に、初期設定段階において、ステアリングシャフト１２が基準位置（ここでは回転角度θが０°となる位置）とされたときの第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度から、ステアリングシャフト１２が基準位置とされたときに０°を示すように２つの角度算出式を補正する補正データ演算部２９を設けた。これにより、当該補正を行わない場合に比べて、ＣＰＵ２５において求められるステアリングシャフト１２の回転角度θの精度が高くなる。

（５）第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βを検出するための手段として、第１及び第２の従動歯車１５，１６に一体回転可能に設けられた第１及び第２の磁石１７，１８を備えた。また、当該検出するための手段として、第１及び第２の磁石１７，１８に対向するように配設されるとともに、当該第１及び第２の磁石１７，１８から発せられる磁界の方向の変化に応じた検出信号を出力する磁気センサとしての第１及び第２の磁気センサ２０，２１を備えた。

この構成によれば、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転に伴う第１及び第２の磁石１７，１８から発せられる磁界の方向の変化が第１及び第２の磁気センサ２０，２１により検出されるとともに、当該第１及び第２の磁気センサ２０，２１は前記磁界の方向の変化に応じた検出信号を出力する。そして、ＣＰＵ２５は、第１及び第２の磁気センサ２０，２１からの検出信号に基づいて、ステアリングシャフト１２の回転角度θを求める。このように、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βの検出を、第１及び第２の磁気センサ２０，２１を通じて行うことにより、回転角度検出装置１１の構成の簡素化が図られる。

即ち、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βを、例えば光学式のロータリエンコーダを使用して求めることも可能である。しかし、ロータリエンコーダは、ステアリングシャフト１２と一体回転可能に設けられるスリット円板、並びに当該円板をその厚み方向において挟み込むように配設される発光素子及び受光素子等が必要となる。このため、このようなロータリエンコーダにより第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βを求めるようにした場合には、部品点数の低減、ひいては構成の簡素化には自ずと限界がある。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、図７（ａ）に示される処理（操作）の（ステップＳ１−２）〜（ステップＳ１−６）の処理群と、（ステップＳ１−７）〜（ステップＳ１−１１）の処理群との処理順序を入れ替えるようにしてもよい。即ち、本実施の形態では、ステアリングシャフト１２が逆方向に回転したときの回転角度算出式（（式３）における関数ｆＲ）の補正を行った後、ステアリングシャフト１２が正方向に回転したときの回転角度算出式（（式２）における関数ｆＬ）の補正を行ったが、ステアリングシャフト１２が正方向に回転したときの回転角度算出式の補正を行った後に、ステアリングシャフト１２が逆方向に回転したときの回転角度算出式を補正してもよい。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、回転角度算出式の補正を行うステアリングシャフト１２の基準位置は、回転角度０°の位置に限定されるものではない。

・上記実施形態において、各種のデータの記憶手段として、ＥＥＰＲＯＭ２６を使用するようにしたが、他の種類の不揮発メモリ（ＲＯＭ）を使用するようにしてもよい。例えば、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（消去及び書き込み可能なＲＯＭ）等が記憶手段として採用可能である。

・上記実施形態では、主動歯車１４の直径は、第１及び第２の従動歯車１５，１６の直径に比べて十分大きいとされたが、この関係に限るものではない。ただし、主動歯車１４の回転角度θの精度を高くする観点から、主動歯車１４の直径は、第１及び第２の従動歯車１５，１６の直径と同等かそれ以上の大きさであることが望ましい。

・上記実施形態では、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βを、第１及び第２の磁気センサ２０，２１を通じて検出するようにしたが、当該回転角度α，βの検出手段として、例えば光学式のロータリエンコーダを使用するようにしてもよい。この場合、ステアリングシャフト１２と一体回転可能に設けられるスリット円板、並びに当該円板をその厚み方向において挟み込むように配設される発光素子及び受光素子等を設ける。

なお、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転角度α，βを検出する手段として、ロータリエンコーダを採用すれば、第１及び第２の従動歯車１５，１６の回転方向、すなわち主動歯車１４の回転方向を検出することができる。すなわち、主動歯車１４の回転方向を求めるために記憶される回転角度α０，β０をＥＥＰＲＯＭ２６に記憶させる必要はない。従って、その分のＥＥＰＲＯＭ２６の容量を小さくすることができる。

・上記実施形態では、第１及び第２の磁石１７，１８を第１及び第２の従動歯車１５，１６に固定するとともに、第１及び第２の磁気センサ２０，２１をプリント基板１９に固定するようにしたが、次のようにしてもよい。即ち、第１及び第２の磁石１７，１８をプリント基板１９に固定するとともに、第１及び第２の磁気センサ２０，２１をプリント基板１９に固定する。

・上記実施形態において、第１及び第２の磁石１７，１８を永久磁石としたが、通電することにより磁力（磁界）を発生する電磁石としてもよい。
・上記実施形態において、回転角度検出装置１１をステアリングシャフト１２の回転角度θを検出するために使用したが、例えばエンジンのクランクシャフト、産業用ロボットのアーム部等の他の回転体（被検出物）の回転角度を求めるために使用してもよい。

次に、上記実施形態及び上記別例より想起される技術的思想について以下に追記する。
（イ）請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の回転角度検出装置において、前記検出手段は、前記２つの従動歯車に一体回転可能に設けられた磁石と、前記磁石に対向するように配設されるとともに、当該磁石から発せられる磁界の方向の変化又は磁界の強度の変化に応じた検出信号を出力する磁気センサと、を備える回転角度検出装置。

同構成によれば、２つの従動歯車の回転に伴う磁石から発せられる磁界の方向の変化又は磁界の強度の変化が前記磁気センサにより検出されるとともに、当該磁気センサは前記磁界の方向の変化又は磁界の強度の変化に応じた検出信号を出力する。そして、前記制御手段は、前記磁気センサからの検出信号、及び前記記憶手段に記憶された補正データに基づいて、被検出物の回転角度を求める。このように、２つの従動歯車の回転角度の検出を、磁気センサを通じて行うことにより、回転角度検出装置の構成の簡素化が図られる。

即ち、２つの従動歯車の回転角度を、例えば光学式のロータリエンコーダを使用して求めることも可能である。しかし、ロータリエンコーダは、被検出物と一体回転可能に設けられるスリット円板、並びに当該円板をその厚み方向において挟み込むように配設される発光素子及び受光素子等が必要となる。このため、このようなロータリエンコーダを本発明の検出手段として採用するようにした場合には、部品点数の低減、ひいては構成の簡素化には自ずと限界がある。

１１…回転角度検出装置、１２…ステアリングシャフト、１３…ハウジング、１４…主動歯車、１５…第１の従動歯車、１６…第２の従動歯車、１７…第１の磁石、１８…第２の磁石、１９，２２…プリント基板、２０…第１の磁気センサ、２１…第２の磁気センサ、２３…マイクロコンピュータ、２４…電源回路、２５…制御手段及び回転方向検出手段としてのＣＰＵ、２６…記憶手段としてのＥＥＰＲＯＭ、２７…ＲＡＭ、２８…角度演算部、２９…補正データ演算部。

Claims (2)

1. 被検出物と一体的に回転する主動歯車に２つの従動歯車を噛合させて前記主動歯車の回転に伴う前記２つの従動歯車の回転角度をそれぞれ検出する検出手段と、当該検出手段において検出した回転角度に基づいて前記被検出物の回転角度を算出する制御手段とを備えた回転角度検出装置において、
   前記検出手段において検出される前記２つの従動歯車の回転角度から、前記主動歯車の回転方向を検出する回転方向検出手段と、
   前記主動歯車の回転方向に対応した前記主動歯車の回転角度を算出するための２つの回転角度算出式を記憶する記憶手段と、を備え、
   前記２つの回転角度算出式は、前記主動歯車の歯と前記２つの従動歯車の歯とが接触した状態の前記２つの従動歯車の回転角度から前記主動歯車の回転角度を算出する式であって、
   前記制御手段は、前記記憶手段に記憶される前記２つの回転角度算出式のうち、前記回転方向検出手段において検出された回転方向に対応した回転角度算出式を使用して、前記被検出物の回転角度を算出する回転角度検出装置。
2. 請求項１に記載の回転角度検出装置において、
   前記制御手段は、前記被検出物の回転角度の算出に使用した、前記２つの従動歯車の前回の回転角度を基準角度として前記記憶手段に一時的に記憶させ、
   前記回転方向検出手段は、前記検出手段において検出される前記２つの従動歯車の回転角度と、前記基準角度との大小関係から、前記主動歯車の回転方向を求める回転角度検出装置。