JP4763540B2 - Rudder angle sensor - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly precision steering angle sensor. <P>SOLUTION: A steering sensor 1 attached to a steering shaft 103 and measuring an absolute angle of the steering shaft comprises a main driving gear 7 rotating reversibly interlocked with the steering shaft, a first detection means detecting the rotation angle of a fine signal gear 19 rotating interlocked with the main driving gear and the second detection means detecting the rotating angle of a coarse signal gear 45g rotating interlocked with the main driving gear. The first detection means is constituted including a hole element and a magnet to output a fine signal showing the detected rotation angle of the fine signal gear and the second detection means is constituted including a potentiometer to output a coarse signal showing the detected rotation angle of the coarse signal gear. Therefore, it is possible to provide a highly precision steering sensor with the least number of parts, free from the influence from mutual magnetic fluxes of neighboring detection means. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、自動車などの車両に搭載される主動ギア（ステアリングシャフト）の回転角度を検出する舵角センサに関するものである。   The present invention relates to a rudder angle sensor that detects a rotation angle of a main drive gear (steering shaft) mounted on a vehicle such as an automobile.

これまで知られている舵角センサ（以下、適宜「従来センサ」という）には、たとえば、特許文献１に記載されたものがある。従来の舵角センサは、ホール素子と磁石と、を含めて構成されている。従来センサでは、ステアリングシャフトの回転角度を高精度に検出することが求められており、その達成手段として、磁石の周りにリング状の強磁性体が設けられている。検出手段が複数の磁気検出手段より構成されているので、磁石相互の磁気的な干渉がある。この干渉によって、回転角度の検出値の精度が落ちるといった問題があったが、従来センサでは、リング状の強磁性体が磁石の周りに設けられることにより、磁石相互の磁場を乱すことなく磁気検出が図られている。
特開２００４−２７１４２７（段落００１７ 図１参照） Conventionally known steering angle sensors (hereinafter referred to as “conventional sensors” as appropriate) include those described in Patent Document 1, for example. A conventional rudder angle sensor includes a hall element and a magnet. Conventional sensors are required to detect the rotation angle of the steering shaft with high accuracy, and as a means for achieving this, a ring-shaped ferromagnetic body is provided around the magnet. Since the detection means is composed of a plurality of magnetic detection means, there is magnetic interference between the magnets. This interference has caused a problem that the accuracy of the detection value of the rotation angle is reduced. In the conventional sensor, a ring-shaped ferromagnetic material is provided around the magnet, so that the magnetic detection can be performed without disturbing the magnetic field between the magnets. Is planned.
JP-A-2004-271427 (see paragraph 0017 and FIG. 1)

しかしながら、強磁性体を設けられた従来センサではその分だけ、確実に部品点数が増えることになる。そこで、本発明が解決しようとする課題は、なるべく少ない部品点数で、隣接する検出手段相互の磁束の影響を受けない、より高精度の舵角センサを提供することにある。   However, in the conventional sensor provided with the ferromagnetic material, the number of parts is surely increased by that much. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a more accurate rudder angle sensor that has as few parts as possible and is not affected by the magnetic flux between adjacent detection means.

上記した課題を解決するために開発を進めた発明者は、精度が要求される微信号は磁気検出により出力させ、粗信号は全回転領域内にて単調に増加又は減少した信号が得られるポテンショメータにより出力させ、さらに、両者のデータを組み合わせることによって、磁石の磁気の影響を受けない、より精度の高い舵角センサを提供できるとの考えに至った。本発明は、上記観点からなされたものである。その構成の詳しい内容は、次項以下で説明する。なお、何れかの請求項に係る発明の説明において行う用語の定義等は、その性質上可能な範囲で他の請求項に係る発明にも適用されるものとする。   The inventor who has advanced the development in order to solve the above-described problems is a potentiometer that can output a fine signal that requires accuracy by magnetic detection and a coarse signal that can be monotonously increased or decreased within the entire rotation range. And further combining the two data, the idea that a more accurate steering angle sensor that is not affected by the magnetism of the magnet can be provided. The present invention has been made from the above viewpoint. The detailed contents of the configuration will be described in the following section. It should be noted that the definitions of terms used in the description of the invention according to any claim shall be applied to the inventions according to other claims to the extent possible in nature.

（請求項１記載の発明の特徴）
請求項１記載の発明に係る舵角センサ（以下、適宜「請求項１の舵角センサ」という）は、ステアリングシャフトに取り付け、当該ステアリングシャフトの絶対角度を測定するための舵角センサである。具体的には、当該ステアリングシャフトと連動して可逆回転する主動ギアと、当該主動ギアと連動して回転する微信号用ギアの回転角度を検出する第１検出手段と、当該主動ギアと連動して回転する粗信号用ギアの回転角度を検出する第２検出手段と、を備えている。当該第１検出手段は、検出した当該微信号用ギアの回転角度を示す微信号を出力する、ホール素子及び磁石を含めて構成してあり、当該第２検出手段は、検出した当該粗信号用ギアの回転角度を示す粗信号を出力するポテンショメータを含めて構成してある。ここで前記微信号用ギアは、前記主動ギアに対して増速回転するとともに、前記粗信号用ギアは、前記主動ギアに対して減速回転することにより、前記第１検出手段と前記第２検出手段の２つから、絶対角度を演算する演算機構を、さらに含めて構成してある。ここでさらに前記演算機構は、微信号用ギアの回転角度をθｂ、粗信号から換算した主動ギアの回転角度をθｃ、前記主動ギアと前記微信号用ギアのギア比をｍとし、[θｃ-｛θｂ／ｍ±（３６０／ｍ）×ｎ｝]の絶対値を最小とするような整数をｎとした場合に、絶対角度θａが、θａ＝θｂ／ｍ±（３６０／ｍ）×ｎで与えられることを特徴とする。 (Characteristics of the invention of claim 1)
A steering angle sensor according to the first aspect of the present invention (hereinafter referred to as “the steering angle sensor of the first aspect” as appropriate) is a steering angle sensor that is attached to a steering shaft and measures the absolute angle of the steering shaft. Specifically, a main driving gear that rotates reversibly in conjunction with the steering shaft, a first detection means that detects a rotation angle of a fine signal gear that rotates in conjunction with the main driving gear, and a main gear that operates in conjunction with the main driving gear. Second detecting means for detecting the rotation angle of the coarse signal gear that rotates. The first detection means includes a Hall element and a magnet that outputs a fine signal indicating the detected rotation angle of the fine signal gear, and the second detection means is for detecting the detected coarse signal. A potentiometer that outputs a coarse signal indicating the rotation angle of the gear is included . Here, the fine signal gear rotates at a speed higher than that of the main driving gear, and the coarse signal gear rotates at a reduced speed relative to the main driving gear, whereby the first detection means and the second detection gear are rotated. An arithmetic mechanism for calculating an absolute angle is further included from two of the means. Here, the calculation mechanism further assumes that the rotation angle of the fine signal gear is θb, the rotation angle of the main drive gear converted from the coarse signal is θc, the gear ratio of the main drive gear and the fine signal gear is m, and [θc− When an integer that minimizes the absolute value of {θb / m ± (360 / m) × n} is n, the absolute angle θa is θa = θb / m ± (360 / m) × n It is characterized by being given .

請求項１の舵角センサによれば、第１検出手段は、微信号を出力するホール素子と磁石を含む磁気検知式であるが、第２検出手段は、粗信号を出力するポテンショメータを含むが磁石を含まない。第２検出手段は磁石を使用していないから、第１検出手段が発生する磁場により乱されることはない。つまり、第１検出手段が発生する磁束の影響を第２検出手段は受けず、さらに、磁束が発生しない第２検出手段からの影響を第１検出手段は受けず、回転角度の検出精度が落ちない。したがって、なるべく少ない部品点数で、隣接する検出手段相互の磁束の影響を受けない、より精度の高い舵角センサを提供できる。なお、第１検出手段と第２検出手段は相互干渉しないから、磁気を遮る部材も不要である。さらに所定角度で繰り返し出力される正確な微信号と、全操舵角領域において単調増加又は減少するポテンショメータによる粗信号出力が得られ、微信号と粗信号の組合せにより、容易に絶対角度を演算できる。したがって、精度の高い舵角センサを提供できる。これらに加え演算機構が当該演算手段を採用することにより、容易にかつ精度良く絶対角度を演算できるという作用を有する。 According to the steering angle sensor of the first aspect, the first detection means is a magnetic detection type including a Hall element that outputs a fine signal and a magnet, while the second detection means includes a potentiometer that outputs a coarse signal. Does not include magnets. Since the second detection means does not use a magnet, it is not disturbed by the magnetic field generated by the first detection means. That is, the second detection means is not affected by the magnetic flux generated by the first detection means, and further, the first detection means is not affected by the second detection means where no magnetic flux is generated, and the rotational angle detection accuracy is reduced. Absent. Therefore, it is possible to provide a steering angle sensor with higher accuracy that is not affected by the magnetic flux between adjacent detection means with as few parts as possible. Since the first detection means and the second detection means do not interfere with each other, a member that shields magnetism is not necessary. Furthermore, an accurate fine signal repeatedly output at a predetermined angle and a coarse signal output by a potentiometer that monotonously increases or decreases in the entire steering angle region can be obtained, and an absolute angle can be easily calculated by a combination of the fine signal and the coarse signal. Therefore, a highly accurate rudder angle sensor can be provided. In addition to these, the calculation mechanism employs the calculation means, thereby having the effect that the absolute angle can be calculated easily and accurately.

（請求項２記載の発明の特徴）
請求項２記載の発明に係る舵角センサ（以下、適宜「請求項２の舵角センサ」という）には、請求項１の舵角センサの基本構成に加え、前記演算機構は、前記微信号及び前記粗信号のうち、少なくとも前記微信号から複数回、前記絶対角度θａの超過測定を行い当該超過測定データを出力するオーバーサンプリング部と、当該オーバーサンプリング部が当該超過測定を行い当該超過測定データ−を出力する時に前記θａの異常データを検出・排除する異常データ検出・排除部と、当該超過測定データの中から任意にデータを選択し、または、当該任意に選択したデータから更に平均値を算出し、前記排除した異常データの代わりに当該任意に選択したデータ、または、当該平均値、を補間する補間処理部とを含めて構成してあることを特徴とする。 (Characteristics of the invention described in claim 2 )
In addition to the basic configuration of the rudder angle sensor of claim 1 , the calculation mechanism includes the fine signal according to the rudder angle sensor according to the invention of claim 2 (hereinafter referred to as "the rudder angle sensor of claim 2 " as appropriate). And an oversampling unit that performs an excess measurement of the absolute angle θa at least several times from the coarse signal and outputs the excess measurement data, and the oversampling unit performs the excess measurement and performs the excess measurement. The abnormal data detection / exclusion unit that detects / excludes the abnormal data of θa when outputting −, and arbitrarily selects data from the excess measurement data, or further calculates an average value from the arbitrarily selected data And an interpolation processing unit that interpolates the arbitrarily selected data or the average value in place of the excluded abnormal data calculated and configured. The

請求項２の舵角センサによれば、請求項１の舵角センサの作用効果に加え、最初に検出された絶対角度θａに対して、オーバーサンプリングを行い、異常データの排除を行っているから、最終的な出力データの信頼性が格段に向上する。したがって、信頼性向上の分精度の高い舵角センサを提供できる。 According to the rudder angle sensor of claim 2, in addition to the effects of the steering angle sensor according to claim 1, with respect to the first detected absolute angle .theta.a, performs oversampling, because doing eliminate abnormal data As a result, the reliability of the final output data is greatly improved. Therefore, it is possible to provide a rudder angle sensor with high accuracy for improving reliability.

本発明に係る舵角センサによれば、なるべく少ない部品点数で、隣接する検出手段相互の磁束の影響を受けない、より高精度の舵角センサを提供することができる。   According to the rudder angle sensor according to the present invention, it is possible to provide a rudder angle sensor with higher precision that is not affected by the magnetic flux between adjacent detection means with as few parts as possible.

各図を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態（以下、「本実施形態」という）について図面を用いて述べる。図１は、本実施形態における舵角センサの取付位置の概略を示すための斜視図である。図２は、本実施形態における舵角センサの平面図である。図３は、図２に示す舵角センサの支持基板を取り外した状態の平面図である。図４は、本実施形態における舵角センサの分解斜視図である。図５は、図２に示す舵角センサのＡ−Ａ断面図である。なお、図５に示す回転リング及び固定リングは断面とせずに側面を示してある。図６は、本実施形態における舵角センサの電気的構成を示すブロック図である。図７は、本実施形態における微信号を示すグラフである。図８は、本実施形態における粗信号を示すグラフである。図９は、本実施形態における演算機構及びその周辺を示すブロック図である。図１０は、図９の一対のオーバーサンプリング部を説明するための図である。図１１は、図９の一対の異常データ検出部及び一対の異常データ排除部を説明するための図である。なお、図６に示す符号１０５は、使用時において舵角センサに装着するステアリングシャフトを示す。   The best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view illustrating an outline of a mounting position of a rudder angle sensor in the present embodiment. FIG. 2 is a plan view of the rudder angle sensor in the present embodiment. FIG. 3 is a plan view of the steering angle sensor shown in FIG. 2 with the support substrate removed. FIG. 4 is an exploded perspective view of the rudder angle sensor in the present embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view of the rudder angle sensor shown in FIG. In addition, the rotating ring and the fixed ring shown in FIG. FIG. 6 is a block diagram showing an electrical configuration of the rudder angle sensor in the present embodiment. FIG. 7 is a graph showing a fine signal in the present embodiment. FIG. 8 is a graph showing a rough signal in the present embodiment. FIG. 9 is a block diagram showing an arithmetic mechanism and its surroundings in the present embodiment. FIG. 10 is a diagram for explaining the pair of oversampling units in FIG. FIG. 11 is a diagram for explaining the pair of abnormal data detection units and the pair of abnormal data exclusion units in FIG. 9. In addition, the code | symbol 105 shown in FIG. 6 shows the steering shaft with which a steering angle sensor is mounted | worn at the time of use.

図１を参照しながら、舵角センサの設置位置の一例を説明する。舵角センサ１は、車両のハンドル１０１に付属するステアリングコラム１０３の中に内蔵されるのが一般的である。ハンドル１０１には、ハンドル１０１と一体回転するステアリングシャフト１０５（図４参照）が固定してある。舵角センサ１は、ステアリングシャフト１０５のステアリングシャフト回転角度を検出するためのセンサであり、それ自体は回転しないが後述する回転リング７がステアリングシャフト１０５と一体回転するように構成してある。   An example of the installation position of the steering angle sensor will be described with reference to FIG. The rudder angle sensor 1 is generally built in a steering column 103 attached to the steering wheel 101 of the vehicle. A steering shaft 105 (see FIG. 4) that rotates integrally with the handle 101 is fixed to the handle 101. The steering angle sensor 1 is a sensor for detecting the steering shaft rotation angle of the steering shaft 105, and is configured so that a rotation ring 7 described later rotates integrally with the steering shaft 105, although it does not rotate itself.

（舵角センサの概略構造）
図２乃至５を参照しながら、舵角センサの概略構造を説明する。舵角センサ１は、合成樹脂製のケーシング３を備え、ケーシング３が舵角センサ１の主要外観を構成する。ケーシング３は、底部３ａと底部３ａの周縁から起立する周壁部３ｂとから概ね構成してある。ケーシング３は、たとえば、内蔵させるギアの大きさや数等の内部構造の違いや舵角センサ１を取り付ける取付環境等の外部構造の違い等に合わせて様々な形状に形成可能であり、ステアリングシャフト１０５を貫通させるためのシャフト孔４を厚み方向に備えている。シャフト孔４は円形であって、その周縁には、底部３ａから周壁部３ｂと平行に起立する環状の内側リブ３ｃと、内側リブ３ｃの外側で起立する同じく環状の外側リブ３ｄと、を形成してある。外側リブ３ｄは、その一部を切り欠いた形状に形成してあり、切り欠きによって開放した外側リブ３ｄの一端と周壁部３ｂとを連結リブ３ｅにより、開放した外側リブ３ｄの他端と周壁部３ｂとを連結リブ３ｆによりそれぞれ連結してある。さらに、連結リブ３ｅと連結リブ３ｆとの間にも、外側リブ３ｄと周壁部３ｂとを連結する連結リブ３ｇ，３ｈを形成してある。連結リブ３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈは、何れも外側リブ３ｄと同じ高さに形成してある。連結リブ３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈは、外側リブ３ｄ等と相俟って、ケーシング３の補強とともに、その上に載置する支持基板５を下方から支持する役目、ケーシング３の底部３ａと支持基板５との間に後述する従動ギア１２等を収納可能な空間（連結リブ３ｅと連結リブ３ｆ及び周壁部３ｂによって囲まれた空間）を形成する役目等を担っている。なお、符号３ｊ，３ｋは、舵角センサ１を所定箇所に取付可能とするためにケーシング３から側方（周壁部３ｂに対して垂直方向）に突き出させた取付突片を示している。符号３ｐは、支持基板５に搭載された電子部品（図示を省略）等と外部との電気的接続を行うために接続ピン（図示を省略）を収納するためにケーシング３と一体成形して形成した収納体を示している。 (Schematic structure of rudder angle sensor)
The schematic structure of the rudder angle sensor will be described with reference to FIGS. The rudder angle sensor 1 includes a synthetic resin casing 3, and the casing 3 constitutes the main appearance of the rudder angle sensor 1. The casing 3 is generally composed of a bottom portion 3a and a peripheral wall portion 3b rising from the periphery of the bottom portion 3a. The casing 3 can be formed in various shapes in accordance with, for example, the difference in the internal structure such as the size and number of gears to be incorporated, the difference in the external structure such as the mounting environment to which the steering angle sensor 1 is attached, and the like. Is provided in the thickness direction. The shaft hole 4 is circular, and an annular inner rib 3c that rises in parallel with the peripheral wall 3b from the bottom 3a and an annular outer rib 3d that stands on the outside of the inner rib 3c are formed on the periphery thereof. It is. The outer rib 3d is formed in a shape in which a part thereof is cut out. One end of the outer rib 3d opened by the notch and the peripheral wall portion 3b are connected to the other end of the outer rib 3d and the peripheral wall by the connecting rib 3e. The part 3b is connected to each other by a connecting rib 3f. Further, connecting ribs 3g and 3h for connecting the outer rib 3d and the peripheral wall portion 3b are formed between the connecting rib 3e and the connecting rib 3f. The connecting ribs 3e, 3f, 3g, 3h are all formed at the same height as the outer rib 3d. The coupling ribs 3e, 3f, 3g, and 3h, together with the outer ribs 3d and the like, serve to reinforce the casing 3 and support the support substrate 5 placed thereon from below, and support the bottom 3a of the casing 3 It plays a role of forming a space (a space surrounded by the connecting rib 3e, the connecting rib 3f, and the peripheral wall portion 3b) in which a driven gear 12 and the like described later can be accommodated between the substrate 5 and the like. Reference numerals 3j and 3k denote mounting protrusions protruding sideways (perpendicular to the peripheral wall portion 3b) from the casing 3 so that the rudder angle sensor 1 can be mounted at a predetermined location. Reference numeral 3p is formed by integrally molding with the casing 3 in order to store connection pins (not shown) for electrical connection between an electronic component (not shown) mounted on the support substrate 5 and the like. The storage body is shown.

支持基板５は、ケーシング３の内部を有効活用するために内部をほぼ占有する形状（大きさ）に形成してある。このため、支持基板５は、ケーシング３より僅かに小さなほぼ相似形に形成してある。支持基板５には、ケーシング３に納めたときにシャフト孔４と同心となる円形の支持孔５ｈを貫通形成してある。支持孔５ｈは、シャフト孔４よりも大径に、かつ、その周縁がケーシング３の外側リブ３ｄ及び連結リブ３ｅ，３ｆの上に、下方から支持させるために載置可能に形成してある。支持基板５を外側リブ３ｄ等の上に載置すると、支持基板５の支持孔５ｈの周縁とケーシング３の内側リブ３ｃとの間（内側リブ３ｃと外側リブ３ｄとの間）に、平面視したときに見える環状空間１０が存在している（図３参照）。図４及び５に示すように支持基板５は、ケーシング３の底部３ａに対向する対向面５ａ（図５の向かって右側となる面）と、対向面５ａとは反対側の面となる取付面５ｂと、を備えている。支持基板５には、取付面５ｂが含む支持孔５ｈ周辺の領域を除き、図６に示す部品を含む各種電子部品を適宜搭載してある。   The support substrate 5 is formed in a shape (size) that substantially occupies the inside of the casing 3 in order to effectively use the inside of the casing 3. For this reason, the support substrate 5 is formed in a substantially similar shape that is slightly smaller than the casing 3. A circular support hole 5 h that is concentric with the shaft hole 4 when being accommodated in the casing 3 is formed through the support substrate 5. The support hole 5h has a diameter larger than that of the shaft hole 4, and the periphery thereof is formed on the outer rib 3d and the connecting ribs 3e and 3f of the casing 3 so as to be supported from below. When the support substrate 5 is placed on the outer rib 3d or the like, a plan view is formed between the peripheral edge of the support hole 5h of the support substrate 5 and the inner rib 3c of the casing 3 (between the inner rib 3c and the outer rib 3d). There is an annular space 10 that can be seen (see FIG. 3). As shown in FIGS. 4 and 5, the support substrate 5 has a facing surface 5 a (a surface on the right side in FIG. 5) facing the bottom 3 a of the casing 3 and a mounting surface on the opposite side of the facing surface 5 a. 5b. Various electronic components including the components shown in FIG. 6 are appropriately mounted on the support substrate 5 except for the region around the support hole 5h included in the mounting surface 5b.

図２乃至５に基づいて、回転リング７について説明する。回転リング７は、合成樹脂を一体成形によって形成した中空部７ｈを有する環状の部材であって、環状フランジ部７ａと、環状フランジ部７ａの一方の面から起立する環状壁部７ｂと、から概ね構成してある。環状壁部７ｂは、環状フランジ部７ａと同心状に形成してあり、環状フランジ部７ａから起立させてあることから環状フランジ部７ａの外径よりも小さな外径になっている。回転リング７は、中空部７ｈ側に突出する段部７ｃが形成してある（図４参照）。段部７ｃは、次に述べる固定リング９を嵌め込んだときの抜け止めを、その主な役目とする。固定リング９は、ステアリングシャフト１０５と回転リング７とを可逆に連動回転させるための固定部材であって、両者間に介在可能、かつ、両者に対して着脱自在に構成してある。環状壁部７ｂの環状フランジ部７ａから見た先端部外周面には、回転リング７を主動ギアとして機能させるためのギア部７ｇを形成してある。環状壁部７ｂおよびギア部７ｇは支持基板５の支持孔５ｈ周縁とケーシング３の内側リブ３ｃとの間にある環状空間１０に差込可能に構成してある。すなわち、回転リング７（主動ギア７）がステアリングシャフト１０５の操作に合わせて、可逆回転可能にケーシング３のほぼ中央に設置されている。なお、環状空間１０に差し込んだ環状壁部７ｂ及びギア部７ｇが、支持孔５ｈ周縁（外側リブ３ｄ）と内側リブ３ｃに対して、同じく円周方向に回転可能であることは言うまでもない。   The rotating ring 7 will be described with reference to FIGS. The rotating ring 7 is an annular member having a hollow portion 7h formed by synthetic molding of a synthetic resin, and generally includes an annular flange portion 7a and an annular wall portion 7b that stands from one surface of the annular flange portion 7a. It is configured. The annular wall portion 7b is formed concentrically with the annular flange portion 7a, and has an outer diameter smaller than the outer diameter of the annular flange portion 7a because it is raised from the annular flange portion 7a. The rotating ring 7 has a stepped portion 7c that protrudes toward the hollow portion 7h (see FIG. 4). The stepped portion 7c has a main role as a stopper when the fixing ring 9 described below is fitted. The fixing ring 9 is a fixing member for reversibly interlockingly rotating the steering shaft 105 and the rotating ring 7, and can be interposed between them and can be attached to and detached from both. A gear portion 7g for causing the rotating ring 7 to function as a main driving gear is formed on the outer peripheral surface of the tip portion viewed from the annular flange portion 7a of the annular wall portion 7b. The annular wall portion 7b and the gear portion 7g are configured to be able to be inserted into an annular space 10 between the periphery of the support hole 5h of the support substrate 5 and the inner rib 3c of the casing 3. That is, the rotating ring 7 (the main driving gear 7) is installed at substantially the center of the casing 3 so as to be reversibly rotated in accordance with the operation of the steering shaft 105. Needless to say, the annular wall portion 7b and the gear portion 7g inserted into the annular space 10 are also rotatable in the circumferential direction with respect to the peripheral edge of the support hole 5h (outer rib 3d) and the inner rib 3c.

（従動ギア・第１検出手段の構造）
図２乃至６を参照しながら、従動ギアと第１検出手段について説明する。従動ギア１２は、ケーシング３の底部３ａから起立させた支持ピン１２ｐ（図３参照）を軸として回転可能、かつ、ギア部７ｇと噛み合い可能に設けてある。なお、主動ギア７と従動ギア１２との増速比は、概ね１：３前後に設定してある。 (Structure of driven gear and first detection means)
The driven gear and the first detection means will be described with reference to FIGS. The driven gear 12 is provided so as to be rotatable about a support pin 12p (see FIG. 3) erected from the bottom 3a of the casing 3 and to be able to mesh with the gear portion 7g. The speed increasing ratio between the main driving gear 7 and the driven gear 12 is set to about 1: 3.

第１検出手段１５は、測定用小径ギア１７と、測定用小径ギア１７と噛み合って従動回転する微信号用ギア１９と、微信号用ギア１９と同軸で一体回転する円盤磁石２１（図３、６参照）と、円盤磁石２１の磁界を検知するためのホール素子３３、３５を含む検知回路３１と、により概ね構成してある。後述する第２検出手段では、磁石を備えていないから、ヨークは設けていない。ホール素子３３およびホール素子３５は、回転する円盤磁石２１が発する磁界を検知するために、円盤磁石２１（微信号用ギア１９）の中心を共通の中心とする円周上にほぼ９０度ずらした位置に配してある。すなわち、微信号用の２つのホール素子３３，３５からは、図７に示されるように、９０度位相がずれた２つの出力波形が得られる。それぞれ、ＳＩＮ波、ＣＯＳ波と同等である。各出力はＶｓｉｎ、Ｖｃｏｓの電圧波形で得られ、これらの出力から、ａｒｃｔａｎ（Ｖｓｉｎ／Ｖｃｏｓ）を演算することにより、微信号用ギア１９の回転角度が得られることとなる。ただし、これらの角度は、微信号用ギア１９からみれば、３６０度毎に繰り返し出力されており、これだけでは、何回転目かの判定は不可能である。測定用小径ギア１７は、従動ギア１２と同軸一体に設けてあり、支持ピン１２ｐを軸として従動ギア１２と一体回転可能に構成してある。つまり、従動ギア１２は、ステアリングシャフト１０５の操作に合わせて、可逆回転可能に配置されている。以上から主動ギア７と微信号用ギア１９は、連動して回転している。なお、主動ギア７と微信号用ギア１９のギア比は２に設定してある。   The first detection means 15 includes a measuring small-diameter gear 17, a fine signal gear 19 that meshes with the measuring small-diameter gear 17, and a disk magnet 21 that rotates integrally coaxially with the fine signal gear 19 (FIG. 3). 6) and a detection circuit 31 including Hall elements 33 and 35 for detecting the magnetic field of the disk magnet 21. Since the second detection means described later does not include a magnet, no yoke is provided. The Hall element 33 and the Hall element 35 are shifted by approximately 90 degrees on the circumference with the center of the disk magnet 21 (fine signal gear 19) as a common center in order to detect the magnetic field generated by the rotating disk magnet 21. It is placed in the position. That is, as shown in FIG. 7, two output waveforms having a 90-degree phase shift are obtained from the two Hall elements 33 and 35 for fine signals. They are equivalent to SIN wave and COS wave, respectively. Each output is obtained with voltage waveforms of Vsin and Vcos, and by calculating arctan (Vsin / Vcos) from these outputs, the rotation angle of the fine signal gear 19 is obtained. However, these angles are repeatedly output every 360 degrees as viewed from the fine signal gear 19, and it is impossible to determine the number of rotations with this angle alone. The measuring small-diameter gear 17 is provided coaxially with the driven gear 12 and is configured to be rotatable integrally with the driven gear 12 about the support pin 12p. That is, the driven gear 12 is disposed so as to be reversibly rotatable in accordance with the operation of the steering shaft 105. From the above, the main driving gear 7 and the fine signal gear 19 rotate in conjunction with each other. The gear ratio between the main driving gear 7 and the fine signal gear 19 is set to 2.

第１検出手段１５からホール素子３３、３５を介して演算機構に入力される信号は、ステアリングシャフト１０５が、０度〜３６０度の範囲におけるステアリングシャフト回転角度を示す微信号と呼ばれている。   A signal input from the first detection unit 15 to the calculation mechanism via the Hall elements 33 and 35 is called a fine signal indicating that the steering shaft 105 indicates the steering shaft rotation angle in the range of 0 degrees to 360 degrees.

（検知回路・第２検出手段）
図６に示すように、検知回路３１は、上述したホール素子３３およびホール素子３５のほか、角度変換回路３７及びＭＰＵ３９、リセットＩＣ４１、Ｅ^２ＰＲＯＭ４３、ＣＡＮトランシーバー４４及び第２検出手段４５を含めて構成してある。角度変換回路３７は、ホール素子３３，３５から得た位相違いの検知信号を合成角度に変換するための回路である（図７参照）。 (Detection circuit / second detection means)
As shown in FIG. 6, the detection circuit 31 includes the angle conversion circuit 37 and the MPU 39, the reset IC 41, the E ² PROM 43, the CAN transceiver 44, and the second detection means 45 in addition to the Hall element 33 and the Hall element 35 described above. It is configured. The angle conversion circuit 37 is a circuit for converting the phase difference detection signal obtained from the Hall elements 33 and 35 into a combined angle (see FIG. 7).

ＭＰＵ３９は、舵角センサ１全体の制御のほか、後述するように演算機構として機能する。リセットＩＣ４１は、ＭＰＵ３９の暴走防止を行うためのＩＣである。Ｅ^２ＰＲＯＭ４３は、たとえば、主動ギア７（ギア部７ｇ）と従動ギア１２との噛み合いにおいて生じるバックラッシに基づく位相ずれを補正するための補正値を記憶するための装置である。ＣＡＮトランシーバー４４は、ステアリングシャフト１０５のステアリングシャフト回転角度を示す信号を外部へ出力するための通信機能を担っている。 The MPU 39 functions as an arithmetic mechanism as will be described later, in addition to the control of the entire steering angle sensor 1. The reset IC 41 is an IC for preventing the MPU 39 from running away. The E ² PROM 43 is a device for storing a correction value for correcting, for example, a phase shift based on backlash that occurs when the main drive gear 7 (gear portion 7g) and the driven gear 12 are engaged. The CAN transceiver 44 has a communication function for outputting a signal indicating the steering shaft rotation angle of the steering shaft 105 to the outside.

第２検出手段４５は、ステアリングシャフト１０５（図４参照）がどちらの方向（時計方向、反時計方向）に何回転したか検出するための検知部材或いは検知機構等であるポテンショメータ４５ｐと粗信号用ギア４５ｇとから概ね構成してある。ポテンショメータ４５ｐは、回転させることによりその回転角に略比例した信号を出力する。ポテンショメータ４５ｐが出力する信号は、一般に、粗信号とも呼ばれ、ステアリングシャフト１０５の回転角度を特定するためのものである。粗信号用ギア４５ｇはステアリングシャフトの全回転領域で、ほぼ１回転するようにギア比が設定されている。本実施形態ではステアリングシャフトの全回転、ほぼ４．４回転（左右ともに２．２回転）で、粗信号用ギア４５ｇがほぼ１回転するように調整されている。当該領域で、ポテンショメータ４５ｐの出力は、直線的に変化するように設定されている。本実施形態では、ステアリングシャフトからみて、中立点（直進方向）を０度とし、左回し切り位置をー７９０度、右回し切り位置＋７９０度として、この間で、単調増加するようにポテンショメータ４５ｐのシャフト位置は設定されている。図８は、ポテンショメータ４５ｐが出力した粗信号を示したものであり、略直線状の特性を示している。なお、粗信号用ギア４５ｇの回転は、１回転に限る必要は必ずしもなく、状況に応じて複数回転するように構成してもよい。   The second detection means 45 includes a potentiometer 45p which is a detection member or a detection mechanism for detecting in which direction (clockwise or counterclockwise) the steering shaft 105 (see FIG. 4) has rotated, and a coarse signal. It is generally composed of a gear 45g. The potentiometer 45p outputs a signal substantially proportional to its rotation angle by rotating. The signal output from the potentiometer 45p is generally called a coarse signal, and is for specifying the rotation angle of the steering shaft 105. The gear ratio of the coarse signal gear 45g is set so as to rotate almost once in the entire rotation region of the steering shaft. In the present embodiment, the coarse signal gear 45g is adjusted to rotate approximately once by the full rotation of the steering shaft, approximately 4.4 rotations (2.2 rotations on both the left and right sides). In this region, the output of the potentiometer 45p is set to change linearly. In the present embodiment, when viewed from the steering shaft, the neutral point (straight direction) is set to 0 degree, the left turn position is set to -790 degrees, the right turn position is set to +790 degrees, and the shaft of the potentiometer 45p is monotonically increased between these positions. The position is set. FIG. 8 shows a rough signal output from the potentiometer 45p, and shows a substantially linear characteristic. Note that the rotation of the coarse signal gear 45g is not necessarily limited to one rotation, and may be configured to rotate a plurality of times depending on the situation.

ポテンショメータ４５ｐは、その周囲に粗信号用ギア４５ｇを備え、次に述べる機構によって回転させられる。すなわち、まず、微信号用ギア１９の回転については、これと同軸一体回転する伝達用小径ギア２０を設けてある。伝達用小径ギア２０は、図３に示す微信号用ギア１９の裏側に位置するため、同図において破線で示してある。伝達用小径ギア２０は、原車として支持ピン２３ｐによって回転可能に支持された中間大径ギア２３と噛み合いこれを回転させるように構成してある。伝達用小径ギア２０の従車として回転する中間大径ギア２３は、これと同軸一体の中間小径ギア２５を一体回転させ、中間小径ギア２５はこれと噛み合う粗信号用ギア４５ｇ、すなわち、第２検出手段４５を回転させるようになっている。粗信号用ギア４５ｇは主動ギア７と連動して回転する。上記構成によって出力される粗信号と、前述した０度〜３６０度の範囲の角度を示す微信号（以下、微信号に係る回転を「微回転」という）と、を組み合わせることによって、ステアリングシャフト１０５の回転角度を検知することができる。   The potentiometer 45p includes a coarse signal gear 45g around the potentiometer 45p, and is rotated by a mechanism described below. That is, first, for the rotation of the fine signal gear 19, a transmission small-diameter gear 20 that rotates coaxially therewith is provided. Since the transmission small-diameter gear 20 is located on the back side of the fine signal gear 19 shown in FIG. 3, it is indicated by a broken line in FIG. The transmission small-diameter gear 20 is configured to mesh with and rotate the intermediate large-diameter gear 23 that is rotatably supported by a support pin 23p as an original vehicle. The intermediate large-diameter gear 23 that rotates as a follower of the transmission small-diameter gear 20 integrally rotates an intermediate small-diameter gear 25 that is coaxially integrated with the intermediate small-diameter gear 25. The detection means 45 is rotated. The coarse signal gear 45g rotates in conjunction with the main drive gear 7. By combining the coarse signal output by the above-described configuration with the fine signal indicating the angle in the range of 0 to 360 degrees (hereinafter referred to as “fine rotation”), the steering shaft 105 is combined. Can be detected.

微信号と粗信号との関係から、現在のステアリングシャフトの絶対角度を確定する手順について具体例を挙げながら説明する。前提として、まず微信号用ギアは、ステアリングシャフトを回転させることで可逆回転する主動ギアに対してギア比２：１で増速回転している。さらに、粗信号用ギアは、ステアリングシャフトを回転させることで可逆回転する主動ギアの全回転域（＋７９０度〜−７９０度）につき１回転未満の減速回転を行っているものとする。   The procedure for determining the current absolute angle of the steering shaft from the relationship between the fine signal and the coarse signal will be described with a specific example. As a premise, first, the fine signal gear rotates at a gear ratio of 2: 1 with respect to the main driving gear that rotates reversibly by rotating the steering shaft. Furthermore, it is assumed that the coarse signal gear performs a reduced rotation of less than one rotation for the entire rotation range (+790 degrees to -790 degrees) of the main driving gear that rotates reversibly by rotating the steering shaft.

たとえば、ステアリングシャフト１０５のある回転位置での微信号の計測値を１２３度とする。この計測値は、上述したとおり、２つのホール素子３３，３５の電圧出力値３３Ｖ，３５Ｖから、ａｒｃｔａｎ（３３Ｖ／３５Ｖ）に基づき算出されたものである。この微信号の計測値１２３度のみからでは、微信号用ギア１９が中点位置から右回転しているのか、左回転しているのか判別がつかない。また、中点位置から、何回転したのかも不明である。尚、本実施形態では、主動ギア７と微信号用ギア１９とのギア比が２：１のため、現在のステアリング回転角は６１．５度（１２３／２）付近と予想できるのであるが、当該回転角が右回転か、左回転かの、何回転目であるのかは以前不明である。   For example, the measurement value of the fine signal at a certain rotational position of the steering shaft 105 is set to 123 degrees. This measured value is calculated based on arctan (33V / 35V) from the voltage output values 33V and 35V of the two Hall elements 33 and 35 as described above. It is impossible to determine whether the fine signal gear 19 is rotating clockwise or counterclockwise from the midpoint position only from the measured value of the fine signal of 123 degrees. It is also unclear how many rotations have occurred from the midpoint position. In this embodiment, since the gear ratio between the main driving gear 7 and the fine signal gear 19 is 2: 1, the current steering rotation angle can be expected to be around 61.5 degrees (123/2). It is previously unknown how many rotations the rotation angle is to the right or left.

上述したとおり、粗信号のデータ処理は、粗信号用ギア４５ｇに組み込まれたポテンショメータ４５ｐによる出力電圧を計測することによって、微信号データほど精度は高くないが、中点位置からステアリングシャフト１０５が右又は左回転のどの位置まで回転したのかを一意的に確定できる。本実施形態では、ステアリングシャフト１０５の回転の中立を０度として、左回し切り位置が−７９０度、右回し切り位置が＋７９０度となっているため、−７９０度〜＋７９０度の間でポテンショメータ４５ｐは直線的な出力電圧を示すことになる。ここでは、このような設定された粗信号出力値が４２０度であったものとして、以下説明する。尚、ポテンショメータ４５ｐの出力精度が多少悪くても、次に述べるように、微信号出力をメインとする組合せにより絶対角度θａを算出するので、最終的に得られる絶対角度の精度は問題ない。   As described above, the data processing of the coarse signal is not as accurate as the fine signal data by measuring the output voltage from the potentiometer 45p incorporated in the coarse signal gear 45g. Alternatively, it is possible to uniquely determine the position of the left rotation. In this embodiment, the neutral position of the rotation of the steering shaft 105 is 0 degree, the left turn position is -790 degrees, and the right turn position is +790 degrees. Therefore, the potentiometer 45p is between -790 degrees and +790 degrees. Indicates a linear output voltage. Here, the following description will be made assuming that the set coarse signal output value is 420 degrees. Even if the output accuracy of the potentiometer 45p is somewhat poor, as will be described below, the absolute angle θa is calculated by a combination that mainly uses the fine signal output, so the accuracy of the absolute angle finally obtained is not a problem.

ステアリングシャフトの絶対角度θａの確定手順は、次の通り算出する。すなわち、ＭＰＵ内での演算も微信号出力に基づく微信号用ギアの回転角度をθｂ、粗信号出力から換算した主動ギアの回転角度をθｃ、主動ギアと微信号用ギアのギア比をｍとしたときに、[θｃ−{θｂ／ｍ±（３６０／ｍ）×ｎ}]の絶対値を最小とするような整数ｎを求めた場合には、絶対角度θａは、θａ＝θｂ／ｍ±（３６０／ｍ）×ｎから算出できる。たとえば、微信号の出力値に基づく微信号用ギアの回転角度が１２３°、粗信号の出力値から換算した主動ギアの回転角度が４２０°の場合を考えてみる。上記算式に当てはめすると、[４２０°−{１２３°／２±（３６０／２）×ｎ}]の代入式が求められる。ここで、θａ＝１２３°／２±（３６０／２）×ｎであるから、θａが４２０°にもっとも近いｎを求めれば、そのときのθａが求める絶対角度となり、ｎ／ｍがステアリングシャフト１０５の中点位置からの回転数となる。ただし、上記式の±は粗信号の出力値の符号に依存して変化し、ｍはギア比（本実施形態では２）、ｎは正の整数（ｎ＞＝０）とする。粗信号の出力値から換算した主動ギアの回転角度が４２０°の場合、θａ＝６１．５°＋１８０°×ｎとなる。したがって、θａが４２０°にもっとも近くなるのは、ｎ＝２のときであり、そのときの絶対角度θａはθａ＝６１．５°＋１８０°×２＝４２１．５°となる。なお、実際のステアリングシャフトは中点位置から右に１回転（ｎ／ｍ＝２／２＝１）、とさらに６１．５°回った位置にあることがわかる。 The procedure for determining the absolute angle θa of the steering shaft is calculated as follows. That is, in the calculation in the MPU, the rotation angle of the fine signal gear based on the fine signal output is θb, the rotation angle of the main drive gear converted from the coarse signal output is θc, and the gear ratio of the main drive gear and the fine signal gear is m. When an integer n that minimizes the absolute value of [θc− {θb / m ± (360 / m) × n}] is obtained, the absolute angle θa is θa = θb / m ± It can be calculated from (360 / m) × n. For example, consider the case where the rotation angle of the fine signal gear based on the output value of the fine signal is 123 ° and the rotation angle of the main gear converted from the output value of the coarse signal is 420 °. When applied to the above formula, an assignment formula of [420 ° − {123 ° / 2 ± (360/2) × n}] is obtained. Here, since θa = 123 ° / 2 ± (360/2) × n, if θa finds n closest to 420 °, θa at that time becomes the absolute angle to be obtained, and n / m is the steering shaft 105. The number of rotations from the midpoint position. However, ± in the above equation changes depending on the sign of the output value of the coarse signal, m is a gear ratio (2 in the present embodiment), and n is a positive integer (n> = 0). When the rotation angle of the main driving gear converted from the output value of the coarse signal is 420 °, θa = 61.5 ° + 180 ° × n. Therefore, θa is closest to 420 ° when n = 2, and the absolute angle θa at that time is θa = 61.5 ° + 180 ° × 2 = 421.5 °. In addition, it can be seen that the actual steering shaft is in a position that is further rotated 61.5 ° to the right from the midpoint position by one rotation (n / m = 2/2 = 1).

また、微信号の出力値に基づく微信号用ギアの回転角度が２３°、粗信号の出力値から換算した主動ギアの回転角度が１２°の場合は同様に、ω＝１２−（１１．５＋１８０×ｎ）より、ωの絶対値を最小にするｎは、ｎ＝０となる。そのときの絶対角度θａは、θａ＝１１．５°であることがわかる。実際のステアリングシャフト１０５は、ｎ／ｍ＝０より、１回転未満で、右に１１．５°回転した位置にあることがわかる。 Similarly, when the rotation angle of the fine signal gear based on the output value of the fine signal is 23 ° and the rotation angle of the main gear converted from the output value of the coarse signal is 12 °, ω = 12− (11.5 + 180 From xn), n which minimizes the absolute value of ω is n = 0. It can be seen that the absolute angle θa at that time is θa = 11.5 °. It can be seen that the actual steering shaft 105 is at a position rotated by 11.5 ° to the right in less than one rotation from n / m = 0.

さらに、他の例として、微信号の出力値に基づく微信号用ギアの回転角度が３７°、粗信号の出力値から換算した主動ギアの回転角度が−１６２である場合には、θａ＝１８．５°−１８０°×ｎよりｎ＝１を得る。絶対角度θａはθａ＝−１６１．５°となる。なお、ｎ／ｍ＝０．５のため、実際のステアリングシャフト１０５の絶対角度θａは、左１回転未満で１６１．５°回った位置にあることがわかる。 As another example, when the rotation angle of the fine signal gear based on the output value of the fine signal is 37 ° and the rotation angle of the main gear converted from the output value of the coarse signal is −162, θa = 18 N = 1 is obtained from 5 ° -180 ° × n. The absolute angle θa is θa = −161.5 °. Since n / m = 0.5, it can be seen that the actual absolute angle θa of the steering shaft 105 is at a position rotated 161.5 ° in less than one left turn.

（ステアリングシャフトの絶対角度の測定）
図９を参照して、微信号と粗信号とを併用してステアリングシャフト１０５のステアリングシャフト回転角度（絶対角度）を測定するフローについて説明する。測定精度をできるだけ高くするために本実施形態では、第１検出手段１５からホール素子３３，３５を介して得る微信号と、第２検出手段（ポテンショメータ）４５から得る粗信号とは、次のとおり処理されるようになっている。また、併せて、角度変換回路３７及びＭＰＵ３９の具体的構造も説明する。すなわち、角度変換回路３７は、ホール素子３３，３５を介して得る微信号に係る２つの位相の異なるアナログ量をディジタル量に変換するＡ／Ｄ変換部３７−１と、２つの位相の異なるディジタル量から微信号（合成角度）に合成する角度合成部３７−２と、を備えている。 (Measurement of absolute angle of steering shaft)
With reference to FIG. 9, a flow for measuring the steering shaft rotation angle (absolute angle) of the steering shaft 105 using both the fine signal and the coarse signal will be described. In this embodiment, in order to make the measurement accuracy as high as possible, the fine signal obtained from the first detection means 15 via the Hall elements 33 and 35 and the coarse signal obtained from the second detection means (potentiometer) 45 are as follows. To be processed. In addition, the specific structures of the angle conversion circuit 37 and the MPU 39 will also be described. In other words, the angle conversion circuit 37 includes an A / D conversion unit 37-1 that converts two analog quantities having different phases related to a fine signal obtained through the Hall elements 33 and 35 into digital quantities, and two digital signals having different phases. And an angle synthesizer 37-2 that synthesizes the signal into a fine signal (synthesis angle).

演算機構として機能するＭＰＵ３９は、微信号の処理を行う微信号処理系と、粗信号の処理を行う粗信号処理系と、微信号処理系及び粗信号処理系が共有する絶対角度演算変換部３９−９と、粗信号処理系にのみ設けたＡ／Ｄ変換部３９−１と、から概ね構成してある。Ａ／Ｄ変換部３９−１は、第２検出手段４５が出力する粗信号（アナログ量）をディジタル量に変換する機能を有している。以下、微信号処理系（粗信号処理系）、絶対角度演算変換部の順で説明する。なお、粗信号と微信号の違いはあるものの粗信号処理系の構成と微信号処理系のそれとの間に異なる点はない。したがって、微信号処理系の構成を説明するにあたって、微信号処理のための構成部材に該当する粗信号処理のための構成部材名等を、次項において微信号処理のための構成部材名等の後に記す括弧書きの中に記すにとどめ、可能な範囲において粗信号処理のための構成部材についての説明を省略する。   The MPU 39 functioning as an arithmetic mechanism includes a fine signal processing system for processing a fine signal, a coarse signal processing system for processing a coarse signal, and an absolute angle calculation conversion unit 39 shared by the fine signal processing system and the coarse signal processing system. -9 and an A / D conversion unit 39-1 provided only in the coarse signal processing system. The A / D conversion unit 39-1 has a function of converting the coarse signal (analog quantity) output from the second detection means 45 into a digital quantity. Hereinafter, the fine signal processing system (coarse signal processing system) and the absolute angle calculation conversion unit will be described in this order. Although there is a difference between the coarse signal and the fine signal, there is no difference between the configuration of the coarse signal processing system and that of the fine signal processing system. Therefore, in explaining the configuration of the fine signal processing system, the name of the constituent member for the coarse signal processing corresponding to the constituent member for the fine signal processing is given after the name of the constituent member for the fine signal processing in the next section. Only the description in parentheses will be given, and description of components for coarse signal processing will be omitted to the extent possible.

すなわち、ＭＰＵ３９は、微信号処理系（粗信号処理系）として、オーバーサンプリング部３９−３ａ（オーバーサンプリング部３９−３ｂ）と、平均角度算出処理部３９−４ａ（平均角度算出処理部３９−４ｂ）と、異常データ検出部３９−５ａ（異常データ検出部３９−５ｂ）と、異常データ排除部３９−６ａ（異常データ排除部３９−６ｂ）と、補間処理部３９−７ａ（補間処理部３９−７ｂ）と、補間済み微信号出力部３９−８ａ（補間済み粗信号処理部３９−８ｂ）と、を備えている。微信号処理系と粗信号処理系、両処理系にオーバーサンプリング部を設けたのは、より高精度が求められる微信号について超過測定を行い当該超過測定データを出力(以下「オーバーサンプリング」という)するだけでなく、粗信号についてもオーバーサンプリングすることにより、舵角センサ１の精度を飛躍的に高めることができるからである。以下、微信号処理系についてのみ説明する。   That is, the MPU 39 includes an oversampling unit 39-3a (oversampling unit 39-3b) and an average angle calculation processing unit 39-4a (average angle calculation processing unit 39-4b) as a fine signal processing system (coarse signal processing system). ), Abnormal data detection unit 39-5a (abnormal data detection unit 39-5b), abnormal data exclusion unit 39-6a (abnormal data exclusion unit 39-6b), and interpolation processing unit 39-7a (interpolation processing unit 39) -7b) and an interpolated fine signal output unit 39-8a (interpolated coarse signal processing unit 39-8b). The oversampling unit is provided in both the fine signal processing system, the coarse signal processing system, and both processing systems, and the excess measurement data is output for the fine signal that requires higher accuracy (hereinafter referred to as `` oversampling ''). This is because the accuracy of the rudder angle sensor 1 can be remarkably improved by oversampling the coarse signal as well. Only the fine signal processing system will be described below.

オーバーサンプリング部３９−３ａは、角度合成部３７−２から得る微信号について、図１０に示すように、時刻ｔ_ｎ−１〜ｔ_ｎの間で、通常１回の測定（ｔ_ｎ軸上の「△」位置での１回の測定）データを求めるところ、常時８回の測定（ｔ_ｎ−１〜ｔ_ｎ間の「○」位置での８回の測定、８倍オーバーサンプリング）データを求める、超過測定データ（微信号超過測定データ）を獲得する機能を有している。本実施形態におけるオーバーサンプリングは、上述したように、通常サンプリングの８倍に設定してある。この設定は、度重なる評価実験の結果得られたもので、必要に応じて設定を変更することを妨げるものではない。尚、時刻ｔ_ｎ〜ｔ_ｎ＋１間でも同様の処理を行っている。 Oversampling section 39-3a, for fine signals obtained from the angular compounding unit 37-2, as shown in FIG. 10, between times _{t n -1~t} n, usually one measurement _{(t n} on axis "△" When obtaining the single measurement) data at the position, eight measurements in the "○" position between normally 8 measurements (t _n -1~t _n, obtains the 8 times oversampling) data , It has a function to acquire excess measurement data (fine signal excess measurement data). As described above, the oversampling in this embodiment is set to 8 times the normal sampling. This setting is obtained as a result of repeated evaluation experiments, and does not preclude changing the setting as necessary. Note that by performing the same processing in between times _t n _~t n +1.

平均角度算出処理部３９−４ａは、オーバーサンプリング部３９−３ａから得た微信号測定データから平均角度Ｘｍを算出処理する機能を有している。異常データ検出部３９−５ａは、微信号測定データの平均角度Ｘｍのうち、所定範囲を逸脱した異常データを検出する機能を有している。異常データ排除部３９−６ａは、異常データ検出部３９−５ａが検出した異常データを排除する機能を有している。補間処理部３９−７ａは、測定データ及び超過測定データから異常データの代わりに選択したデータを補間する機能を有している。補間済み微信号出力部３９−８ａは、補間済み微信号を出力する機能を有している。   The average angle calculation processing unit 39-4a has a function of calculating the average angle Xm from the fine signal measurement data obtained from the oversampling unit 39-3a. The abnormal data detection unit 39-5a has a function of detecting abnormal data that deviates from a predetermined range in the average angle Xm of the fine signal measurement data. The abnormal data exclusion unit 39-6a has a function of eliminating abnormal data detected by the abnormal data detection unit 39-5a. The interpolation processing unit 39-7a has a function of interpolating data selected instead of abnormal data from measurement data and excess measurement data. The interpolated fine signal output unit 39-8a has a function of outputting the interpolated fine signal.

異常データ検出部３９−５ａは、検出信号の実測値から成るサンプリング曲線（図１０）を受け、粗信号及び微信号のそれぞれについて、異常データの検出を行う。測定データが、平均値Ｘｍの上限Ｘｍ＋ε及び下限Ｘｍ−εの範囲（所定範囲）を逸脱した場合のサンプリング曲線を図１１に示す。その結果、サンプリング曲線の突出部分が、異常データ検出部３９−５ａによって検出され、検出された異常データは、異常データ排除部３９−６ａによって排除される。微信号処理系の構成は上述したとおりであるが、微信号処理系と粗信号処理系とは、微信号と粗信号の違いこそあれ基本的に同じ機能を有している。この点は前述したとおりである。したがって、上記微信号処理系についての説明は、微信号の代わりに粗信号とすることで、そのまま粗信号処理系にも該当する。   The abnormal data detection unit 39-5a receives a sampling curve (FIG. 10) made up of actually measured values of the detection signal, and detects abnormal data for each of the coarse signal and the fine signal. FIG. 11 shows a sampling curve when the measured data deviates from the range (predetermined range) of the upper limit Xm + ε and the lower limit Xm−ε of the average value Xm. As a result, the protruding portion of the sampling curve is detected by the abnormal data detection unit 39-5a, and the detected abnormal data is eliminated by the abnormal data exclusion unit 39-6a. Although the configuration of the fine signal processing system is as described above, the fine signal processing system and the coarse signal processing system basically have the same function regardless of the difference between the fine signal and the coarse signal. This point is as described above. Therefore, the description of the fine signal processing system corresponds to the coarse signal processing system as it is by using a coarse signal instead of the fine signal.

補間処理部３９−７ａ，３９−７ｂは、測定データから排除した異常データの代わりに、例えば、当該排除した異常データの直前または直後の測定データを基に、所定のデータ列を選択し、当該データ列の平均値を求める。排除により抜けた分を、当該平均値で補うことにより、オーバーサンプリングした効果を最大限に引き出すことができるからである。   The interpolation processing units 39-7a and 39-7b select a predetermined data string based on the measurement data immediately before or after the excluded abnormal data, for example, instead of the abnormal data excluded from the measurement data, Find the average value of the data column. This is because the effect of oversampling can be maximized by supplementing the amount lost by the exclusion with the average value.

また、上記補間手法とは異なる補間手法として、平均データによるものがある。すなわち、異常データの実測値が所定範囲の上限Ｘｍ＋ε及び下限Ｘｍ―εを逸脱した場合、補間処理部３９−７ａ（補間処理部３９−７ｂ）は、異常データの発生時刻をｔiとすると、直前のｔi−１及び直後のｔi＋１のデータの平均値（ｔi−１のデータ＋直後のｔi＋１のデータ）／２で簡単に演算して即座に補間することが可能である。このようにして、予測値の予測関数（ｙ＝ａｘ＋ｂの一次関数（ａ、ｂは、定数で、横軸ｘは時間、縦軸ｙは角度））が、サンプリング曲線を補間する結果、非常に高精度のデータが測定されることになる。   Further, an interpolation method different from the above interpolation method is based on average data. That is, when the measured value of the abnormal data deviates from the upper limit Xm + ε and the lower limit Xm−ε of the predetermined range, the interpolation processing unit 39-7a (interpolation processing unit 39-7b) It is possible to simply calculate and average the average value of ti-1 and ti + 1 immediately after (ti-1 data + immediately subsequent ti + 1 data) / 2. In this way, the prediction function of the prediction value (a linear function of y = ax + b (a and b are constants, the horizontal axis x is time, the vertical axis y is an angle)) interpolates the sampling curve, and as a result, High precision data will be measured.

絶対角度演算変換部３９−９は、補間済み微信号出力部３９−８ａが出力する補間済み微信号と、補間済み粗信号出力部３９−８ｂが出力する補間済み粗信号を演算し、この演算結果に基づいてステアリングシャフトの絶対角度を演算する機能を有している。すなわち、補間済み微信号及び補間済み粗信号は、いずれも絶対角度演算変換部３９−９に入力され、そこで両信号は、ステアリングシャフトの絶対角度に変換される。演算されたステアリングシャフト回転角度は、ＴＸラインを介してＣＡＮトランシーバー４４に送出される。   The absolute angle calculation conversion unit 39-9 calculates the interpolated fine signal output from the interpolated fine signal output unit 39-8a and the interpolated coarse signal output from the interpolated coarse signal output unit 39-8b. It has a function of calculating the absolute angle of the steering shaft based on the result. That is, both the interpolated fine signal and the interpolated coarse signal are input to the absolute angle calculation conversion unit 39-9, where both signals are converted into the absolute angle of the steering shaft. The calculated steering shaft rotation angle is sent to the CAN transceiver 44 via the TX line.

本発明の実施形態における舵角センサは、上述した実施例に限定されず、様々な変形・修正が考えられる。例えば、測定データの補間の際、予想値の予測関数が、一次関数の直線で近似するのに限定されず、予測関数が、２次以上の多項式の曲線に近似して補間しても良い。この場合、異常データの個数が多いときに有益で、最小二乗法やスプライン近似等により、予想値の予測関数（近似関数）を求めて補間されたサンプリング曲線を得ることにより、高精度化を図ることも可能である。   The rudder angle sensor in the embodiment of the present invention is not limited to the above-described examples, and various modifications and corrections are conceivable. For example, when the measurement data is interpolated, the prediction function of the predicted value is not limited to being approximated by a straight line of a linear function, and the prediction function may be interpolated by approximating a quadratic or higher-order polynomial curve. In this case, it is useful when the number of abnormal data is large, and high accuracy is achieved by obtaining a prediction function (approximation function) of an expected value and obtaining an interpolated sampling curve by the least square method or spline approximation. It is also possible.

本実施形態における舵角センサの取付位置の概略を示すための斜視図である。It is a perspective view for showing the outline of the attachment position of the rudder angle sensor in this embodiment. 本実施形態における舵角センサの平面図である。It is a top view of the rudder angle sensor in this embodiment. 図２に示す舵角センサの支持基板を取り外した状態の平面図である。It is a top view of the state which removed the support substrate of the rudder angle sensor shown in FIG. 本実施形態における舵角センサの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the rudder angle sensor in this embodiment. 図２に示す舵角センサのＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing of the rudder angle sensor shown in FIG. 本実施形態における舵角センサの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of the rudder angle sensor in this embodiment. 本実施形態における微信号を示すグラフである。It is a graph which shows the fine signal in this embodiment. 本実施形態における粗信号を示すグラフである。It is a graph which shows the rough signal in this embodiment. 本実施形態における演算機構及びその周辺を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the calculation mechanism in this embodiment, and its periphery. 図９の一対のオーバーサンプリング部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a pair of oversampling part of FIG. 図９の一対の異常データ検出部及び一対の異常データ排除部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a pair of abnormal data detection part and a pair of abnormal data exclusion part of FIG.

１ 舵角センサ
３ ケーシング
３ａ 底部
３ｂ 周壁部
３ｃ 内側リブ
３ｄ 外側リブ
３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ 連結リブ
３ｊ，３ｋ 取付突片
３ｐ 収納体
４ シャフト孔
５ 支持基板
５ａ 対向面
５ｂ 取付面
５ｈ 支持孔
７ 回転リング（主動ギア）
７ａ 環状フランジ部
７ｂ 環状壁部
７ｃ 段部
７ｇ ギア部
７ｈ 中空部
９ 固定リング
１０ 環状空間
１２ 従動ギア
１２ｐ 支持ピン
１５ 検出手段
１７ 測定用小径ギア
１９ 微信号用ギア
２０ 伝達用小径ギア
２１ 円盤磁石
２３ 中間大径ギア
２３ｐ 支持ピン
２５ 中間小径ギア
３１ 検知回路
３３，３５ ホール素子
３７ 角度変換回路
３９ ＭＰＵ
４４ トランシーバー
４５ｐ ポテンショメータ
４５ 検出手段
４５ｇ 粗信号用ギア
１０１ ハンドル
１０３ ステアリングコラム
１０５ ステアリングシャフト DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering angle sensor 3 Casing 3a Bottom part 3b Circumferential wall part 3c Inner rib 3d Outer rib 3e, 3f, 3g, 3h Connection rib 3j, 3k Mounting protrusion 3p Storage body 4 Shaft hole 5 Support board 5a Opposing surface 5b Mounting surface 5h Support hole 7 Rotating ring (Main gear)
7a annular flange part 7b annular wall part 7c step part 7g gear part 7h hollow part 9 fixing ring 10 annular space 12 driven gear 12p support pin 15 detection means 17 small diameter gear for measurement 19 fine signal gear 20 small diameter gear for transmission 21 disc magnet 23 Intermediate large-diameter gear 23p Support pin 25 Intermediate small-diameter gear 31 Detection circuit 33, 35 Hall element 37 Angle conversion circuit 39 MPU
44 Transceiver 45p Potentiometer 45 Detection means 45g Coarse signal gear 101 Handle 103 Steering column 105 Steering shaft

Claims (2)

ステアリングシャフトに取り付け、当該ステアリングシャフトの絶対角度を測定するための舵角センサであって、
当該ステアリングシャフトと連動して可逆回転する主動ギアと、
当該主動ギアと連動して回転する微信号用ギアの回転角度を検出する第１検出手段と、
当該主動ギアと連動して回転する粗信号用ギアの回転角度を検出する第２検出手段と、を備え、
当該第１検出手段は、検出した当該微信号用ギアの回転角度を示す微信号を出力する、ホール素子及び磁石を含めて構成してあり、
当該第２検出手段は、検出した当該粗信号用ギアの回転角度を示す粗信号を出力するポテンショメータを含めて構成してあり、
前記微信号用ギアは、前記主動ギアに対して増速回転するとともに、
前記粗信号用ギアは、前記主動ギアに対して減速回転することにより、
前記第１検出手段と前記第２検出手段の２つから、絶対角度を演算する演算機構を、さらに含めて構成してあり、
前記演算機構は、微信号用ギアの回転角度をθｂ、粗信号から換算した主動ギアの回転角度をθｃ、前記主動ギアと前記微信号用ギアとのギア比をｍとし、[θｃ−｛θｂ／ｍ±（３６０／ｍ）×ｎ｝]の絶対値を最小とするような整数をｎとした場合に、絶対角度θａが、θａ＝θｂ／ｍ±（３６０／ｍ）×ｎで与えられる
ことを特徴とする舵角センサ。 A steering angle sensor for attaching to a steering shaft and measuring an absolute angle of the steering shaft,
A main gear that reversibly rotates in conjunction with the steering shaft;
First detection means for detecting a rotation angle of a fine signal gear rotating in conjunction with the main driving gear;
Second detection means for detecting the rotation angle of the coarse signal gear rotating in conjunction with the main driving gear,
The first detection means includes a Hall element and a magnet that outputs a fine signal indicating the detected rotation angle of the fine signal gear,
The second detecting means, Ri Thea configured including potentiometer for outputting a coarse signal indicating the rotation angle of the detected the coarse signal gear,
The fine signal gear rotates at a higher speed than the main driving gear,
The coarse signal gear is decelerated and rotated with respect to the main gear,
A calculation mechanism for calculating an absolute angle from the first detection unit and the second detection unit is further included.
The calculation mechanism is such that the rotation angle of the fine signal gear is θb, the rotation angle of the main drive gear converted from the coarse signal is θc, and the gear ratio between the main drive gear and the fine signal gear is m, and [θc− {θb / M ± (360 / m) × n}] where n is an integer that minimizes the absolute value, the absolute angle θa is given by θa = θb / m ± (360 / m) × n A steering angle sensor characterized by that. 前記演算機構は、前記微信号及び前記粗信号のうち、少なくとも当該微信号から複数回、前記絶対角度θａの超過測定を行い当該超過測定データを出力するオーバーサンプリング部と、
当該オーバーサンプリング部が当該超過測定を行い当該超過測定データを出力する時に前記θａの異常データを検出・排除する異常データ検出・排除部と、
当該超過測定データの中から任意にデータを選択し、または、当該任意に選択したデータから更に平均値を算出し、前記排除した異常データの代わりに、当該任意に選択したデータ、または、当該平均値、を補間する補間処理部とを含めて構成してある
ことを特徴とする、請求項１に記載の舵角センサ。 The calculation mechanism includes an oversampling unit that performs an excess measurement of the absolute angle θa at least a plurality of times from the fine signal and outputs the excess measurement data among the fine signal and the coarse signal;
An abnormal data detection / exclusion unit that detects and eliminates abnormal data of θa when the oversampling unit performs the excess measurement and outputs the excess measurement data;
Data is arbitrarily selected from the excess measurement data, or an average value is further calculated from the arbitrarily selected data, and the arbitrarily selected data or the average is used instead of the excluded abnormal data. wherein the value, the are constructed by including an interpolation processing unit for interpolating, the steering angle sensor according to claim 1.

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