JP4797721B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は回転角度検出装置に関する。
従来、検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置が知られている。回転角度検出装置は、例えば内燃機関用点火装置に搭載されて、検出対象としてのクランクの角度を検出する。この回転角度検出装置が故障すると、内燃機関が誤動作する等の問題がある。このような問題を解決するために、異常検出機能を有する回転角度検出装置が提案されている。
例えば特許文献１には、異常検出機能を有する、電動パワーステアリング装置用の回転角度検出装置が開示されている。特許文献１に記載の回転角度検出装置は、ステアリングシャフト駆動用の電動モータの回転角度を検出するモータ回転角センサと、検出対象としてのステアリングシャフトの操舵角度を検出するための操舵角センサとを備えている。そして、モータ回転角センサの検出結果であるモータ回転角度と、操舵角センサの検出結果である操舵角度とを比較することにより、両者の検出結果が示すステアリングシャフトの回転角度が異なることを異常状態として検出している。
しかしながら、このような回転角度検出装置では、操舵角センサのように検出対象の回転角度を検出するセンサに加えて、モータ回転角センサのように異常検出機能用のセンサを備える必要があるため、部品点数が増大するという問題がある。
特開２００２−１０４２１１号公報
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、異常検出機能を有する部品点数の少ない回転角度検出装置を提供することを目的とする。
請求項１、２に記載の発明によれば、検出対象の回転角度を検出するための複数の磁気検出素子が出力する出力信号から、それらの出力信号が正常値であれば一定値となる判定値を生成し、その判定値が一定値を含む所定範囲外の値であることを異常状態として検出する。すなわち、従来の異常検出機能を有する回転角度検出装置のように異常検出用のセンサを備えることなく、回転角度検出装置の異常状態を検出することができるため、異常検出機能を有する回転角度検出装置の部品点数を削減することができる。
請求項１に記載の発明によれば、２つの磁気検出素子の出力信号から、検出対象の回転方向に互いに９０°回転して配置された場合に２つの磁気検出素子が出力する出力信号に相当するｓｉｎとｃｏｓの関係を有する２つの変換信号を生成するため、これらの変換信号をそれぞれ自乗し、自乗した２つの変換信号を加算することにより、３６０°の角度範囲で一定値となる判定値を生成することができる。すなわち、回転角度検出装置を構成する磁気検出素子の配置に関わらず、３６０°の範囲の回転角度を検出可能な異常検出機能を有する回転角度検出装置の部品点数を削減することができる。
請求項２に記載の発明によれば、２つの磁気検出素子の出力信号から、検出対象の回転方向に互いに９０°回転して配置された場合に２つの磁気検出素子が出力する出力信号に相当するｓｉｎとｃｏｓの関係を有する２つの変換信号を生成するため、これらの変換信号の一方を他方より奇数回多く微分し、微分後の「ｓｉｎと±ｓｉｎの関係又はｃｏｓと±ｃｏｓの関係を有する」２つの変換信号を加算又は減算することにより、３６０°の角度範囲で０を示す判定値を生成することができる。すなわち、回転角度検出装置を構成する磁気検出素子の配置に関わらず、３６０°の範囲の回転角度を検出可能な異常検出機能を有する回転角度検出装置の部品点数を削減することができる。
ところで、回転角度検出装置の故障率を低減したり、回転角度検出装置の平均故障間隔を延長する等、回転角度検出装置の信頼性を高めることも求められている。以下、回転角検出装置の信頼性が高まるとは、回転角度検出装置の故障率が低くなったり、平均故障間隔が長くなることを意味するものとする。
請求項３、４に記載の発明によれば、複数の磁気検出素子の中から選択された２つの磁気検出素子を組み合わせてなる素子群を設定し、素子群毎に角度候補を生成する。ここで角度候補とは、対応する素子群に含まれる２つの磁気検出素子の出力がともに正常である（以下、素子群が正常であるという。）場合、検出対象の回転角度を示し、対応する素子群に含まれる２つの磁気検出素子の少なくとも一方の出力信号に異常がある場合、検出対象の回転角度と異なる角度を示す値のことである。
そして請求項３、４に記載の発明によれば、素子群毎に生成した判定値に基づいて複数の素子群の中から正常な素子群を検出し、複数の角度候補の中から正常な素子群に対応する角度候補を選択して出力する。したがって、複数の素子群の中に正常な素子群が少なくとも１つあれば、複数の磁気検出素子の一部が正常に機能していなくても、検出対象の回転角度を検出することができるため、回転角度検出装置の信頼性を高めることができる。
請求項５、６に記載の発明によれば、複数の磁気検出素子の中から選択された２つの磁気検出素子を組み合わせてなる素子群の中から正常な素子群を検出し、正常な素子群に含まれる２つの磁気検出素子の出力信号から検出対象の回転角度を生成する。そのため複数の素子群の中に正常な素子群が少なくとも１つあれば、複数の磁気検出素子の一部が正常に機能していなくても、検出対象の回転角度を検出することができるため、回転角度検出装置の信頼性を高めることができる。検出対象の回転角度を生成するための磁気検出素子は同一の素子群に含まれる２つの磁気検出素子でもよいし、互いに異なる２つの素子群に１つずつ含まれる磁気検出素子でもよい。
請求項３および５に記載の発明によれば、同一の素子群に含まれる２つの磁気検出素子の出力信号から、検出対象の回転方向に互いに９０°回転して配置された場合に２つの磁気検出素子が出力する出力信号に相当するｓｉｎとｃｏｓの関係を有する２つの変換信号を生成し、その２つの変換信号をそれぞれ自乗し、自乗した２つの変換信号を加算することにより、３６０°の角度範囲で一定値を示す判定値を生成することができる。
請求項４および６に記載の発明によれば、同一の素子群に含まれる２つの磁気検出素子の出力信号から、検出対象の回転方向に互いに９０°回転して配置された場合に２つの磁気検出素子が出力する出力信号に相当するｓｉｎとｃｏｓの関係を有する２つの変換信号を生成し、その２つの前記変換信号の一方を他方より奇数回多く微分し、微分後の２つの前記変換信号を加算又は減算することにより、３６０°の角度範囲で０を示す判定値を生成することができる。
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、又はそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
以下、本発明の複数の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図２は本発明の第１実施形態による回転角度検出装置を示す模式図である。
本発明の第１実施形態による回転角度検出装置１は、クランクシャフトや車輪軸等の検出対象の回転角度に相関する電気信号を出力する装置である。回転角度検出装置１は、円筒状のヨーク２０、平行磁界を形成する一対の永久磁石２２、２４、ホール素子３０、３１、支持部材５０、ＥＣＵ９０等から構成されている。
ヨーク２０と永久磁石２２と永久磁石２４は磁界発生手段であり、検出対象とともに回転する。永久磁石２２と永久磁石２４はともに円弧状に形成されており、ヨーク２０の内周壁に固定されている。永久磁石２２と永久磁石２４は、互いに１８０°反対側に配置され、略平行で磁束密度が略均一な磁界を形成する。
磁気検出素子としてのホール素子３０とホール素子３１は、検出対象の回転方向に互いに９０°の角度を形成した配置で、検出対象の回転とともに回転しない支持部材５０に固定されている。この結果、検出対象の回転により、ホール素子３０とホール素子３１はヨーク２０と永久磁石２２、２４に対して相対的に回転する。そして永久磁石２２、２４に対する相対的な回転により相対的に変化する磁界に応じて、ホール素子３０とホール素子３１は互いに９０°の位相差を有する電気信号を出力する。尚、磁気検出素子はホール素子３０、３１に限定されない。例えば磁気検出素子は、異方性磁気抵抗素子や巨大磁気抵抗素子等の磁気抵抗素子でもよい。また、ホール素子３０、３１は定電流駆動してもよいし、定電圧駆動してもよい。
ＥＣＵ９０は、回転角度検出プログラムを記憶したフラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、回転角度検出プログラムや各種のデータを一時的に記憶する揮発性メモリ、揮発性メモリに展開した回転角度検出プログラムを実行するＣＰＵ等から構成されている。
検出対象が回転すると、ホール素子３０とホール素子３１はそれぞれ正弦波形の電圧である出力信号１００と出力信号１０１とを出力する（図３（Ａ）参照）。上述したようにホール素子３０の出力信号とホール素子３１の出力信号は互いに９０°の位相差を有している。すなわち、出力信号１００と出力信号１０１はｓｉｎとｃｏｓの関係を有している。したがって検出対象の回転角度をθ、ホール素子３０の出力信号１００をＶ１、ホール素子３１の出力信号１０１をＶ２、ホール素子３０、３１の感度により決定される係数をｋ、永久磁石２２、２４が形成する磁界の磁束密度をＢ、ホール素子３０、３１に供給する定電流をＩとすると、Ｖ１、Ｖ２は次式（１）、（２）で示される。
Ｖ１＝ｋＢＩ・ｓｉｎθ ・・・（１）
Ｖ２＝ｋＢＩ・ｓｉｎ（θ−９０）＝−ｋＢＩ・ｃｏｓθ・・・（２）
ＥＣＵ９０は、出力信号１００、１０１に基づいて検出対象の回転角度を検出する。具体的にはＥＣＵ９０は、出力信号１００、１０１に対して以下に説明する処理を施すことにより、検出対象の回転角度を検出する。回転角度検出処理は、ＥＣＵ９０のＣＰＵが回転角度検出プログラムを実行することにより実行される。回転角度検出プログラムは、回転角度検出装置１の作動中、常時実行されている。
まず、ＥＣＵ９０はＶ１とＶ２の比からｔａｎθを算出する（次式（３）参照）。次に、ＥＣＵ９０は、逆正接演算により演算角度を算出する（次式（４）参照）。図３（Ｂ）に示すように演算角度１１０の周期は１８０°である。
−Ｖ１／Ｖ２＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ ・・・（３）
θ＝ａｒｃｔａｎ（−Ｖ１／Ｖ２） ・・・（４）
次に、ＥＣＵ９０は、図４に示すようにＶ１とＶ２の符号を判定することにより、３６０°の角度範囲内における検出対象の回転角度位置を識別する。そしてＥＣＵ９０は、識別した検出対象の回転角度位置に基づいて演算角度１１０にオフセット角度を加えて結合することにより、回転角度１２０を検出する（図３（Ｃ）参照）。
ところが、ホール素子３０、３１の故障やホール素子３０、３１とＥＣＵ９０とを接続する配線の断線等により、出力信号１００、１０１のいずれか一方又は両方が異常な値を示すと、回転角度検出装置１は、実際の検出対象の回転角度と異なる回転角度を検出する。そこで回転角度検出装置１は、検出対象の回転角度を検出するとともに上述したような異常状態を検出する。
以下、回転角度検出装置１の異常検出処理について説明する。異常検出処理は、ＥＣＵ９０のＣＰＵが回転角度検出プログラムに含まれる異常検出モジュールを実行することにより実行される。このときのＥＣＵ９０は請求項に記載の「異常検出手段」として機能する。尚、ＥＣＵ９０のＣＰＵは、回転角度検出プログラムとは別の異常検出プログラムを実行することにより異常検出処理を実行してもよい。
まず、ＥＣＵ９０は、出力信号１００と出力信号１０１とをそれぞれ自乗して、それらを加算することにより判定値Ｄ１を算出する（図１に示すＳ１００、次式（５）、（６）参照）。
Ｄ１＝Ｖ１2＋Ｖ２2＝Ｔ１（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）・・・（５）
Ｔ１＝ｋ2Ｂ2Ｉ2 ・・・（６）
この判定値Ｄ１は、出力信号１００、１０１が正常な値であれば、３６０°の角度範囲において一定の理論値Ｔ１を示し（図５参照）、出力信号１００、１０１が異常な値であるとき理論値Ｔ１と異なる値を示す。
次に、ＥＣＵ９０は、上述のようにして算出した判定値Ｄ１と理論値Ｔ１とを比較することにより、回転角度検出装置１の異常状態を検出する。具体的にはＥＣＵ９０は、判定値Ｄ１が理論値Ｔ１を含む所定範囲（図５に示す斜線部参照）外の数値であることを回転角度検出装置１の異常状態として検出する（図１に示すＳ１０２参照）。尚、理論値Ｔ１は、例えばＥＣＵ９０のフラッシュメモリ等に格納しておけばよい。
そしてＥＣＵ９０は、異常状態を検出すると、異常状態を表示する等の所定の異常処理を実行する（図１に示すＳ１０４参照）。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による回転角度検出装置２の構成は本発明の第１実施形態による回転角度検出装置１と実質的に同一である。
以下、回転角度検出装置２の異常検出処理について説明する。
まず、ＥＣＵ９０は、出力信号１００を微分し、微分後の出力信号１００と出力信号１０１を加算することにより、判定値Ｄ２を算出する（図６に示すＳ２００、次式（７）参照）。尚、出力信号１００はアナログ微分してもよいし、ディジタル微分してもよい。
Ｄ２＝Ｖ１’＋Ｖ２＝ｋＢＩ・（ｃｏｓθ−ｃｏｓθ）＝０ ・・・（７）
この判定値Ｄ２は、出力信号１００、１０１が正常な値であれば、３６０°の角度範囲において０を示し（図７参照）、出力信号１００、１０１が異常な値であるとき０と異なる値を示す。
次に、ＥＣＵ９０は、判定値Ｄ２が理論値である０を含む所定範囲（図７に示す斜線部参照）外の数値であることを回転角度検出装置２の異常として検出する（図６に示すＳ２０２参照）。
そしてＥＣＵ９０は、異常状態を検出すると、所定の異常処理を実行する（図６に示すＳ２０４参照）。
（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態による回転角度検出装置を示す模式図である。
本発明の第３実施形態による回転角度検では、ホール素子３０、３１が検出対象の回転方向に互いに９０°の角度を形成していない。そのため、ホール素子３０の出力信号３００とホール素子３１の出力信号３０１はｓｉｎとｃｏｓの関係を有していない。具体的には、図８に示すＸ軸に対してホール素子３０、３１がなす角度をそれぞれθ１、θ２とし、出力信号３００、３０１をそれぞれＶｓ１、Ｖｓ２とすると、Ｖｓ１、Ｖｓ２は次式（８）、（９）で示される。
Ｖｓ１＝ｋＢＩ・ｓｉｎ（θ＋θ１） ・・・（８）
Ｖｓ２＝ｋＢＩ・ｓｉｎ（θ＋θ２） ・・・（９）
このように出力信号３００と出力信号３０１がｓｉｎとｃｏｓの関係を有していないため、回転角度検出装置３では、第１実施形態や第２実施形態において説明した判定値の算出方法を用いて、判定値Ｄ１や判定値Ｄ２を生成することができない。
そこで回転角度検出装置３では、出力信号３００、３０１をそれぞれ変換信号に変換し、２つの変換信号から判定値Ｄ１や判定値Ｄ２を算出する。ここで変換信号とは、ホール素子３０、３１が検出対象の回転方向に互いに９０°の角度を形成して配置された場合に、ホール素子３０、３１が出力する電気信号、すなわちｓｉｎとｃｏｓの関係を有する電気信号である。
図９は、ホール素子の出力信号と変換信号の関係を示す模式図である。図９は、図８に示すθ１とθ２がそれぞれ４０°と６０°である場合の出力信号３００、３０１、変換信号３１０、３１１を示している。
ＥＣＵ９０は、次式（１０）、（１１）の演算により、出力信号３００、３０１から変換信号３１０、３１１を生成する。次式（１０）、（１１）では、２つの変換信号をそれぞれＶｃ１、Ｖｃ２とする。
Ｖｃ１＝Ｖｓ１・ｓｉｎθ２−Ｖｓ２・ｓｉｎθ１・・・（１０）
Ｖｃ２＝Ｖｓ１・ｃｏｓθ２−Ｖｓ２・ｃｏｓθ１・・・（１１）
このようにして出力信号３００、３０１から生成した変換信号３１０、３１１は、図９に示すようにｓｉｎとｃｏｓの関係を有している。この結果、ＥＣＵ９０は、第１実施形態において説明した判定値の算出方法又は第２実施形態において説明した判定値の算出方法を用いることにより、変換信号から判定値Ｄ１又は判定値Ｄ２を算出することができる。
（第４実施形態）
図１０は、本発明の第４実施形態による回転角度検出装置を示す模式図である。
本発明の第４実施形態による回転角度検出装置４は３つのホール素子４３１〜４３３を備えている。回転角度検出装置４の各構成要素は、ホール素子４３１〜４３３を除き、上記複数の実施形態による回転角度検出装置の対応する構成要素と実質的に同一である。
ホール素子４３１〜４３３は、検出対象の回転方向に互いに所定角度をなして配置されている。具体的にはホール素子４３１〜４３３は、例えば図１０に示すＸ軸に対してそれぞれ０°、３０°、６０°をなして配置されている。
回転角度検出装置４では、ホール素子４３１〜４３３の中から選択された２つのホール素子からなる素子群が複数設定されている。具体的には図１１に示すように、ホール素子４３１とホール素子４３２とからなる素子群４４１と、ホール素子４３２とホール素子４３３とからなる素子群４４２と、ホール素子４３３とホール素子４３１とからなる素子群４４３とが設定されている。すなわち、回転角度検出装置４では３つのホール素子から２つのホール素子を選択する全ての組み合わせについて素子群が設定されている。これらの素子群は後述する回転角度検出処理において一つの基本的な被処理単位とされる。
図１２は、回転角度検出装置４の回転角度検出処理の流れを示すフローチャートである。図１３は、回転角度検出処理におけるホール素子の出力信号と変換信号と判定値との関係を説明するための模式図である。
回転角度検出処理は、ＥＣＵ９０のＣＰＵが回転角度検出プログラムを実行することにより実行される。このときのＥＣＵ９０は請求項に記載の「正常検出手段」及び「出力手段」として機能する。
まず、第３実施形態と同様の処理により、素子群毎に、同一の素子群に含まれる２つのホール素子の出力信号から一組の変換信号を生成する（図１２に示すＳ４００参照）。具体的にはＥＣＵ９０は、次式（１２）〜（１７）の演算により、素子群４４１に含まれるホール素子４３１及びホール素子４３２の出力信号から変換信号Ｖｃ１１及び変換信号Ｖｃ１２を生成し、素子群４４２に含まれるホール素子４３２及びホール素子４３３の出力信号から変換信号Ｖｃ２１及び変換信号Ｖｃ２２を生成し、素子群４４３に含まれるホール素子４３３及びホール素子４３１の出力信号から変換信号Ｖｃ３１及び変換信号Ｖｃ３２を生成する。この結果、３つの素子群にそれぞれ対応する３組の変換信号が生成される。
Ｖｃ１１＝ｋ（Ｖｓ１・ｓｉｎθ２−Ｖｓ２・ｓｉｎθ１）・・・（１２）
Ｖｃ１２＝ｋ（Ｖｓ１・ｃｏｓθ２−Ｖｓ２・ｃｏｓθ１）・・・（１３）
Ｖｃ２１＝ｌ（Ｖｓ２・ｓｉｎθ３−Ｖｓ３・ｓｉｎθ２）・・・（１４）
Ｖｃ２２＝ｌ（Ｖｓ２・ｃｏｓθ３−Ｖｓ３・ｃｏｓθ２）・・・（１５）
Ｖｃ３１＝ｍ（Ｖｓ３・ｓｉｎθ１−Ｖｓ１・ｓｉｎθ３）・・・（１６）
Ｖｃ３２＝ｍ（Ｖｓ３・ｃｏｓθ１−Ｖｓ１・ｃｏｓθ３）・・・（１７）
式（１２）〜（１７）において、Ｖｓ１〜Ｖｓ３はそれぞれホール素子４３１〜４３３の出力信号を示し、θ１〜θ３はそれぞれホール素子４３１〜ホール素子４３３がＸ軸（図１０参照）に対してなす角度を示している。またｋ、ｌ、ｍは、変換信号Ｖｃ１１〜Ｖｃ３２の振幅を調整するための定数である。
次に、各組の変換信号から判定値を生成する（図１２に示すＳ４０２参照）。具体的にはＥＣＵ９０は、第１実施形態において説明した判定値の算出方法又は第２実施形態において説明した判定値の算出方法を用いて、各組の変換信号から判定値を生成する。より具体的には、ＥＣＵ９０は、例えば次式（１８）〜（２０）の演算により、変換信号Ｖｃ１１及び変換信号Ｖｃ１２から判定値Ｄ３１を生成し、変換信号Ｖｃ２１及び変換信号Ｖｃ２２から判定値Ｄ３２を生成し、変換信号Ｖｃ３１及び変換信号Ｖｃ３２から判定値Ｄ３３を生成する。
Ｄ３１＝Ｖｃ１１2＋Ｖｃ１２2・・・（１８）
Ｄ３２＝Ｖｃ２１2＋Ｖｃ２２2・・・（１９）
Ｄ３３＝Ｖｃ３１2＋Ｖｃ３２2・・・（２０）
ここで、同一の素子群に含まれる２つのホール素子の出力信号がともに正常である（以下、素子群が正常であるという。）場合、それらの出力信号から生成される一組の変換信号はｓｉｎとｃｏｓの関係を有する。この結果、その素子群に対応する判定値は理論値Ｔ３を含む所定範囲内の数値となる。ところが、同一の素子群に含まれる２つのホール素子の出力信号の少なくとも一方に異常がある（以下、素子群が異常であるという。）場合、それらの出力信号から生成される一組の変換信号にはｓｉｎとｃｏｓの関係がないため、その素子群に対応する判定値は理論値Ｔ３を含む所定範囲外の数値となる。
具体的には、図１３（Ａ）に示すようにホール素子４３１及びホール素子４３３の出力信号Ｖｓ１、Ｖｓ３が正常である場合、図１３（Ｂ）に示すように素子群４４３に対応する変換信号Ｖｃ３１及び変換信号Ｖｃ３２はｓｉｎとｃｏｓの関係を有し、図１３（Ｃ）に示すように判定値Ｄ３３は理論値Ｔ３を含む所定範囲内の数値となる。ところが、図１３（Ａ）に示すようにホール素子４３２が正常に機能せずホール素子４３２の出力信号Ｖｓ２が検出対象の回転角度によらず０Ｖの場合、図１３（Ｄ）に示すように素子群４４１に対応する変換信号Ｖｃ１１及びＶｃ１２にも、素子群４４２に対応する変換信号Ｖｃ２１及びＶｃ２２にもｓｉｎとｃｏｓの関係がない。この結果、図１３（Ｅ）に示すように判定値Ｄ３１及び判定値Ｄ３２は理論値Ｔ３を含む所定範囲外の数値となる。
次に、第１実施形態と同様にして、複数の判定値に基づいて異常検出を行う（図１２に示すＳ４０４参照）。具体的にはＥＣＵ９０は、例えば１つ以上の判定値が理論値Ｔ３を含む所定範囲外の数値であることを回転角度検出装置４の異常状態として検出する。
次に、各組の変換信号から角度候補を生成する（図１２に示すＳ４０６参照）。具体的にはＥＣＵ９０は、第1実施形態におけるホール素子の出力信号から検出対象の回転角度を生成する処理と同様にして、一組の変換信号の比の逆正接演算により演算角度を算出し、演算角度に変換信号の符号に応じたオフセットを加えることにより、各組の変換信号から角度候補を生成する。より具体的にはＥＣＵ９０は、変換信号Ｖｃ１１及び変換信号Ｖｃ１２に基づいて角度候補Ｃ１を生成し、変換信号Ｖｃ２１及び変換信号Ｖｃ２２に基づいて角度候補Ｃ２を生成し、変換信号Ｖｃ３１及び変換信号Ｖｃ３２に基づいて角度候補Ｃ３を生成する。
次に、複数の判定値に基づいて複数の素子群の中から正常な素子群を検出し（図１２に示すＳ４０８参照）、正常な素子群に対応する一組の変換信号から生成された角度候補を検出対象の回転角度として出力する（図１２に示すＳ４１０参照）。具体的にはＥＣＵ９０は、例えば図１４に示すように判定値を評価することにより、正常な素子群に対応する角度候補を検出対象の回転角度として出力する。
以上説明した回転角度検出処理において、同一の素子群に含まれる２つのホール素子の出力信号から一組の変換信号を生成し、その一組の変換信号から判定値を生成する処理が請求項に記載の「素子群毎に判定値を生成する」ことに相当する。また、同一の素子群に含まれる２つのホール素子の出力信号から一組の変換信号を生成し、その一組の変換信号から角度候補を生成する処理が請求項に記載の「角度候補を素子群毎に生成する」ことに相当する。
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による回転角度検出装置は、回転角度検出処理を除き本発明の第４実施形態による回転角度検出装置４と実質的に同一である。
図１５は、本発明の第５実施形態による回転角度検出装置の回転角度検出処理の流れを示すフローチャートである。この回転角度検出処理は、第４実施形態に係る回転角度検出処理と同様にＥＣＵ９０のＣＰＵが回転角度検出プログラムを実行することにより実行される。このときのＥＣＵ９０は請求項に記載の「正常検出手段」及び「出力手段」として機能する。
まず、第４実施形態と同様にして、素子群毎に変換信号を生成し、それらの変換信号から判定値を生成し、異常検出を行う（図１５に示すＳ５００〜Ｓ５０４参照）。
次に、複数の判定値に基づいて複数の素子群の中から正常な素子群を検出（図１５に示すＳ５０６参照）した後に、その検出結果に応じて正常な素子群に含まれる２つのホール素子の出力信号から検出対象の回転角度を生成して出力する（図１５に示すＳ５０８参照）。具体的にはＥＣＵ９０は、例えば図１６に示すように判定値を評価することにより、１つの正常な素子群に含まれる２つのホール素子の出力信号から検出対象の回転角度を生成して出力する。
以上説明した本発明の上記複数の実施形態では、ホール素子の出力信号に基づく演算だけで、回転角度検出装置の異常を検出することができる。したがって、異常検出用の構成要素を回転角度検出用の構成要素とは別に備える回転角度検出装置と比べて、部品点数を削減することができる。
また、本発明の上記複数の実施形態では、検出角度範囲である３６０°の角度範囲において、ホール素子の出力信号が正常値であれば一定値となる判定値に基づいて、回転角度検出装置の異常状態を検出する。そのため、検出対象の回転角度により変動する判定値に基づいて異常状態を検出する回転角度検出装置と比べて、異常状態の検出精度を高めることができる。
また、本発明の第３実施形態では、ホール素子３０、３１の出力信号３００、３０１をｓｉｎとｃｏｓの関係を有する変換信号３１０、３１１に変換する。この結果、ホール素子３０、３１の配置に関わらず、第１実施形態と同様にして判定値Ｄ１（式（５）、（６）参照）を算出したり、第２実施形態と同様にして判定値Ｄ２（式（７）参照）を算出することができる。
また、本発明の第４実施形態及び第５実施形態では、複数の判定値のうち少なくとも１つの判定値が理論値Ｔ３を含む所定範囲外の数値であることを回転角度検出装置４の異常状態として検出することにより、検出対象の回転角度が検出できなくなる前に異常状態を表示する等の異常処理を実行することができる。
また、本発明の第４実施形態では、素子群毎に角度候補を生成し、複数の角度候補の中から正常な素子群に対応する角度候補を検出対象の回転角度として出力するため、一部のホール素子が正常に機能しなくなったとしても、１つ以上の素子群が正常であれば検出対象の回転角度を検出することができる。特に、複数のホール素子から２つのホール素子を選択する全ての組み合わせについて素子群を設定しているため、２つ以上のホール素子の出力信号が正常であれば、１つ以上の素子群が正常となることで検出対象の回転角度を検出することができる。
また、本発明の第５実施形態では、複数の角度候補の中から正常な素子群を検出し、１つの正常な素子群に含まれるホール素子の出力信号から検出対象の回転角度を生成して出力するため、一部のホール素子が正常に機能しなくなったとしても、１つ以上の素子群が正常であれば検出対象の回転角度を検出することができる。特に、複数のホール素子から２つのホール素子を選択する全ての組み合わせについて素子群を設定しているため、２つ以上のホール素子の出力信号が正常であれば、１つ以上の素子群が正常となることで検出対象の回転角度を検出することができる。
（他の実施形態）
上記複数の実施形態では、磁気検出素子としてホール素子を備えたが、磁気検出素子は磁気抵抗素子でもよい。その場合１つの磁気検出素子による検出角度範囲は９０°となるが、上記複数の実施形態と同様にして、検出角度範囲において磁気抵抗素子の出力信号が正常値であれば一定値となる判定値に基づいて回転角度検出装置の異常状態を検出することができる。
また、本発明の第１実施形態と第２実施形態では、ホール素子３０とホール素子３１は９０°の角度をなして配置されていると説明した。しかし、回転角度検出装置の異常が検出可能であれば、具体的には回転角度検出装置の異常を検出するための理論値を含む数値範囲が判定値に対して設定可能であれば、ホール素子３０とホール素子３１とがなす角度は厳密に９０°でなくてもよい。
また、本発明の第２実施形態では、ホール素子３０の出力信号１００を微分し、微分後の出力信号１００と出力信号１０１を加算することにより、判定値Ｄ２を生成すると説明した。しかし、ｓｉｎとｃｏｓの関係を有する出力信号１００、１０１のいずれか一方を他方より奇数回多く微分又は積分すれば、微分後又は積分後の出力信号１００、１０１はｓｉｎと±ｓｉｎの関係又はｃｏｓと±ｃｏｓの関係を有する。したがって、微分後の出力信号１００、１０１を加算又は微分後の出力信号１００、１０１の一方から他方を減算することにより、判定値Ｄ２と同様に３６０°の範囲で０を示す判定値を生成してもよいし、積分後の出力信号１００、１０１を加算又は積分後の出力信号１００、１０１の一方から他方を減算することにより、判定値Ｄ２と同様に３６０°の範囲で０を示す判定値を生成してもよい。
また、本発明の第４実施形態及び第５実施形態では、３つのホール素子を備えたが、４つ以上のホール素子を備えてもよい。多くの磁気検出素子を備えることにより多くの素子群を設定可能となるため、回転角度検出装置の信頼性を高めることができる。
また、３つのホール素子から２つのホール素子を選択する全ての組み合わせについて素子群を設定したが、一部の組み合わせについて素子群を設定してもよい。この場合であっても、１つ以上の素子群が正常であれば、検出対象の回転角度を検出することができる。
また、本発明の第４実施形態及び第５実施形態では、第１実施形態と同様の処理により判定値を生成したが、第２実施形態と同様の処理により判定値を生成してもよい。
また、変換信号から角度候補又は判定値を生成すると説明したが、同一の素子群に含まれる２つのホール素子が検出対象の回転方向に互いに９０°回転して配置されている場合は、ホール素子の出力信号を変換信号に変換することなく出力信号から角度候補又は判定値を生成してもよい。
また、本発明の第４実施形態及び第５実施形態では、ホール素子の出力信号の位相を互いに異ならせるように３つのホール素子を配置したが、同一の素子群に互いに同位相又は逆位相の出力信号を出力する２つのホール素子が含まれない限り、互いに同位相又は逆位相の出力信号を出力する複数のホール素子を備えてもよい。
また、回転角度検出処理において回転角度検出装置の異常状態を検出したが、異常状態の検出は行わなくてもよい。
また、１つ以上の判定値が理論値Ｔ３を含む所定範囲外の数値であることを回転角度検出装置の異常状態として検出したが、全ての判定値が異常値であることを異常状態と検出してもよいし、所定数の判定値が異常値であることを異常状態と検出してもよい。
また、本発明の第５実施形態では、１つの正常な素子群に含まれる２つのホール素子の出力信号から検出対象の回転角度を生成したが、互いに異なる２つの正常な素子群に１つずつ含まれるホール素子の出力信号から検出対象の回転角度を生成してもよい。
このように本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
第１実施形態による回転角度検出装置の異常検出処理の流れを示すフローチャート。 第１実施形態による回転角度検出装置を示す模式図。 回転角度検出装置の回転角度検出方法を説明するための模式図。 回転角度検出装置の回転角度検出方法を説明するための模式図。 第１実施形態に係る異常検出処理を説明するための模式図。 第２実施形態に係る異常検出処理の流れを示すフローチャート。 第２実施形態に係る異常検出処理を説明するための模式図。 第３実施形態に係るホール素子の出力信号を示す模式図。 第３実施形態に係る出力信号と変換信号の関係を示す模式図。 第４実施形態による回転角度検出装置を示す模式図。 第４実施形態による回転角度検出装置を説明するための模式図。 第４実施形態に係る回転角度検出処理の流れを示すフローチャート。 第４実施形態に係る回転角度検出処理を説明するための模式図。 第４実施形態に係る回転角度検出処理を説明するための模式図。 第５実施形態に係る回転角度検出処理の流れを示すフローチャート。 第５実施形態に係る回転角度検出処理を説明するための模式図。
符号の説明
１、２、３、４：回転角度検出装置、２０：ヨーク（磁界発生手段）、２２、２４：永久磁石（磁界発生手段）、３０、３１、４３１、４３２、４３３：ホール素子（磁気検出素子）、９０：ＥＣＵ（異常検出手段、正常検出手段、出力手段）、１００、１０１、３００、３０１：出力信号、３１０、３１１：変換信号、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３１、Ｄ３２、Ｄ３３：判定値

Claims (6)

  1. 磁界を発生する磁界発生手段と、検出対象の回転により前記磁界発生手段に対して相対的に回転する複数の磁気検出素子とを備え、前記磁気検出素子の前記磁界発生手段に対する相対的な回転により相対的に変化する前記磁界に応じて、複数の前記磁気検出素子が出力する互いに異なる位相差の出力信号に基づいて、前記検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
    複数の前記磁気検出素子が出力する前記出力信号から、前記出力信号が正常値であれば一定値となる判定値を生成し、前記判定値が前記一定値を含む所定範囲外の値であることを異常状態として検出する異常検出手段を備え、
    前記異常検出手段は、２つの前記磁気検出素子の出力信号から、その２つの前記磁気検出素子が前記検出対象の回転方向に互いに９０°回転して配置されていると仮定した場合に２つの前記磁気検出素子が出力する出力信号に相当する２つの変換信号を生成し、２つの前記変換信号をそれぞれ自乗し、自乗した２つの前記変換信号を加算することにより、前記判定値を生成することを特徴とする回転角度検出装置。
  2. 磁界を発生する磁界発生手段と、検出対象の回転により前記磁界発生手段に対して相対的に回転する複数の磁気検出素子とを備え、前記磁気検出素子の前記磁界発生手段に対する相対的な回転により相対的に変化する前記磁界に応じて、複数の前記磁気検出素子が出力する互いに異なる位相差の出力信号に基づいて、前記検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
    複数の前記磁気検出素子が出力する前記出力信号から、前記出力信号が正常値であれば一定値となる判定値を生成し、前記判定値が前記一定値を含む所定範囲外の値であることを異常状態として検出する異常検出手段を備え、
    前記異常検出手段は、２つの前記磁気検出素子の出力信号から、その２つの前記磁気検出素子が前記検出対象の回転方向に互いに９０°回転して配置されていると仮定した場合に２つの前記磁気検出素子が出力する出力信号に相当する２つの変換信号を生成し、２つの前記変換信号の一方を他方より奇数回多く微分し、微分後の２つの前記変換信号を加算又は減算することにより、前記判定値を生成することを特徴とする回転角度検出装置。
  3. 磁界を発生する磁界発生手段と、検出対象の回転により前記磁界発生手段に対して相対的に回転する複数の磁気検出素子とを備え、前記磁気検出素子の前記磁界発生手段に対する相対的な回転により相対的に変化する前記磁界に応じて、複数の前記磁気検出素子が出力する互いに異なる位相差の出力信号に基づいて、前記検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
    複数の前記磁気検出素子の中から選択された２つの前記磁気検出素子を組み合わせてなる素子群が複数設定され、
    同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号から、その２つの出力信号がともに正常値であれば一定値となる判定値を前記素子群毎に生成し、複数の前記素子群の中から同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号がともに正常値である正常な前記素子群を前記判定値に基づいて検出する正常検出手段と、
    同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号に基づいて、前記検出対象の回転角度を示す角度候補を前記素子群毎に生成し、前記正常検出手段により正常な前記素子群として検出された同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号に基づいて生成された前記角度候補を複数の前記角度候補の中から選択して出力する出力手段と、を備え、
    前記正常検出手段は、同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号から、その２つの前記磁気検出素子が前記検出対象の回転方向に互いに９０°回転して配置されていると仮定した場合に２つの前記磁気検出素子が出力する出力信号に相当する２つの変換信号を生成し、その２つの前記変換信号をそれぞれ自乗し、自乗した２つの前記変換信号を加算することにより、前記判定値を生成することを特徴とする回転角度検出装置。
  4. 磁界を発生する磁界発生手段と、検出対象の回転により前記磁界発生手段に対して相対的に回転する複数の磁気検出素子とを備え、前記磁気検出素子の前記磁界発生手段に対する相対的な回転により相対的に変化する前記磁界に応じて、複数の前記磁気検出素子が出力する互いに異なる位相差の出力信号に基づいて、前記検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
    複数の前記磁気検出素子の中から選択された２つの前記磁気検出素子を組み合わせてなる素子群が複数設定され、
    同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号から、その２つの出力信号がともに正常値であれば一定値となる判定値を前記素子群毎に生成し、複数の前記素子群の中から同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号がともに正常値である正常な前記素子群を前記判定値に基づいて検出する正常検出手段と、
    同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号に基づいて、前記検出対象の回転角度を示す角度候補を前記素子群毎に生成し、前記正常検出手段により正常な前記素子群として検出された同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号に基づいて生成された前記角度候補を複数の前記角度候補の中から選択して出力する出力手段と、を備え、
    前記正常検出手段は、同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号から、その２つの前記磁気検出素子が前記検出対象の回転方向に互いに９０°回転して配置されていると仮定した場合に２つの前記磁気検出素子が出力する出力信号に相当する２つの変換信号を生成し、その２つの前記変換信号の一方を他方より奇数回多く微分し、微分後の２つの前記変換信号を加算又は減算することにより、前記判定値を生成することを特徴とする回転角度検出装置。
  5. 磁界を発生する磁界発生手段と、検出対象の回転により前記磁界発生手段に対して相対的に回転する複数の磁気検出素子とを備え、前記磁気検出素子の前記磁界発生手段に対する相対的な回転により相対的に変化する前記磁界に応じて、複数の前記磁気検出素子が出力する互いに異なる位相差の出力信号に基づいて、前記検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
    複数の前記磁気検出素子の中から選択された２つの前記磁気検出素子を組み合わせてなる素子群が複数設定され、
    同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号から、その２つの出力信号がともに正常値であれば一定値となる判定値を前記素子群毎に生成し、複数の前記素子群の中から同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号がともに正常値である正常な前記素子群を前記判定値に基づいて検出する正常検出手段と、
    前記正常検出手段により正常な前記素子群として検出された前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号に基づいて前記検出対象の回転角度を生成して出力する出力手段と、を備え、
    前記正常検出手段は、同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号から、その２つの前記磁気検出素子が前記検出対象の回転方向に互いに９０°回転して配置されていると仮定した場合に２つの前記磁気検出素子が出力する出力信号に相当する２つの変換信号を生成し、その２つの前記変換信号をそれぞれ自乗し、自乗した２つの前記変換信号を加算することにより、前記判定値を生成することを特徴とする回転角度検出装置。
  6. 磁界を発生する磁界発生手段と、検出対象の回転により前記磁界発生手段に対して相対的に回転する複数の磁気検出素子とを備え、前記磁気検出素子の前記磁界発生手段に対する相対的な回転により相対的に変化する前記磁界に応じて、複数の前記磁気検出素子が出力する互いに異なる位相差の出力信号に基づいて、前記検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
    複数の前記磁気検出素子の中から選択された２つの前記磁気検出素子を組み合わせてなる素子群が複数設定され、
    同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号から、その２つの出力信号がともに正常値であれば一定値となる判定値を前記素子群毎に生成し、複数の前記素子群の中から同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号がともに正常値である正常な前記素子群を前記判定値に基づいて検出する正常検出手段と、
    前記正常検出手段により正常な前記素子群として検出された前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号に基づいて前記検出対象の回転角度を生成して出力する出力手段と、を備え、
    前記正常検出手段は、同一の前記素子群に含まれる２つの前記磁気検出素子の出力信号から、その２つの前記磁気検出素子が前記検出対象の回転方向に互いに９０°回転して配置されていると仮定した場合に２つの前記磁気検出素子が出力する出力信号に相当する２つの変換信号を生成し、その２つの前記変換信号の一方を他方より奇数回多く微分し、微分後の２つの前記変換信号を加算又は減算することにより、前記判定値を生成することを特徴とする回転角度検出装置。
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