JP3784248B2 - 回転角度検出装置、トルクセンサ及び舵取装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体と、回転体が回転するに従って、検出される部位が周期的及び連続的に変化すべく、回転体に設けられた１又は複数のターゲットと、ターゲットの近接する部位を検出する第１検出手段と、第１検出手段が検出する部位と位相が所定角度異なる部位を検出する第２検出手段とを備え、第１検出手段又は第２検出手段が出力した検出信号に基づき、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置、この回転角度検出装置を使用したトルクセンサ、及びこのトルクセンサの検出結果に基づいて電動モータを駆動し、操舵補助力を発生させる舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の舵取装置に、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減するものがある。これは、操舵輪（ステアリングホイール）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結するトーションバーとを備え、トーションバーに生じる捩れによって、トルクセンサが入力軸に加わる操舵トルクを検出し、その検出した操舵トルクに基づき、出力軸に連動する操舵補助用の電動モータを駆動制御するものである。
【０００３】
本出願人の特願平１１−２８８８８２号出願における提案に基づく回転角度検出装置及びトルクセンサの要部構成例は、図１に示すように、上端部にステアリングホイール４が連結され、下端部にトーションバー５が連結されたステアリングシャフトの上部軸２３の中間部６の周面に沿って、所定の傾斜角を有する磁性材からなる例えば１０本の突起物７を設けてある。また、上部軸２３が回転したときに、上部軸２３の軸方向に移動する突起物７の近接する部位を検出する為に、ＭＲセンサ１（磁気抵抗効果素子）が中間部６と適当な隙間を空けて平行に設けられ、車体の動かない部位に固定されている。
【０００４】
ステアリングシャフトの下部軸１８は、上端部がトーションバー５に連結され、下端部がピニオン１０に連結されている。上部軸２３と同様に、下部軸１８の中間部８の周面に沿って、所定の傾斜角を有する磁性材からなる例えば１０本の突起物９を設けてある。また、下部軸１８が回転したときに、下部軸１８の軸方向に移動する突起物９の近接する部位を検出する為に、ＭＲセンサ２（磁気抵抗効果素子）が下部軸１８と適当な隙間を空けて平行に設けられ、車体の動かない部位に固定されている。
【０００５】
ＭＲセンサ１は、電気角が１８０°異なるセンサ１Ａ，１Ｂを内蔵しており、センサ１Ａ，１Ｂがそれぞれ検出した突起物７の部位を示す検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂはそれぞれ信号処理部１１に与えられる。信号処理部１１は、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂにより上部軸２３の回転角度を検出し、センサ１Ａ，１Ｂと共に上部軸２３の回転角度検出装置を構成している。
ＭＲセンサ２は、電気角が１８０°異なるセンサ２Ａ，２Ｂを内蔵しており、センサ２Ａ，２Ｂがそれぞれ検出した突起物７の部位を示す検出信号Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂはそれぞれ信号処理部１１に与えられる。信号処理部１１は、検出信号Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂにより下部軸１８の回転角度を検出し、センサ２Ａ，２Ｂと共に下部軸１８の回転角度検出装置を構成している。
【０００６】
ＭＲセンサ１，２は、ステアリングホイール４に操舵トルクが加わらず、トーションバー５が捩じれていない状態で、図２に示すように、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａ（センサ出力）が同位相となり、また、検出信号Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ｂ（センサ出力）が同位相となるように設けられている。
トーションバー５の捩じれ角度は高々数度であり、信号処理部１１は、検出信号Ｖ１Ａ又はＶ１Ｂにより求めた上部軸２３の回転角度と、検出信号Ｖ２Ａ又はＶ２Ｂにより求めた下部軸１８の回転角度との差に基づき、操舵トルクを演算しそのトルク信号を出力する。
【０００７】
このような構成のトルクセンサは、上部軸２３及び下部軸１８が３６°回転する都度、センサ１Ａ，１Ｂ及びセンサ２Ａ，２Ｂの各検出面に最近接する突起物７及び突起物９の各部位が、上部軸２３及び下部軸１８の軸方向に往復移動する。センサ１Ａ，１Ｂ及びセンサ２Ａ，２Ｂの各検出面に最近接する突起物７及び突起物９の各部位の、上部軸２３及び下部軸１８の軸方向の位置と、上部軸２３及び下部軸１８の回転角度とは対応させることが出来る。
【０００８】
実際には、ステアリングホイール４に操舵トルクが加えられ、トーションバー５に捩じれ角度が生じていれば、センサ１Ａと２Ａとの各検出信号及びセンサ１Ｂと２Ｂとの各検出信号は、その捩じれ角度に応じた電圧差ΔＶが生じるので、その電圧差ΔＶを信号処理部１１により演算することにより、その捩じれ角度が求まり、その操舵トルクを示すトルク信号を出力しており、上述したような、上部軸２３及び下部軸１８の各回転角度を求める手順は省略される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した回転角度検出装置及びトルクセンサでは、センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂが故障した場合にそれを検出する手段がなく、誤った検出信号を出力しても、それに基づきトルクを演算し、誤ったトルク信号を出力してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１，２発明では、故障を検出することが出来る回転角度検出装置を提供することを目的とする。
第３発明では、第１，２発明に係る回転角度検出装置を備えたトルクセンサを提供することを目的とする。
第４発明では、第３発明に係るトルクセンサを備えた舵取装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る回転角度検出装置は、回転体と、該回転体が回転するに従って、検出される部位が周期的及び連続的に変化すべく、前記回転体に設けられた１又は複数のターゲットと、該ターゲットの近接する部位を検出する第１検出手段と、該第１検出手段が検出する部位と位相が所定角度異なる部位を検出する第２検出手段とを備え、前記第１検出手段又は第２検出手段が出力した検出信号に基づき、前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記第１検出手段及び第２検出手段が同時的に出力すべき検出信号値の組を記憶してある記憶手段と、前記第１検出手段及び第２検出手段が同時的に出力した検出信号値の組に略等しい組が、前記記憶手段が記憶してある検出信号値の組にあるか否かを判定する手段とを備え、該手段が否と判定したときは、故障通知信号を出力すべくなしてあることを特徴とする。
【００１２】
この回転角度検出装置では、１又は複数のターゲットが、回転体が回転するに従って、検出される部位が周期的及び連続的に変化すべく、回転体に設けられ、第１検出手段がターゲットの近接する部位を検出する。第２検出手段が、第１検出手段が検出する部位と位相が所定角度異なる部位を検出し、第１検出手段又は第２検出手段が出力した検出信号に基づき、回転体の回転角度を検出する。記憶手段が、第１検出手段及び第２検出手段が同時的に出力すべき検出信号値の組を記憶してあり、判定する手段は、第１検出手段及び第２検出手段が同時的に出力した検出信号値の組に略等しい組が、記憶手段が記憶してある検出信号値の組にあるか否かを判定し、判定する手段が否と判定したときは、故障通知信号を出力する。
これにより、故障を検出することが出来、また、レンジ内の検出信号を出力する故障であっても検出することが出来る回転角度検出装置を実現することが出来る。
【００１３】
第２発明に係る回転角度検出装置は、回転体と、該回転体が回転するに従って、検出される部位が周期的及び連続的に変化すべく、前記回転体に設けられた１又は複数のターゲットと、該ターゲットの近接する部位を検出する第１検出手段と、該第１検出手段が検出する部位と位相が所定角度異なる部位を検出する第２検出手段とを備え、前記第１検出手段又は第２検出手段が出力した検出信号に基づき、前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記回転体の回転角度を検出する為に、前記第１検出手段及び第２検出手段の何れかを選択する選択手段と、該選択手段に選択された一方が出力すべき検出信号値に対応させて、該検出信号値と同時的に他方が出力すべき検出信号値を記憶してある記憶手段と、前記選択手段に選択された一方が出力した検出信号値に対応させて前記記憶手段が記憶してある他方の検出信号値が、他方が出力した検出信号値に略等しいか否かを判定する手段とを備え、該手段が否と判定したときは、故障通知信号を出力すべくなしてあることを特徴とする。
【００１４】
この回転角度検出装置では、１又は複数のターゲットが、回転体が回転するに従って、検出される部位が周期的及び連続的に変化すべく、回転体に設けられ、第１検出手段がターゲットの近接する部位を検出する。第２検出手段が、第１検出手段が検出する部位と位相が所定角度異なる部位を検出し、第１検出手段又は第２検出手段が出力した検出信号に基づき、回転体の回転角度を検出する。選択手段が、回転体の回転角度を検出する為に、第１検出手段及び第２検出手段の何れかを選択し、記憶手段が、選択手段に選択された一方が出力すべき検出信号値に対応させて、この検出信号値と同時的に他方が出力すべき検出信号値を記憶してある。
【００１５】
判定する手段は、選択手段に選択された一方が出力した検出信号値に対応させて記憶手段が記憶してある他方の検出信号値が、他方が出力した検出信号値に略等しいか否かを判定し、判定する手段が否と判定したときは、故障通知信号を出力する。
これにより、故障を検出することが出来、また、レンジ内の検出信号を出力する故障であっても検出することが出来る回転角度検出装置を実現することが出来る。
【００１６】
第３発明に係るトルクセンサは、請求項１又は２に記載された回転角度検出装置を、トーションバーにより連結された入力軸及び出力軸にそれぞれ備え、前記回転角度検出装置が検出した回転角度の、前記トーションバーに生じた捩れによる差に基づき、前記入力軸に加わるトルクを検出することを特徴とする。
【００１７】
このトルクセンサでは、請求項１又は２に記載された回転角度検出装置を、トーションバーにより連結された入力軸及び出力軸にそれぞれ備え、回転角度検出装置が検出した回転角度の、トーションバーに生じた捩れによる差に基づき、入力軸に加わるトルクを検出するので、回転角度検出装置の故障を検出することが出来るトルクセンサを実現することが出来る。
【００１８】
第４発明に係る舵取装置は、操舵輪に繋がる入力軸と、前記操舵輪に加わる操舵トルクに基づき駆動制御される操舵補助用の電動モータと、該電動モータに連動する出力軸と、前記入力軸及び該出力軸を連結するトーションバーと、前記入力軸に加わる操舵トルクを検出する請求項３に記載されたトルクセンサとを備え、該トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき操舵補助すべくなしてあることを特徴とする。
【００１９】
この舵取装置では、入力軸が操舵輪に繋がり、操舵補助用の電動モータが、操舵輪に加わる操舵トルクに基づき駆動制御される。出力軸が電動モータに連動し、トーションバーが入力軸及び出力軸を連結し、請求項３に記載されたトルクセンサが、入力軸に加わる操舵トルクを検出し、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき操舵補助する。
これにより、回転角度検出装置の故障を検出することが出来るトルクセンサを備えた舵取装置を実現することが出来る。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る回転角度検出装置及びトルクセンサの実施の形態の要部構成を模式的に示した模式図である。このトルクセンサは、舵取装置に使用した場合を示しており、上端部にステアリングホイール４が連結され、下端部にトーションバー５が連結されたステアリングシャフトの上部軸２３（入力軸）の中間部６（回転体）の周面に沿って、所定の傾斜角を有する磁性材からなる例えば１０本の突起物７（ターゲット）を設けてある。また、上部軸２３が回転したときに、上部軸２３の軸方向に移動する突起物７の近接する部位を検出する為に、ＭＲセンサ１（磁気抵抗効果素子）が中間部６と適当な隙間を空けて平行に設けられ、車体の動かない部位に固定されている。
【００２１】
ステアリングシャフトの下部軸１８（出力軸）は、上端部がトーションバー５に連結され、下端部がピニオン１０に連結されている。上部軸２３と同様に、下部軸１８の中間部８（回転体）の周面に沿って、所定の傾斜角を有する磁性材からなる例えば１０本の突起物９（ターゲット）を設けてある。また、下部軸１８が回転したときに、下部軸１８の軸方向に移動する突起物９の近接する部位を検出する為に、ＭＲセンサ２（磁気抵抗効果素子）が下部軸１８と適当な隙間を空けて平行に設けられ、車体の動かない部位に固定されている。
【００２２】
ＭＲセンサ１は、電気角が１８０°異なるセンサ１Ａ，１Ｂを内蔵しており、センサ１Ａ，１Ｂがそれぞれ検出した突起物７の部位を示す検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂはそれぞれ信号処理部１１に与えられる。信号処理部１１は、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂにより上部軸２３の回転角度を検出し、センサ１Ａ，１Ｂと共に上部軸２３の回転角度検出装置を構成している。
ＭＲセンサ２は、電気角が１８０°異なるセンサ２Ａ，２Ｂを内蔵しており、センサ２Ａ，２Ｂがそれぞれ検出した突起物７の部位を示す検出信号Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂはそれぞれ信号処理部１１に与えられる。信号処理部１１は、検出信号Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂにより下部軸１８の回転角度を検出し、センサ２Ａ，２Ｂと共に下部軸１８の回転角度検出装置を構成している。
【００２３】
ＭＲセンサ１，２は、ステアリングホイール４に操舵トルクが加わらず、トーションバー５が捩じれていない状態で、図２に示すように、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａ（センサ出力）が同位相となり、また、検出信号Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ｂ（センサ出力）が同位相となるように設けられている。
トーションバー５の捩じれ角度は高々数度であり、信号処理部１１は、検出信号Ｖ１Ａ又はＶ１Ｂにより求めた上部軸２３の回転角度と、検出信号Ｖ２Ａ又はＶ２Ｂにより求めた下部軸１８の回転角度との差に基づき、操舵トルクを演算しそのトルク信号を出力する。
【００２４】
このような構成のトルクセンサは、上部軸２３及び下部軸１８が３６°回転する都度、センサ１Ａ，１Ｂ及びセンサ２Ａ，２Ｂの各検出面に最近接する突起物７及び突起物９の各部位が、上部軸２３及び下部軸１８の軸方向に往復移動する。センサ１Ａ，１Ｂ及びセンサ２Ａ，２Ｂの各検出面に最近接する突起物７及び突起物９の各部位の、上部軸２３及び下部軸１８の軸方向の位置と、上部軸２３及び下部軸１８の回転角度とは対応させることが出来る。
【００２５】
実際には、ステアリングホイール４に操舵トルクが加えられ、トーションバー５に捩じれ角度が生じていれば、センサ１Ａと２Ａとの各検出信号及びセンサ１Ｂと２Ｂとの各検出信号は、その捩じれ角度に応じた電圧差ΔＶが生じるので、その電圧差ΔＶを信号処理部１１により演算することにより、その捩じれ角度が求まり、その操舵トルクを示すトルク信号を出力しており、上述したような、上部軸２３及び下部軸１８の各回転角度を求める手順は省略される。
【００２６】
ここで、図２において、上限閾値及び下限閾値は、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂの何れか一方及び検出信号Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂの何れか一方が、上限閾値及び下限閾値間の範囲内の直線領域に含まれるように定めてある。
検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ（検出信号Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂも同様）は、図２に示すように、電気角が１８０°異なる同様波形を描くので、図３に示すように、検出信号Ｖ１Ａを横軸に、検出信号Ｖ１Ｂを縦軸にそれぞれ取ると、電気角が３６０°推移する間に、実線に示すリサジュー図形状の図形を描くことになる。
【００２７】
図３に示すリサジュー図形状の図形においては、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂはそれぞれ１つの値を２回取るので、一方の値を得ても他方の値を特定出来ない。
そこで、検出信号Ｖ１Ａの、図２において直線領域であり、回転角度つまりトルクを検出すべく選択される領域に限定し、限定した検出信号Ｖ１Ａの領域の各値と検出信号Ｖ１Ｂの各値との、図４（ａ）の実線に示すような関係を表す対照表を、信号処理部１１に接続されたメモリ３（記憶手段）に記憶してある。
同様に、限定した検出信号Ｖ１Ｂの領域の各値と検出信号Ｖ１Ａの各値との、図４（ｂ）の実線に示すような関係を表す対照表を、信号処理部１１に接続されたメモリ３に記憶してある。
【００２８】
こうすることにより、回転角度つまりトルクを検出する為に、検出信号Ｖ１Ａが選択されたときは、その検出信号Ｖ１Ａの値に対応すべき、メモリ３に記憶してある検出信号Ｖ１Ｂの値が、実際の検出信号Ｖ１Ｂの値と略等しい（許容幅を設けてある）か否かを判定して、略等しくないと判定したときは、センサ１Ｂが故障していると判定することが出来る。また、検出信号Ｖ１Ｂが選択されたときは、その検出信号Ｖ１Ｂの値に対応すべき、メモリ３に記憶してある検出信号Ｖ１Ａの値が、実際の検出信号Ｖ１Ａの値と略等しい（許容幅を設けてある）か否かを判定して、略等しくないと判定したときは、センサ１Ａが故障していると判定することが出来る。
【００２９】
以下に、このような構成のトルクセンサの動作を説明する。
このトルクセンサは、上部軸２３及び下部軸１８が３６°回転する都度、回転角度検出装置のセンサ１Ａ，１Ｂ及びセンサ２Ａ，２Ｂの各検出面に最近接する突起物７及び突起物９の各部位が、上部軸２３及び下部軸１８の軸方向に往復移動する。センサ１Ａ，１Ｂ及びセンサ２Ａ，２Ｂの各検出面に最近接する突起物７及び突起物９の各部位の、上部軸２３及び下部軸１８の軸方向の位置と、上部軸２３及び下部軸１８の回転角度とは対応させることが出来る。
【００３０】
図５は、このトルクセンサのセンサ１Ａ，１Ｂ及び信号処理部１１で構成される回転角度検出装置の回転角度検出動作を示すフローチャートである。
信号処理部１１は、先ず、センサ１Ａ，１Ｂからの検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１ＢをＡ／Ｄ変換して読込み（Ｓ２）、検出信号Ｖ１Ａが上限閾値及び下限閾値の範囲内に有るか否かを判定し（Ｓ４）、その範囲内に無ければ、センサ１Ｂを選択する（Ｓ６）。これにより、図６に示す検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂの波形図において、ｍｂ部分を除く検出信号Ｖ１Ｂの直線領域を選択することが出来る。
信号処理部１１は、次に、メモリ３に記憶してある、図４（ｂ）の実線に示すような関係を表す対照表の、センサ１Ｂの検出信号Ｖ１Ｂの値に対応する検出信号Ｖ１Ａの値と、読込んだ（Ｓ２）検出信号Ｖ１Ａの値とが略等しいか否かを判定する（Ｓ８）。
【００３１】
信号処理部１１は、読込んだ（Ｓ２）検出信号Ｖ１Ａの値が、メモリ３に記憶してある検出信号Ｖ１Ａの値の許容幅を含む範囲内に無ければ（Ｓ１０）、センサ１Ａが故障していることを示すエラー信号を出力し（Ｓ１２）リターンする。信号処理部１１は、読込んだ（Ｓ２）検出信号Ｖ１Ａの値が、メモリ３に記憶してある検出信号Ｖ１Ａの値の許容幅を含む範囲内に有れば（Ｓ１０）、検出信号Ｖ１Ｂに基づき、上部軸２３の回転角度を演算し（Ｓ２２）、演算した回転角度を記憶して（Ｓ２４）リターンする。
【００３２】
信号処理部１１は、検出信号Ｖ１Ａが上限閾値及び下限閾値の範囲内に有るか否かを判定し（Ｓ４）、その範囲内に有れば、検出信号Ｖ１Ｂが上限閾値及び下限閾値の範囲内に有るか否かを判定し（Ｓ１４）、その範囲内に無ければ、センサ１Ａを選択する（Ｓ１６）。これにより、図６に示す検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂの波形図において、ｍａ部分を除く検出信号Ｖ１Ａの直線領域を選択することが出来る。
信号処理部１１は、次に、メモリ３に記憶してある、図４（ａ）の実線に示すような関係を表す対照表の、センサ１Ａの検出信号Ｖ１Ａの値に対応する検出信号Ｖ１Ｂの値と、読込んだ（Ｓ２）検出信号Ｖ１Ｂの値とが略等しいか否かを判定する（Ｓ１８）。
【００３３】
信号処理部１１は、読込んだ（Ｓ２）検出信号Ｖ１Ｂの値が、メモリ３に記憶してある検出信号Ｖ１Ｂの値の許容幅を含む範囲内に無ければ（Ｓ２０）、センサ１Ｂが故障していることを示すエラー信号を出力し（Ｓ１２）リターンする。
信号処理部１１は、読込んだ（Ｓ２）検出信号Ｖ１Ｂの値が、メモリ３に記憶してある検出信号Ｖ１Ｂの値の許容幅を含む範囲内に有れば（Ｓ２０）、検出信号Ｖ１Ａに基づき、上部軸２３の回転角度を演算し（Ｓ２２）、演算した回転角度を記憶して（Ｓ２４）リターンする。
【００３４】
信号処理部１１は、検出信号Ｖ１Ｂが上限閾値及び下限閾値の範囲内に有るか否かを判定し（Ｓ１４）、その範囲内に有れば、前回はセンサ１Ａを選択したか否かを判定し（Ｓ２６）、センサ１Ａを選択していれば、今回もセンサ１Ａを選択する（Ｓ１６）。
信号処理部１１は、前回はセンサ１Ａを選択したか否かを判定し（Ｓ２６）、センサ１Ａを選択していなければ、前回はセンサ１Ｂを選択したか否かを判定し（Ｓ２８）、センサ１Ｂを選択していれば、今回もセンサ１Ｂを選択する（Ｓ６）。
【００３５】
検出信号Ｖ１Ａが上限閾値及び下限閾値の範囲内に有り（Ｓ４）、検出信号Ｖ１Ｂが上限閾値及び下限閾値の範囲内に有る場合は（Ｓ１４）、図６において、ｍａ部分又はｍｂ部分であり、これらｍａ部分及びｍｂ部分は、それぞれ検出信号Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂの各直線領域の中間部である。サンプリング周期から、選択された一方の直線領域から他方の直線領域の中間部へ直接飛ぶことは考えられないので、ｍａ部分及びｍｂ部分では、前回選択したセンサを今回も選択する。
【００３６】
信号処理部１１は、前回はセンサ１Ｂを選択したか否かを判定し（Ｓ２８）、センサ１Ｂを選択していなければ、前回選択したセンサが無く、しかも、検出信号Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂの何れもが上限閾値及び下限閾値の範囲外の値になっていない運転開始時であり、上部軸２３の回転角度を０として（Ｓ３０）、その回転角度を記憶して（Ｓ２４）リターンする。
【００３７】
尚、信号処理部１１がセンサを選択した（Ｓ６，１６）後に、選択したセンサ側に突然故障が生じ、しかも偶然に、図７に示すように、許容幅内に収まってしまう可能性がある。このような場合、瞬時には故障の検出は出来ないが、上部軸２３が回転すれば、許容幅内に収まり続けることは出来ないので（逆に、出来れば故障ではない）、故障の検出は可能である。
【００３８】
尚、センサ２Ａ，２Ｂ及び信号処理部１１で構成される回転角度検出装置の下部軸１８の回転角度を検出する動作も、上述した、センサ１Ａ，１Ｂ及び信号処理部１１で構成される回転角度検出装置の回転角度検出動作と同様であるので説明を省略する。
尚、図３に示すリサジュー図形状の実線で示す図形に、破線で示す許容幅を含めた図形をマップとしてメモリ３に記憶しておき、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂの組がそのマップ内に収まるか否かを判定することによっても、大まかではあるが簡易に、センサの故障を検出することが出来る。
【００３９】
ここで、ステアリングホイール４に操舵トルクが加えられ、トーションバー５に捩じれ角度が生じていれば、センサ１Ａ，１Ｂ及び信号処理部１１で構成される回転角度検出装置の検出角度と、センサ２Ａ，２Ｂ及び信号処理部１１で構成される回転角度検出装置の検出角度とは、その捩じれ角度に等しい角度差が生じるので、その角度差を信号処理部１１により演算することにより、その捩じれ角度が求まり、その操舵トルクを示すトルク信号を出力することが出来る。
尚、実際には、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂ間の演算により直接操舵トルクを求めるので、上部軸２３及び下部軸１８の各回転角度を求める手順は省略されるが、各センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの故障を検出する動作は実行される。
【００４０】
実施の形態２．
図８は、本発明に係る舵取装置の実施の形態２の要部構成を示す縦断面図である。この舵取装置は、上端部にステアリングホイール４（操舵輪）が取付けられる上部軸２３を備え、上部軸２３の下端部には、第１ダウエルピン１４を介して筒状の入力軸１５及びこれの内側に挿入されるトーションバー５の上端部が連結されている。トーションバー５の下端部には、第２ダウエルピン１７を介して筒状の出力軸１８が連結されており、上部軸２３、入力軸１５及び出力軸１８が軸受１９，２０，２１を介してハウジング２２内にそれぞれ回転が可能に支持されている。
【００４１】
このハウジング２２内には、前記トーションバー５を介して連結される入力軸１５及び出力軸１８の相対変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ１３と、トルクセンサ１３の検出結果に基づいて駆動される操舵補助用の電動モータ２４の回転を減速して、前記出力軸１８に伝達する減速機構２５とを備え、ステアリングホイール４の回転に応じた舵取機構の動作を前記電動モータ２４の回転により補助し、舵取の為の運転者の労力負担を軽減するように構成されている。出力軸１８の下端部は、図示しないユニバーサルジョイントを介してラックピニオン式の舵取機構に連結されている。
【００４２】
トルクセンサ１３は、前記入力軸１５の周面６（回転体）に沿って、所定の傾斜角を有する磁性材からなる例えば１０本の突起物７（ターゲット）を等間隔に設けてあり、入力軸１５が回転したときに、入力軸１５の軸方向に移動する突起物７の近接する部位を検出する為に、ＭＲセンサ１（磁気抵抗効果素子、検出手段）が入力軸１５と適当な隙間を空けて平行に設けられ、車体の動かない部位に固定されている。
ＭＲセンサ１は、電気角が１８０°異なる２つのセンサを内蔵しており、２つのセンサがそれぞれ検出した突起物７の部位を示す検出信号は、それぞれ図示しない信号処理部に与えられる。
【００４３】
出力軸１８は、入力軸１５と同様に、出力軸１８の周面８（回転体）に沿って、所定の傾斜角を有する磁性材からなる例えば１０本の突起物９（ターゲット）を等間隔に設けてある。また、出力軸１８が回転したときに、出力軸１８の軸方向に移動する突起物９の近接する部位を検出する為に、ＭＲセンサ２（磁気抵抗効果素子、検出手段）が出力軸１８と適当な隙間を空けて平行に設けられ、車体の動かない部位に固定されている。
ＭＲセンサ２は、電気角が１８０°異なる２つのセンサを内蔵しており、２つのセンサがそれぞれ検出した突起物９の部位を示す検出信号は、それぞれ図示しない信号処理部に与えられる。
【００４４】
以下に、このような構成の舵取装置の動作を説明する。
トーションバー５が捩れずに入力軸１５及び出力軸１８が回転する場合には、入力軸１５、出力軸１８及びトーションバー５は一体的に回転する。
入力軸１５及び出力軸１８が回転するのに応じて、ＭＲセンサ１及び２の各２つのセンサの検出面に最近接する突起物７及び９の各部位が、入力軸１５及び出力軸１８の軸方向に移動する。突起物７及び９は、入力軸１５及び出力軸１８の周面６及び８に沿わせて、所定の傾斜角を有して等間隔に設けてあるので、ＭＲセンサ１及び２の各２つのセンサの検出面に最近接する突起物７及び９の各部位の、入力軸１５及び出力軸１８の軸方向の位置と、入力軸１５及び出力軸１８の回転角度とを対応させることが出来る。
【００４５】
ステアリングホイール４に操舵トルクが加えられ、トーションバー５が捩れて入力軸１５及び出力軸１８が回転する場合には、ＭＲセンサ１及び２の各センサの検出信号は、その捩じれ角度に応じた電圧差が生じる。ＭＲセンサ１及び２の各２つのセンサの検出信号は、各出力ケーブルを通じて、図示しない信号処理部に与えられ、トルクセンサ１３の信号処理部は、実施の形態１において説明したように、各センサの検出信号を選択し、選択した検出信号により算出された操舵トルクに応じた信号を出力することが出来る。
電動モータ２４は、トルクセンサ１３が出力した信号に基づいて駆動され、ステアリングホイール４の回転に応じた舵取機構の動作を補助し、舵取の為の運転者の労力負担を軽減する。
【００４６】
【発明の効果】
第１，２発明に係る回転角度検出装置によれば、故障を検出することが出来、また、レンジ内の検出信号を出力する故障であっても検出することが出来る回転角度検出装置を実現することが出来る。
【００４７】
第３発明に係るトルクセンサによれば、回転角度検出装置の故障を検出することが出来るトルクセンサを実現することが出来る。
【００４８】
第４発明に係る舵取装置によれば、回転角度検出装置の故障を検出することが出来るトルクセンサを備えた舵取装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転角度検出装置及びトルクセンサの実施の形態の要部構成を模式的に示した模式図である。
【図２】ＭＲセンサの検出信号の波形例を示す波形図である。
【図３】ＭＲセンサの検出信号を説明する為の説明図である。
【図４】本発明に係る回転角度検出装置の動作を説明する為の説明図である。
【図５】本発明に係る回転角度検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る回転角度検出装置の動作を説明する為の説明図である。
【図７】本発明に係る回転角度検出装置の動作を説明する為の説明図である。
【図８】本発明に係る舵取装置の実施の形態の要部構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１，２ ＭＲセンサ（磁気抵抗効果素子）
１Ａ，２Ａ センサ（第１検出手段）
１Ｂ，２Ｂ センサ（第２検出手段）
３ メモリ（記憶手段）
４ ステアリングホイール（操舵輪）
５ トーションバー
６，８ 中間部（回転体、周面）
７，９ 突起物（ターゲット）
１１ 信号処理部
１３ トルクセンサ
１５ 入力軸
１８ 下部軸（出力軸）
２３ 上部軸（入力軸）
２４ 電動モータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体と、回転体が回転するに従って、検出される部位が周期的及び連続的に変化すべく、回転体に設けられた１又は複数のターゲットと、ターゲットの近接する部位を検出する第１検出手段と、第１検出手段が検出する部位と位相が所定角度異なる部位を検出する第２検出手段とを備え、第１検出手段又は第２検出手段が出力した検出信号に基づき、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置、この回転角度検出装置を使用したトルクセンサ、及びこのトルクセンサの検出結果に基づいて電動モータを駆動し、操舵補助力を発生させる舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の舵取装置に、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減するものがある。これは、操舵輪（ステアリングホイール）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結するトーションバーとを備え、トーションバーに生じる捩れによって、トルクセンサが入力軸に加わる操舵トルクを検出し、その検出した操舵トルクに基づき、出力軸に連動する操舵補助用の電動モータを駆動制御するものである。
【０００３】
本出願人の特願平１１−２８８８８２号出願における提案に基づく回転角度検出装置及びトルクセンサの要部構成例は、図１に示すように、上端部にステアリングホイール４が連結され、下端部にトーションバー５が連結されたステアリングシャフトの上部軸２３の中間部６の周面に沿って、所定の傾斜角を有する磁性材からなる例えば１０本の突起物７を設けてある。また、上部軸２３が回転したときに、上部軸２３の軸方向に移動する突起物７の近接する部位を検出する為に、ＭＲセンサ１（磁気抵抗効果素子）が中間部６と適当な隙間を空けて平行に設けられ、車体の動かない部位に固定されている。
【０００４】
ステアリングシャフトの下部軸１８は、上端部がトーションバー５に連結され、下端部がピニオン１０に連結されている。上部軸２３と同様に、下部軸１８の中間部８の周面に沿って、所定の傾斜角を有する磁性材からなる例えば１０本の突起物９を設けてある。また、下部軸１８が回転したときに、下部軸１８の軸方向に移動する突起物９の近接する部位を検出する為に、ＭＲセンサ２（磁気抵抗効果素子）が下部軸１８と適当な隙間を空けて平行に設けられ、車体の動かない部位に固定されている。
【０００５】
ＭＲセンサ１は、電気角が１８０°異なるセンサ１Ａ，１Ｂを内蔵しており、センサ１Ａ，１Ｂがそれぞれ検出した突起物７の部位を示す検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂはそれぞれ信号処理部１１に与えられる。信号処理部１１は、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂにより上部軸２３の回転角度を検出し、センサ１Ａ，１Ｂと共に上部軸２３の回転角度検出装置を構成している。
ＭＲセンサ２は、電気角が１８０°異なるセンサ２Ａ，２Ｂを内蔵しており、センサ２Ａ，２Ｂがそれぞれ検出した突起物７の部位を示す検出信号Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂはそれぞれ信号処理部１１に与えられる。信号処理部１１は、検出信号Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂにより下部軸１８の回転角度を検出し、センサ２Ａ，２Ｂと共に下部軸１８の回転角度検出装置を構成している。
【０００６】
ＭＲセンサ１，２は、ステアリングホイール４に操舵トルクが加わらず、トーションバー５が捩じれていない状態で、図２に示すように、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａ（センサ出力）が同位相となり、また、検出信号Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ｂ（センサ出力）が同位相となるように設けられている。
トーションバー５の捩じれ角度は高々数度であり、信号処理部１１は、検出信号Ｖ１Ａ又はＶ１Ｂにより求めた上部軸２３の回転角度と、検出信号Ｖ２Ａ又はＶ２Ｂにより求めた下部軸１８の回転角度との差に基づき、操舵トルクを演算しそのトルク信号を出力する。
【０００７】
このような構成のトルクセンサは、上部軸２３及び下部軸１８が３６°回転する都度、センサ１Ａ，１Ｂ及びセンサ２Ａ，２Ｂの各検出面に最近接する突起物７及び突起物９の各部位が、上部軸２３及び下部軸１８の軸方向に往復移動する。センサ１Ａ，１Ｂ及びセンサ２Ａ，２Ｂの各検出面に最近接する突起物７及び突起物９の各部位の、上部軸２３及び下部軸１８の軸方向の位置と、上部軸２３及び下部軸１８の回転角度とは対応させることが出来る。
【０００８】
実際には、ステアリングホイール４に操舵トルクが加えられ、トーションバー５に捩じれ角度が生じていれば、センサ１Ａと２Ａとの各検出信号及びセンサ１Ｂと２Ｂとの各検出信号は、その捩じれ角度に応じた電圧差ΔＶが生じるので、その電圧差ΔＶを信号処理部１１により演算することにより、その捩じれ角度が求まり、その操舵トルクを示すトルク信号を出力しており、上述したような、上部軸２３及び下部軸１８の各回転角度を求める手順は省略される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した回転角度検出装置及びトルクセンサでは、センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂが故障した場合にそれを検出する手段がなく、誤った検出信号を出力しても、それに基づきトルクを演算し、誤ったトルク信号を出力してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１，２発明では、故障を検出することが出来る回転角度検出装置を提供することを目的とする。
第３発明では、第１，２発明に係る回転角度検出装置を備えたトルクセンサを提供することを目的とする。
第４発明では、第３発明に係るトルクセンサを備えた舵取装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る回転角度検出装置は、回転体と、該回転体が回転するに従って、検出される部位が周期的及び連続的に変化すべく、前記回転体に設けられた１又は複数のターゲットと、該ターゲットの近接する部位を検出する第１検出手段と、該第１検出手段が検出する部位と位相が所定角度異なる部位を検出する第２検出手段とを備え、前記第１検出手段又は第２検出手段が出力した検出信号に基づき、前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記第１検出手段及び第２検出手段が同時的に出力すべき検出信号値の組を記憶してある記憶手段と、前記第１検出手段及び第２検出手段が同時的に出力した検出信号値の組に略等しい組が、前記記憶手段が記憶してある検出信号値の組にあるか否かを判定する手段とを備え、該手段が否と判定したときは、故障通知信号を出力すべくなしてあることを特徴とする。
【００１２】
この回転角度検出装置では、１又は複数のターゲットが、回転体が回転するに従って、検出される部位が周期的及び連続的に変化すべく、回転体に設けられ、第１検出手段がターゲットの近接する部位を検出する。第２検出手段が、第１検出手段が検出する部位と位相が所定角度異なる部位を検出し、第１検出手段又は第２検出手段が出力した検出信号に基づき、回転体の回転角度を検出する。記憶手段が、第１検出手段及び第２検出手段が同時的に出力すべき検出信号値の組を記憶してあり、判定する手段は、第１検出手段及び第２検出手段が同時的に出力した検出信号値の組に略等しい組が、記憶手段が記憶してある検出信号値の組にあるか否かを判定し、判定する手段が否と判定したときは、故障通知信号を出力する。
これにより、故障を検出することが出来、また、レンジ内の検出信号を出力する故障であっても検出することが出来る回転角度検出装置を実現することが出来る。
【００１３】
第２発明に係る回転角度検出装置は、回転体と、該回転体が回転するに従って、検出される部位が周期的及び連続的に変化すべく、前記回転体に設けられた１又は複数のターゲットと、該ターゲットの近接する部位を検出する第１検出手段と、該第１検出手段が検出する部位と位相が所定角度異なる部位を検出する第２検出手段とを備え、前記第１検出手段又は第２検出手段が出力した検出信号に基づき、前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記回転体の回転角度を検出する為に、前記第１検出手段及び第２検出手段の何れかを選択する選択手段と、該選択手段に選択された一方が出力すべき検出信号値に対応させて、該検出信号値と同時的に他方が出力すべき検出信号値を記憶してある記憶手段と、前記選択手段に選択された一方が出力した検出信号値に対応させて前記記憶手段が記憶してある他方の検出信号値が、他方が出力した検出信号値に略等しいか否かを判定する手段とを備え、該手段が否と判定したときは、故障通知信号を出力すべくなしてあることを特徴とする。
【００１４】
この回転角度検出装置では、１又は複数のターゲットが、回転体が回転するに従って、検出される部位が周期的及び連続的に変化すべく、回転体に設けられ、第１検出手段がターゲットの近接する部位を検出する。第２検出手段が、第１検出手段が検出する部位と位相が所定角度異なる部位を検出し、第１検出手段又は第２検出手段が出力した検出信号に基づき、回転体の回転角度を検出する。選択手段が、回転体の回転角度を検出する為に、第１検出手段及び第２検出手段の何れかを選択し、記憶手段が、選択手段に選択された一方が出力すべき検出信号値に対応させて、この検出信号値と同時的に他方が出力すべき検出信号値を記憶してある。
【００１５】
判定する手段は、選択手段に選択された一方が出力した検出信号値に対応させて記憶手段が記憶してある他方の検出信号値が、他方が出力した検出信号値に略等しいか否かを判定し、判定する手段が否と判定したときは、故障通知信号を出力する。
これにより、故障を検出することが出来、また、レンジ内の検出信号を出力する故障であっても検出することが出来る回転角度検出装置を実現することが出来る。
【００１６】
第３発明に係るトルクセンサは、請求項１又は２に記載された回転角度検出装置を、トーションバーにより連結された入力軸及び出力軸にそれぞれ備え、前記回転角度検出装置が検出した回転角度の、前記トーションバーに生じた捩れによる差に基づき、前記入力軸に加わるトルクを検出することを特徴とする。
【００１７】
このトルクセンサでは、請求項１又は２に記載された回転角度検出装置を、トーションバーにより連結された入力軸及び出力軸にそれぞれ備え、回転角度検出装置が検出した回転角度の、トーションバーに生じた捩れによる差に基づき、入力軸に加わるトルクを検出するので、回転角度検出装置の故障を検出することが出来るトルクセンサを実現することが出来る。
【００１８】
第４発明に係る舵取装置は、操舵輪に繋がる入力軸と、前記操舵輪に加わる操舵トルクに基づき駆動制御される操舵補助用の電動モータと、該電動モータに連動する出力軸と、前記入力軸及び該出力軸を連結するトーションバーと、前記入力軸に加わる操舵トルクを検出する請求項３に記載されたトルクセンサとを備え、該トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき操舵補助すべくなしてあることを特徴とする。
【００１９】
この舵取装置では、入力軸が操舵輪に繋がり、操舵補助用の電動モータが、操舵輪に加わる操舵トルクに基づき駆動制御される。出力軸が電動モータに連動し、トーションバーが入力軸及び出力軸を連結し、請求項３に記載されたトルクセンサが、入力軸に加わる操舵トルクを検出し、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき操舵補助する。
これにより、回転角度検出装置の故障を検出することが出来るトルクセンサを備えた舵取装置を実現することが出来る。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る回転角度検出装置及びトルクセンサの実施の形態の要部構成を模式的に示した模式図である。このトルクセンサは、舵取装置に使用した場合を示しており、上端部にステアリングホイール４が連結され、下端部にトーションバー５が連結されたステアリングシャフトの上部軸２３（入力軸）の中間部６（回転体）の周面に沿って、所定の傾斜角を有する磁性材からなる例えば１０本の突起物７（ターゲット）を設けてある。また、上部軸２３が回転したときに、上部軸２３の軸方向に移動する突起物７の近接する部位を検出する為に、ＭＲセンサ１（磁気抵抗効果素子）が中間部６と適当な隙間を空けて平行に設けられ、車体の動かない部位に固定されている。
【００２１】
ステアリングシャフトの下部軸１８（出力軸）は、上端部がトーションバー５に連結され、下端部がピニオン１０に連結されている。上部軸２３と同様に、下部軸１８の中間部８（回転体）の周面に沿って、所定の傾斜角を有する磁性材からなる例えば１０本の突起物９（ターゲット）を設けてある。また、下部軸１８が回転したときに、下部軸１８の軸方向に移動する突起物９の近接する部位を検出する為に、ＭＲセンサ２（磁気抵抗効果素子）が下部軸１８と適当な隙間を空けて平行に設けられ、車体の動かない部位に固定されている。
【００２２】
ＭＲセンサ１は、電気角が１８０°異なるセンサ１Ａ，１Ｂを内蔵しており、センサ１Ａ，１Ｂがそれぞれ検出した突起物７の部位を示す検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂはそれぞれ信号処理部１１に与えられる。信号処理部１１は、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂにより上部軸２３の回転角度を検出し、センサ１Ａ，１Ｂと共に上部軸２３の回転角度検出装置を構成している。
ＭＲセンサ２は、電気角が１８０°異なるセンサ２Ａ，２Ｂを内蔵しており、センサ２Ａ，２Ｂがそれぞれ検出した突起物７の部位を示す検出信号Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂはそれぞれ信号処理部１１に与えられる。信号処理部１１は、検出信号Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂにより下部軸１８の回転角度を検出し、センサ２Ａ，２Ｂと共に下部軸１８の回転角度検出装置を構成している。
【００２３】
ＭＲセンサ１，２は、ステアリングホイール４に操舵トルクが加わらず、トーションバー５が捩じれていない状態で、図２に示すように、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａ（センサ出力）が同位相となり、また、検出信号Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ｂ（センサ出力）が同位相となるように設けられている。
トーションバー５の捩じれ角度は高々数度であり、信号処理部１１は、検出信号Ｖ１Ａ又はＶ１Ｂにより求めた上部軸２３の回転角度と、検出信号Ｖ２Ａ又はＶ２Ｂにより求めた下部軸１８の回転角度との差に基づき、操舵トルクを演算しそのトルク信号を出力する。
【００２４】
このような構成のトルクセンサは、上部軸２３及び下部軸１８が３６°回転する都度、センサ１Ａ，１Ｂ及びセンサ２Ａ，２Ｂの各検出面に最近接する突起物７及び突起物９の各部位が、上部軸２３及び下部軸１８の軸方向に往復移動する。センサ１Ａ，１Ｂ及びセンサ２Ａ，２Ｂの各検出面に最近接する突起物７及び突起物９の各部位の、上部軸２３及び下部軸１８の軸方向の位置と、上部軸２３及び下部軸１８の回転角度とは対応させることが出来る。
【００２５】
実際には、ステアリングホイール４に操舵トルクが加えられ、トーションバー５に捩じれ角度が生じていれば、センサ１Ａと２Ａとの各検出信号及びセンサ１Ｂと２Ｂとの各検出信号は、その捩じれ角度に応じた電圧差ΔＶが生じるので、その電圧差ΔＶを信号処理部１１により演算することにより、その捩じれ角度が求まり、その操舵トルクを示すトルク信号を出力しており、上述したような、上部軸２３及び下部軸１８の各回転角度を求める手順は省略される。
【００２６】
ここで、図２において、上限閾値及び下限閾値は、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂの何れか一方及び検出信号Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂの何れか一方が、上限閾値及び下限閾値間の範囲内の直線領域に含まれるように定めてある。
検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ（検出信号Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂも同様）は、図２に示すように、電気角が１８０°異なる同様波形を描くので、図３に示すように、検出信号Ｖ１Ａを横軸に、検出信号Ｖ１Ｂを縦軸にそれぞれ取ると、電気角が３６０°推移する間に、実線に示すリサジュー図形状の図形を描くことになる。
【００２７】
図３に示すリサジュー図形状の図形においては、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂはそれぞれ１つの値を２回取るので、一方の値を得ても他方の値を特定出来ない。
そこで、検出信号Ｖ１Ａの、図２において直線領域であり、回転角度つまりトルクを検出すべく選択される領域に限定し、限定した検出信号Ｖ１Ａの領域の各値と検出信号Ｖ１Ｂの各値との、図４（ａ）の実線に示すような関係を表す対照表を、信号処理部１１に接続されたメモリ３（記憶手段）に記憶してある。
同様に、限定した検出信号Ｖ１Ｂの領域の各値と検出信号Ｖ１Ａの各値との、図４（ｂ）の実線に示すような関係を表す対照表を、信号処理部１１に接続されたメモリ３に記憶してある。
【００２８】
こうすることにより、回転角度つまりトルクを検出する為に、検出信号Ｖ１Ａが選択されたときは、その検出信号Ｖ１Ａの値に対応すべき、メモリ３に記憶してある検出信号Ｖ１Ｂの値が、実際の検出信号Ｖ１Ｂの値と略等しい（許容幅を設けてある）か否かを判定して、略等しくないと判定したときは、センサ１Ｂが故障していると判定することが出来る。また、検出信号Ｖ１Ｂが選択されたときは、その検出信号Ｖ１Ｂの値に対応すべき、メモリ３に記憶してある検出信号Ｖ１Ａの値が、実際の検出信号Ｖ１Ａの値と略等しい（許容幅を設けてある）か否かを判定して、略等しくないと判定したときは、センサ１Ａが故障していると判定することが出来る。
【００２９】
以下に、このような構成のトルクセンサの動作を説明する。
このトルクセンサは、上部軸２３及び下部軸１８が３６°回転する都度、回転角度検出装置のセンサ１Ａ，１Ｂ及びセンサ２Ａ，２Ｂの各検出面に最近接する突起物７及び突起物９の各部位が、上部軸２３及び下部軸１８の軸方向に往復移動する。センサ１Ａ，１Ｂ及びセンサ２Ａ，２Ｂの各検出面に最近接する突起物７及び突起物９の各部位の、上部軸２３及び下部軸１８の軸方向の位置と、上部軸２３及び下部軸１８の回転角度とは対応させることが出来る。
【００３０】
図５は、このトルクセンサのセンサ１Ａ，１Ｂ及び信号処理部１１で構成される回転角度検出装置の回転角度検出動作を示すフローチャートである。
信号処理部１１は、先ず、センサ１Ａ，１Ｂからの検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１ＢをＡ／Ｄ変換して読込み（Ｓ２）、検出信号Ｖ１Ａが上限閾値及び下限閾値の範囲内に有るか否かを判定し（Ｓ４）、その範囲内に無ければ、センサ１Ｂを選択する（Ｓ６）。これにより、図６に示す検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂの波形図において、ｍｂ部分を除く検出信号Ｖ１Ｂの直線領域を選択することが出来る。
信号処理部１１は、次に、メモリ３に記憶してある、図４（ｂ）の実線に示すような関係を表す対照表の、センサ１Ｂの検出信号Ｖ１Ｂの値に対応する検出信号Ｖ１Ａの値と、読込んだ（Ｓ２）検出信号Ｖ１Ａの値とが略等しいか否かを判定する（Ｓ８）。
【００３１】
信号処理部１１は、読込んだ（Ｓ２）検出信号Ｖ１Ａの値が、メモリ３に記憶してある検出信号Ｖ１Ａの値の許容幅を含む範囲内に無ければ（Ｓ１０）、センサ１Ａが故障していることを示すエラー信号を出力し（Ｓ１２）リターンする。信号処理部１１は、読込んだ（Ｓ２）検出信号Ｖ１Ａの値が、メモリ３に記憶してある検出信号Ｖ１Ａの値の許容幅を含む範囲内に有れば（Ｓ１０）、検出信号Ｖ１Ｂに基づき、上部軸２３の回転角度を演算し（Ｓ２２）、演算した回転角度を記憶して（Ｓ２４）リターンする。
【００３２】
信号処理部１１は、検出信号Ｖ１Ａが上限閾値及び下限閾値の範囲内に有るか否かを判定し（Ｓ４）、その範囲内に有れば、検出信号Ｖ１Ｂが上限閾値及び下限閾値の範囲内に有るか否かを判定し（Ｓ１４）、その範囲内に無ければ、センサ１Ａを選択する（Ｓ１６）。これにより、図６に示す検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂの波形図において、ｍａ部分を除く検出信号Ｖ１Ａの直線領域を選択することが出来る。
信号処理部１１は、次に、メモリ３に記憶してある、図４（ａ）の実線に示すような関係を表す対照表の、センサ１Ａの検出信号Ｖ１Ａの値に対応する検出信号Ｖ１Ｂの値と、読込んだ（Ｓ２）検出信号Ｖ１Ｂの値とが略等しいか否かを判定する（Ｓ１８）。
【００３３】
信号処理部１１は、読込んだ（Ｓ２）検出信号Ｖ１Ｂの値が、メモリ３に記憶してある検出信号Ｖ１Ｂの値の許容幅を含む範囲内に無ければ（Ｓ２０）、センサ１Ｂが故障していることを示すエラー信号を出力し（Ｓ１２）リターンする。
信号処理部１１は、読込んだ（Ｓ２）検出信号Ｖ１Ｂの値が、メモリ３に記憶してある検出信号Ｖ１Ｂの値の許容幅を含む範囲内に有れば（Ｓ２０）、検出信号Ｖ１Ａに基づき、上部軸２３の回転角度を演算し（Ｓ２２）、演算した回転角度を記憶して（Ｓ２４）リターンする。
【００３４】
信号処理部１１は、検出信号Ｖ１Ｂが上限閾値及び下限閾値の範囲内に有るか否かを判定し（Ｓ１４）、その範囲内に有れば、前回はセンサ１Ａを選択したか否かを判定し（Ｓ２６）、センサ１Ａを選択していれば、今回もセンサ１Ａを選択する（Ｓ１６）。
信号処理部１１は、前回はセンサ１Ａを選択したか否かを判定し（Ｓ２６）、センサ１Ａを選択していなければ、前回はセンサ１Ｂを選択したか否かを判定し（Ｓ２８）、センサ１Ｂを選択していれば、今回もセンサ１Ｂを選択する（Ｓ６）。
【００３５】
検出信号Ｖ１Ａが上限閾値及び下限閾値の範囲内に有り（Ｓ４）、検出信号Ｖ１Ｂが上限閾値及び下限閾値の範囲内に有る場合は（Ｓ１４）、図６において、ｍａ部分又はｍｂ部分であり、これらｍａ部分及びｍｂ部分は、それぞれ検出信号Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂの各直線領域の中間部である。サンプリング周期から、選択された一方の直線領域から他方の直線領域の中間部へ直接飛ぶことは考えられないので、ｍａ部分及びｍｂ部分では、前回選択したセンサを今回も選択する。
【００３６】
信号処理部１１は、前回はセンサ１Ｂを選択したか否かを判定し（Ｓ２８）、センサ１Ｂを選択していなければ、前回選択したセンサが無く、しかも、検出信号Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂの何れもが上限閾値及び下限閾値の範囲外の値になっていない運転開始時であり、上部軸２３の回転角度を０として（Ｓ３０）、その回転角度を記憶して（Ｓ２４）リターンする。
【００３７】
尚、信号処理部１１がセンサを選択した（Ｓ６，１６）後に、選択したセンサ側に突然故障が生じ、しかも偶然に、図７に示すように、許容幅内に収まってしまう可能性がある。このような場合、瞬時には故障の検出は出来ないが、上部軸２３が回転すれば、許容幅内に収まり続けることは出来ないので（逆に、出来れば故障ではない）、故障の検出は可能である。
【００３８】
尚、センサ２Ａ，２Ｂ及び信号処理部１１で構成される回転角度検出装置の下部軸１８の回転角度を検出する動作も、上述した、センサ１Ａ，１Ｂ及び信号処理部１１で構成される回転角度検出装置の回転角度検出動作と同様であるので説明を省略する。
尚、図３に示すリサジュー図形状の実線で示す図形に、破線で示す許容幅を含めた図形をマップとしてメモリ３に記憶しておき、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂの組がそのマップ内に収まるか否かを判定することによっても、大まかではあるが簡易に、センサの故障を検出することが出来る。
【００３９】
ここで、ステアリングホイール４に操舵トルクが加えられ、トーションバー５に捩じれ角度が生じていれば、センサ１Ａ，１Ｂ及び信号処理部１１で構成される回転角度検出装置の検出角度と、センサ２Ａ，２Ｂ及び信号処理部１１で構成される回転角度検出装置の検出角度とは、その捩じれ角度に等しい角度差が生じるので、その角度差を信号処理部１１により演算することにより、その捩じれ角度が求まり、その操舵トルクを示すトルク信号を出力することが出来る。
尚、実際には、検出信号Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂ間の演算により直接操舵トルクを求めるので、上部軸２３及び下部軸１８の各回転角度を求める手順は省略されるが、各センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの故障を検出する動作は実行される。
【００４０】
実施の形態２．
図８は、本発明に係る舵取装置の実施の形態２の要部構成を示す縦断面図である。この舵取装置は、上端部にステアリングホイール４（操舵輪）が取付けられる上部軸２３を備え、上部軸２３の下端部には、第１ダウエルピン１４を介して筒状の入力軸１５及びこれの内側に挿入されるトーションバー５の上端部が連結されている。トーションバー５の下端部には、第２ダウエルピン１７を介して筒状の出力軸１８が連結されており、上部軸２３、入力軸１５及び出力軸１８が軸受１９，２０，２１を介してハウジング２２内にそれぞれ回転が可能に支持されている。
【００４１】
このハウジング２２内には、前記トーションバー５を介して連結される入力軸１５及び出力軸１８の相対変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ１３と、トルクセンサ１３の検出結果に基づいて駆動される操舵補助用の電動モータ２４の回転を減速して、前記出力軸１８に伝達する減速機構２５とを備え、ステアリングホイール４の回転に応じた舵取機構の動作を前記電動モータ２４の回転により補助し、舵取の為の運転者の労力負担を軽減するように構成されている。出力軸１８の下端部は、図示しないユニバーサルジョイントを介してラックピニオン式の舵取機構に連結されている。
【００４２】
トルクセンサ１３は、前記入力軸１５の周面６（回転体）に沿って、所定の傾斜角を有する磁性材からなる例えば１０本の突起物７（ターゲット）を等間隔に設けてあり、入力軸１５が回転したときに、入力軸１５の軸方向に移動する突起物７の近接する部位を検出する為に、ＭＲセンサ１（磁気抵抗効果素子、検出手段）が入力軸１５と適当な隙間を空けて平行に設けられ、車体の動かない部位に固定されている。
ＭＲセンサ１は、電気角が１８０°異なる２つのセンサを内蔵しており、２つのセンサがそれぞれ検出した突起物７の部位を示す検出信号は、それぞれ図示しない信号処理部に与えられる。
【００４３】
出力軸１８は、入力軸１５と同様に、出力軸１８の周面８（回転体）に沿って、所定の傾斜角を有する磁性材からなる例えば１０本の突起物９（ターゲット）を等間隔に設けてある。また、出力軸１８が回転したときに、出力軸１８の軸方向に移動する突起物９の近接する部位を検出する為に、ＭＲセンサ２（磁気抵抗効果素子、検出手段）が出力軸１８と適当な隙間を空けて平行に設けられ、車体の動かない部位に固定されている。
ＭＲセンサ２は、電気角が１８０°異なる２つのセンサを内蔵しており、２つのセンサがそれぞれ検出した突起物９の部位を示す検出信号は、それぞれ図示しない信号処理部に与えられる。
【００４４】
以下に、このような構成の舵取装置の動作を説明する。
トーションバー５が捩れずに入力軸１５及び出力軸１８が回転する場合には、入力軸１５、出力軸１８及びトーションバー５は一体的に回転する。
入力軸１５及び出力軸１８が回転するのに応じて、ＭＲセンサ１及び２の各２つのセンサの検出面に最近接する突起物７及び９の各部位が、入力軸１５及び出力軸１８の軸方向に移動する。突起物７及び９は、入力軸１５及び出力軸１８の周面６及び８に沿わせて、所定の傾斜角を有して等間隔に設けてあるので、ＭＲセンサ１及び２の各２つのセンサの検出面に最近接する突起物７及び９の各部位の、入力軸１５及び出力軸１８の軸方向の位置と、入力軸１５及び出力軸１８の回転角度とを対応させることが出来る。
【００４５】
ステアリングホイール４に操舵トルクが加えられ、トーションバー５が捩れて入力軸１５及び出力軸１８が回転する場合には、ＭＲセンサ１及び２の各センサの検出信号は、その捩じれ角度に応じた電圧差が生じる。ＭＲセンサ１及び２の各２つのセンサの検出信号は、各出力ケーブルを通じて、図示しない信号処理部に与えられ、トルクセンサ１３の信号処理部は、実施の形態１において説明したように、各センサの検出信号を選択し、選択した検出信号により算出された操舵トルクに応じた信号を出力することが出来る。
電動モータ２４は、トルクセンサ１３が出力した信号に基づいて駆動され、ステアリングホイール４の回転に応じた舵取機構の動作を補助し、舵取の為の運転者の労力負担を軽減する。
【００４６】
【発明の効果】
第１，２発明に係る回転角度検出装置によれば、故障を検出することが出来、また、レンジ内の検出信号を出力する故障であっても検出することが出来る回転角度検出装置を実現することが出来る。
【００４７】
第３発明に係るトルクセンサによれば、回転角度検出装置の故障を検出することが出来るトルクセンサを実現することが出来る。
【００４８】
第４発明に係る舵取装置によれば、回転角度検出装置の故障を検出することが出来るトルクセンサを備えた舵取装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転角度検出装置及びトルクセンサの実施の形態の要部構成を模式的に示した模式図である。
【図２】ＭＲセンサの検出信号の波形例を示す波形図である。
【図３】ＭＲセンサの検出信号を説明する為の説明図である。
【図４】本発明に係る回転角度検出装置の動作を説明する為の説明図である。
【図５】本発明に係る回転角度検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る回転角度検出装置の動作を説明する為の説明図である。
【図７】本発明に係る回転角度検出装置の動作を説明する為の説明図である。
【図８】本発明に係る舵取装置の実施の形態の要部構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１，２ ＭＲセンサ（磁気抵抗効果素子）
１Ａ，２Ａ センサ（第１検出手段）
１Ｂ，２Ｂ センサ（第２検出手段）
３ メモリ（記憶手段）
４ ステアリングホイール（操舵輪）
５ トーションバー
６，８ 中間部（回転体、周面）
７，９ 突起物（ターゲット）
１１ 信号処理部
１３ トルクセンサ
１５ 入力軸
１８ 下部軸（出力軸）
２３ 上部軸（入力軸）
２４ 電動モータ
Claims (4)
- 回転体と、該回転体が回転するに従って、検出される部位が周期的及び連続的に変化すべく、前記回転体に設けられた１又は複数のターゲットと、該ターゲットの近接する部位を検出する第１検出手段と、該第１検出手段が検出する部位と位相が所定角度異なる部位を検出する第２検出手段とを備え、前記第１検出手段又は第２検出手段が出力した検出信号に基づき、前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記第１検出手段及び第２検出手段が同時的に出力すべき検出信号値の組を記憶してある記憶手段と、前記第１検出手段及び第２検出手段が同時的に出力した検出信号値の組に略等しい組が、前記記憶手段が記憶してある検出信号値の組にあるか否かを判定する手段とを備え、該手段が否と判定したときは、故障通知信号を出力すべくなしてあることを特徴とする回転角度検出装置。 - 回転体と、該回転体が回転するに従って、検出される部位が周期的及び連続的に変化すべく、前記回転体に設けられた１又は複数のターゲットと、該ターゲットの近接する部位を検出する第１検出手段と、該第１検出手段が検出する部位と位相が所定角度異なる部位を検出する第２検出手段とを備え、前記第１検出手段又は第２検出手段が出力した検出信号に基づき、前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記回転体の回転角度を検出する為に、前記第１検出手段及び第２検出手段の何れかを選択する選択手段と、該選択手段に選択された一方が出力すべき検出信号値に対応させて、該検出信号値と同時的に他方が出力すべき検出信号値を記憶してある記憶手段と、前記選択手段に選択された一方が出力した検出信号値に対応させて前記記憶手段が記憶してある他方の検出信号値が、他方が出力した検出信号値に略等しいか否かを判定する手段とを備え、該手段が否と判定したときは、故障通知信号を出力すべくなしてあることを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項１又は２に記載された回転角度検出装置を、トーションバーにより連結された入力軸及び出力軸にそれぞれ備え、前記回転角度検出装置が検出した回転角度の、前記トーションバーに生じた捩れによる差に基づき、前記入力軸に加わるトルクを検出することを特徴とするトルクセンサ。
- 操舵輪に繋がる入力軸と、前記操舵輪に加わる操舵トルクに基づき駆動制御される操舵補助用の電動モータと、該電動モータに連動する出力軸と、前記入力軸及び該出力軸を連結するトーションバーと、前記入力軸に加わる操舵トルクを検出する請求項３に記載されたトルクセンサとを備え、該トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき操舵補助すべくなしてあることを特徴とする舵取装置。
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