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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-10
(45)【発行日】2024-04-18
(54)【発明の名称】回転角度検出装置
(51)【国際特許分類】
G01B 7/30 20060101AFI20240411BHJP
G01D 5/14 20060101ALI20240411BHJP
【ＦＩ】
G01B7/30 H
G01D5/14 E
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020190049
(22)【出願日】2020-11-16
(65)【公開番号】P2022079087
(43)【公開日】2022-05-26
【審査請求日】2023-04-10
(73)【特許権者】
【識別番号】000004695
【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】110001472
【氏名又は名称】弁理士法人かいせい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】西口 佳孝
(72)【発明者】
【氏名】田中 健
(72)【発明者】
【氏名】内田 圭祐
【審査官】櫻井 仁
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－０７５１０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１４４７５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１３７２２５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２００８－５１４４７６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ ７／３０
Ｇ０１Ｄ ５／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステアリングホイール（１０１）に連動して回転するステアリングシャフト（１０２）の第１回転角度を検出する第１検出部（２１０）と、前記ステアリングシャフトに減速機構（３０２）を介して連結されるモータシャフト（３０１）の第２回転角度を検出する第２検出部（２３０）と、
前記第１検出部から前記第１回転角度を入力すると共に、前記第２検出部から前記第２回転角度を入力し、前記第１回転角度と前記第２回転角度との差角に基づき、前記ステアリングシャフトの舵角を演算する演算部（２５０）と、
を含み、
前記第１検出部は、
前記ステアリングシャフトに連動して回転する主動歯車（２１３）と、
前記主動歯車に噛み合わされると共に、前記主動歯車に連動して回転する従動歯車（２１４）と、
前記従動歯車に固定されると共に、前記従動歯車と共に回転する磁石（２１５）と、
前記磁石から受ける磁束の変化に基づいて前記ステアリングシャフトの前記第１回転角度を検出する磁束検出部（２１６）と、を有し、
前記ステアリングシャフトと前記モータシャフトとの間の前記減速機構の第１減速比をＺ ＥＰＳ と定義し、前記主動歯車と前記従動歯車との間の第２減速比をＺ ａｎｇｌｅ と定義し、前記演算部で取得される前記舵角の角度範囲をθと定義すると、
前記第１減速比Ｚ ＥＰＳ 、前記第２減速比Ｚ ａｎｇｌｅ 、及び前記舵角の角度範囲θは、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される、回転角度検出装置。
【請求項2】
ステアリングホイール（１０１）に連動して回転するステアリングシャフト（１０２）の第１回転角度を検出する第１検出部（２１０）と、前記ステアリングシャフトに減速機構（３０２）を介して連結されるモータシャフト（３０１）の第２回転角度を検出する第２検出部（２３０）と、
前記第１検出部から前記第１回転角度を入力すると共に、前記第２検出部から前記第２回転角度を入力し、前記第１回転角度と前記第２回転角度との差角に基づき、前記ステアリングシャフトの舵角を演算する演算部（２５０）と、
を含み、
前記第１検出部は、
前記ステアリングシャフトに連動して回転する主動歯車（２１３）と、
前記主動歯車に噛み合わされると共に、前記主動歯車に連動して回転する従動歯車（２１４）と、
前記従動歯車に固定されると共に、前記従動歯車と共に回転する磁石（２１５）と、
前記磁石から受ける磁束の変化に基づいて前記ステアリングシャフトの前記第１回転角度を検出する磁束検出部（２１６）と、を有し、
前記ステアリングシャフトと前記モータシャフトとの間の前記減速機構の第１減速比をＺ ＥＰＳ と定義し、前記主動歯車と前記従動歯車との間の第２減速比をＺ ａｎｇｌｅ と定義し、前記第２減速比を整数倍する仮想ギヤ比をＮと定義し、前記演算部で取得される前記舵角の角度範囲をθと定義すると、
前記第１減速比Ｚ ＥＰＳ 、前記第２減速比Ｚ ａｎｇｌｅ 、前記仮想ギヤ比Ｎ、及び前記舵角の角度範囲θは、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｎ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｎ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される、回転角度検出装置。
【請求項3】
ステアリングホイール（１０１）に連動して回転するステアリングシャフト（１０２）の第１回転角度を検出する第１検出部（２１０）と、前記ステアリングシャフトに減速機構（３０２）を介して連結されるモータシャフト（３０１）の第２回転角度を検出する第２検出部（２３０）と、
前記第１検出部から前記第１回転角度を入力すると共に、前記第２検出部から前記第２回転角度を入力し、前記第１回転角度と前記第２回転角度との差角に基づき、前記ステアリングシャフトの舵角を演算する演算部（２５０）と、
を含み、
前記第１検出部は、
前記ステアリングシャフトに連動して回転する主動歯車（２１３）と、
前記主動歯車に噛み合わされると共に、前記主動歯車に連動して回転する従動歯車（２１４）と、
前記従動歯車に固定されると共に、前記従動歯車と共に回転する磁石（２１５）と、
前記磁石から受ける磁束の変化に基づいて前記ステアリングシャフトの前記第１回転角度を検出する磁束検出部（２１６）と、を有し、
前記磁石は、前記従動歯車が１回転する間に複数の周期の磁束の変化を発生させ、
前記ステアリングシャフトと前記モータシャフトとの間の前記減速機構の第１減速比をＺ ＥＰＳ と定義し、前記主動歯車と前記従動歯車との間の第２減速比をＺ ａｎｇｌｅ と定義し、前記磁石の対極数をＰ ａｎｇｌｅ と定義し、前記演算部で取得される前記舵角の角度範囲をθと定義すると、
前記第１減速比Ｚ ＥＰＳ 、前記第２減速比Ｚ ａｎｇｌｅ 、前記対極数Ｐ ａｎｇｌｅ 、及び前記舵角の角度範囲θは、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｐ ａｎｇｌｅ ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｐ ａｎｇｌｅ ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすよう設定される、回転角度検出装置。
【請求項4】
ステアリングホイール（１０１）に連動して回転するステアリングシャフト（１０２）の第１回転角度を検出する第１検出部（２１０）と、前記ステアリングシャフトに減速機構（３０２）を介して連結されるモータシャフト（３０１）の第２回転角度を検出する第２検出部（２３０）と、
前記第１検出部から前記第１回転角度を入力すると共に、前記第２検出部から前記第２回転角度を入力し、前記第１回転角度と前記第２回転角度との差角に基づき、前記ステアリングシャフトの舵角を演算する演算部（２５０）と、
を含み、
前記第１検出部は、
前記ステアリングシャフトに連動して回転する主動歯車（２１３）と、
前記主動歯車に噛み合わされると共に、前記主動歯車に連動して回転する従動歯車（２１４）と、
前記従動歯車に固定されると共に、前記従動歯車と共に回転する磁石（２１５）と、
前記磁石から受ける磁束の変化に基づいて前記ステアリングシャフトの前記第１回転角度を検出する磁束検出部（２１６）と、を有し、
前記磁石は、前記従動歯車が１回転する間に複数の周期の磁束の変化を発生させ、
前記ステアリングシャフトと前記モータシャフトとの間の前記減速機構の第１減速比をＺ ＥＰＳ と定義し、前記主動歯車と前記従動歯車との間の第２減速比をＺ ａｎｇｌｅ と定義し、前記磁石の対極数をＰ ａｎｇｌｅ と定義し、前記第２減速比を整数倍する仮想ギヤ比をＮと定義し、前記演算部で取得される前記舵角の角度範囲をθと定義すると、
前記第１減速比Ｚ ＥＰＳ 、前記第２減速比Ｚ ａｎｇｌｅ 、前記対極数Ｐ ａｎｇｌｅ 、前記仮想ギヤ比Ｎ、及び前記舵角の角度範囲θは、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｐ ａｎｇｌｅ ×Ｎ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｐ ａｎｇｌｅ ×Ｎ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される、回転角度検出装置。
【請求項5】
前記演算部は、前記第１回転角度の角度周期を整数倍する角度補正部（２５１）を有する、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の回転角度検出装置。
【請求項6】
ステアリングホイール（１０１）に連動して回転するステアリングシャフト（１０２）の第１回転角度を検出する第１検出部（２１０）と、前記ステアリングシャフトに減速機構（３０２）を介して連結されるモータシャフト（３０１）の第２回転角度を検出する第２検出部（２３０）と、
前記第１検出部から前記第１回転角度を入力すると共に、前記第２検出部から前記第２回転角度を入力し、前記第１回転角度と前記第２回転角度との差角に基づき、前記ステアリングシャフトの舵角を演算する演算部（２５０）と、
を含み、
前記演算部は、前記第１回転角度の角度周期を整数倍する角度補正部（２５１）を有する、回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、車両のステアリングシャフトの操舵角度を検出する舵角検出装置が、例えば特許文献１で提案されている。舵角検出装置は、バーニヤ演算部、中立周期特定部、及び中立点特定部を備える。
【0003】
バーニヤ演算部は、モータ角度及びステアリングシャフト角度に基づいて基準角度を演算する。中立周期特定部は、推定もしくは測定されたセルフアライニングトルク値を入力する。中立周期特定部は、セルフアライニングトルク値に基づいて基準角度の中立周期を特定する。
【0004】
中立点特定部は、予め記憶されたハンドル中立点の基準角度の値を中立点値として入力する。中立点特定部は、中立点を含む中立周期を特定された角度信号を中立周期特定部から入力する。そして、中立点特定部は、中立点値及び角度信号に基づいて、操舵角度を取得する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】国際公開第２０１６／１３２８７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記従来の技術では、操舵角度の取得のためにセルフアライニングトルク値が必要である。このため、セルフアライニングトルク値を推定するための複雑な推定手段や、セルフアライニングトルク値を測定するための測定手段が、舵角検出装置に必要になってしまう。
【0007】
本発明は上記点に鑑み、セルフアライニングトルク値を必要とせずに、舵角演算を簡素化することができる回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、請求項１～４、６に記載の発明では、回転角度検出装置は、第１検出部（２１０）、第２検出部（２３０）、及び演算部（２５０）を含む。
【0009】
第１検出部は、ステアリングホイール（１０１）に連動して回転するステアリングシャフト（１０２）の第１回転角度を検出する。第２検出部は、ステアリングシャフトに減速機構（３０２）を介して連結されるモータシャフト（３０１）の第２回転角度を検出する。
【0010】
演算部は、第１検出部から第１回転角度を入力すると共に、第２検出部から第２回転角度を入力し、第１回転角度と第２回転角度との差角に基づき、ステアリングシャフトの舵角を演算する。
また、請求項１～４に記載の発明では、第１検出部は、ステアリングシャフトに連動して回転する主動歯車（２１３）と、主動歯車に噛み合わされると共に、主動歯車に連動して回転する従動歯車（２１４）と、従動歯車に固定されると共に、従動歯車と共に回転する磁石（２１５）と、磁石から受ける磁束の変化に基づいてステアリングシャフトの第１回転角度を検出する磁束検出部（２１６）と、を有する。
さらに、請求項１に記載の発明では、ステアリングシャフトとモータシャフトとの間の減速機構の第１減速比をＺ ＥＰＳ と定義し、主動歯車と従動歯車との間の第２減速比をＺ ａｎｇｌｅ と定義し、演算部で取得される舵角の角度範囲をθと定義すると、第１減速比Ｚ ＥＰＳ 、第２減速比Ｚ ａｎｇｌｅ 、及び舵角の角度範囲θは、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される。
請求項２に記載の発明では、ステアリングシャフトとモータシャフトとの間の減速機構の第１減速比をＺ ＥＰＳ と定義し、主動歯車と従動歯車との間の第２減速比をＺ ａｎｇｌｅ と定義し、第２減速比を整数倍する仮想ギヤ比をＮと定義し、演算部で取得される舵角の角度範囲をθと定義すると、第１減速比Ｚ ＥＰＳ 、第２減速比Ｚ ａｎｇｌｅ 、仮想ギヤ比Ｎ、及び舵角の角度範囲θは、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｎ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｎ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される。
請求項３に記載の発明では、磁石は、従動歯車が１回転する間に複数の周期の磁束の変化を発生させる。ステアリングシャフトとモータシャフトとの間の減速機構の第１減速比をＺ ＥＰＳ と定義し、主動歯車と従動歯車との間の第２減速比をＺ ａｎｇｌｅ と定義し、磁石の対極数をＰ ａｎｇｌｅ と定義し、演算部で取得される舵角の角度範囲をθと定義すると、第１減速比Ｚ ＥＰＳ 、第２減速比Ｚ ａｎｇｌｅ 、対極数Ｐ ａｎｇｌｅ 、及び舵角の角度範囲θは、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｐ ａｎｇｌｅ ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｐ ａｎｇｌｅ ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすよう設定される。
請求項４に記載の発明では、磁石は、従動歯車が１回転する間に複数の周期の磁束の変化を発生させる。ステアリングシャフトとモータシャフトとの間の減速機構の第１減速比をＺ ＥＰＳ と定義し、主動歯車と従動歯車との間の第２減速比をＺ ａｎｇｌｅ と定義し、磁石の対極数をＰ ａｎｇｌｅ と定義し、第２減速比を整数倍する仮想ギヤ比をＮと定義し、演算部で取得される舵角の角度範囲をθと定義すると、第１減速比Ｚ ＥＰＳ 、第２減速比Ｚ ａｎｇｌｅ 、対極数Ｐ ａｎｇｌｅ 、仮想ギヤ比Ｎ、及び舵角の角度範囲θは、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｐ ａｎｇｌｅ ×Ｎ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｐ ａｎｇｌｅ ×Ｎ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される。
請求項６に記載の発明では、演算部は、第１回転角度の角度周期を整数倍する角度補正部（２５１）を有する。
また、請求項１～４に記載の発明では、第１検出部は、ステアリングシャフトに連動して回転する主動歯車（２１３）と、主動歯車に噛み合わされると共に、主動歯車に連動して回転する従動歯車（２１４）と、従動歯車に固定されると共に、従動歯車と共に回転する磁石（２１５）と、磁石から受ける磁束の変化に基づいてステアリングシャフトの第１回転角度を検出する磁束検出部（２１６）と、を有する。
さらに、請求項１に記載の発明では、ステアリングシャフトとモータシャフトとの間の減速機構の第１減速比をＺ ＥＰＳ と定義し、主動歯車と従動歯車との間の第２減速比をＺ ａｎｇｌｅ と定義し、演算部で取得される舵角の角度範囲をθと定義すると、第１減速比Ｚ ＥＰＳ 、第２減速比Ｚ ａｎｇｌｅ 、及び舵角の角度範囲θは、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される。
請求項２に記載の発明では、ステアリングシャフトとモータシャフトとの間の減速機構の第１減速比をＺ ＥＰＳ と定義し、主動歯車と従動歯車との間の第２減速比をＺ ａｎｇｌｅ と定義し、第２減速比を整数倍する仮想ギヤ比をＮと定義し、演算部で取得される舵角の角度範囲をθと定義すると、第１減速比Ｚ ＥＰＳ 、第２減速比Ｚ ａｎｇｌｅ 、仮想ギヤ比Ｎ、及び舵角の角度範囲θは、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｎ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｎ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される。
請求項３に記載の発明では、磁石は、従動歯車が１回転する間に複数の周期の磁束の変化を発生させる。ステアリングシャフトとモータシャフトとの間の減速機構の第１減速比をＺ ＥＰＳ と定義し、主動歯車と従動歯車との間の第２減速比をＺ ａｎｇｌｅ と定義し、磁石の対極数をＰ ａｎｇｌｅ と定義し、演算部で取得される舵角の角度範囲をθと定義すると、第１減速比Ｚ ＥＰＳ 、第２減速比Ｚ ａｎｇｌｅ 、対極数Ｐ ａｎｇｌｅ 、及び舵角の角度範囲θは、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｐ ａｎｇｌｅ ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｐ ａｎｇｌｅ ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすよう設定される。
請求項４に記載の発明では、磁石は、従動歯車が１回転する間に複数の周期の磁束の変化を発生させる。ステアリングシャフトとモータシャフトとの間の減速機構の第１減速比をＺ ＥＰＳ と定義し、主動歯車と従動歯車との間の第２減速比をＺ ａｎｇｌｅ と定義し、磁石の対極数をＰ ａｎｇｌｅ と定義し、第２減速比を整数倍する仮想ギヤ比をＮと定義し、演算部で取得される舵角の角度範囲をθと定義すると、第１減速比Ｚ ＥＰＳ 、第２減速比Ｚ ａｎｇｌｅ 、対極数Ｐ ａｎｇｌｅ 、仮想ギヤ比Ｎ、及び舵角の角度範囲θは、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｐ ａｎｇｌｅ ×Ｎ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（Ｚ ＥＰＳ －Ｚ ａｎｇｌｅ ×Ｐ ａｎｇｌｅ ×Ｎ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される。
請求項６に記載の発明では、演算部は、第１回転角度の角度周期を整数倍する角度補正部（２５１）を有する。
【0011】
これによると、ステアリングシャフトの第１回転角度とモータシャフトの第２回転角度との差角に基づいてステアリングシャフトの舵角を演算する構成である。したがって、セルフアライニングトルク値を必要とせずに、ステアリングシャフトの舵角演算を簡素化することができる。
【0012】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１実施形態に係るステアリングシステムを示した図である。
【図2】舵角センサの分解斜視図である。
【図3】モータ及びモータ制御装置を示した断面図である。
【図4】舵角センサの出力及び回転角センサの出力を示した図である。
【図5】第１回転角度と第２回転角度との差角と舵角との関係を示した図である。
【図6】第２実施形態において、舵角センサの出力と回転角センサの出力とが大きく異なる場合の舵角を示した図である。
【図8】第２実施形態に係る舵角センサの磁石の斜視図である。
【図9】第３実施形態に係る演算部を示した図である。
【図10】舵角センサの出力を５倍した内容を示した図である。
【図11】演算部の角度補正処理の内容を示したフローチャートである。
【図12】角度補正処理によって整数倍された角度波形を示した図である。
【図13】拡大された舵角検出範囲と差角との関係を示した図である。
【図14】第３実施形態に係るトルクセンサの分解斜視図である。
【図15】第３実施形態に係るトルクセンサの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【0015】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図を参照して説明する。図１に示されるように、ステアリングシステム１００は、ステアリングホイール１０１、ステアリングシャフト１０２、ピニオンギヤ１０３、ラック軸１０４、車輪１０５、回転角度検出装置２００、及び電動パワーステアリング装置３００を備える。
以下、第１実施形態について図を参照して説明する。図１に示されるように、ステアリングシステム１００は、ステアリングホイール１０１、ステアリングシャフト１０２、ピニオンギヤ１０３、ラック軸１０４、車輪１０５、回転角度検出装置２００、及び電動パワーステアリング装置３００を備える。
【0016】
ステアリングホイール１０１は、運転者によって操作される操舵部材である。ステアリングシャフト１０２は、ステアリングホイール１０１に連動して回転軸を中心に回転する。ピニオンギヤ１０３は、ステアリングシャフト１０２の回転をラック軸１０４の動きに変換する。車輪１０５は、ラック軸１０４に接続される。
【0017】
【0018】
電動パワーステアリング装置３００は、運転者がステアリングホイール１０１を軽い力で操作することを可能にする操舵装置である。図１に示されるように、電動パワーステアリング装置３００は、指令に従ってモータシャフト３０１を回転させる。これにより、電動パワーステアリング装置３００は、減速機構３０２を介してステアリングシャフト１０２にトルクを与える。減速機構３０２は、モータシャフト３０１の回転をステアリングシャフト１０２に機械的に伝える減速ギヤである。
【0019】
回転角度検出装置２００の舵角センサ２１０は、ステアリングシャフト１０２の第１回転角度を検出する。第１回転角度は、０°～３６０°の絶対角度である。図２に示されるように、舵角センサ２１０は、筐体２１１、２１２、主動歯車２１３、従動歯車２１４、磁石２１５、磁束検出部２１６、基板２１７、及びコネクタ２１８を有する。
【0020】
筐体２１１、２１２は、互いに組み合わされることで、主動歯車２１３等の各部品を収容する。筐体２１１、２１２は、ステアリングシャフト１０２に通されると共に、ステアリングシャフト１０２に対して位置が固定される。
【0021】
主動歯車２１３は、ステアリングシャフト１０２に固定されると共に、ステアリングシャフト１０２に連動して回転する。従動歯車２１４は、主動歯車２１３に噛み合わされると共に、主動歯車２１３に連動して回転する。従動歯車２１４は、筐体２１２の窪みに配置される。
【0022】
磁石２１５は、ステアリングシャフト１０２の径方向に着磁された一対のＮ極及びＳ極からなる２極磁石である。磁石２１５は、従動歯車２１４に固定されると共に、従動歯車２１４と共に回転する。磁束検出部２１６は、磁石２１５から受ける磁束の変化に基づいてステアリングシャフト１０２の第１回転角度を検出する。
【0023】
磁束検出部２１６は、ホール素子や磁気抵抗素子を含むモールド体として構成される。磁束検出部２１６は、基板２１７に実装される。磁気式の検出方式は、ポテンショメータやロータリエンコーダ等の角度検出手段と比較して、コスト、体格、耐久性等の量産面で優れる。
【0024】
基板２１７は、例えばプリント基板である。コネクタ２１８は、磁束検出部２１６の検出結果を演算部２５０に出力するための配線に接続される。
【0025】
回転角センサ２３０は、電動パワーステアリング装置３００に収容される。回転角センサ２３０は、モータシャフト３０１の第２回転角度を検出する。第２回転角度は、０°～３６０°の絶対角度である。回転角センサ２３０は、上述の磁気式、あるいはレゾルバ等の回転角センサとして構成される。
【0026】
演算部２５０は、舵角センサ２１０から第１回転角度の情報を入力すると共に、電動パワーステアリング装置３００内の回転角センサ２３０から第２回転角度の情報を入力する。演算部２５０は、第１回転角度と第２回転角度との差角に基づき、ステアリングシャフト１０２の舵角を演算する。演算部２５０は、舵角センサ２１０や電動パワーステアリング装置３００に収容される。あるいは、演算部２５０は、単独で車両に搭載される。
【0027】
図１、図３に示されるように、電動パワーステアリング装置３００は、減速機構３０２の他に、トルクセンサ３１０、モータ３３０、及びモータ制御装置３５０を有する。トルクセンサ３１０は、運転者がステアリングホイール１０１を操作することにより入力される操舵トルクを検出する。トルクセンサ３１０は、ステアリングシャフト１０２に設けられる。
【0028】
モータ３３０は、ブラシレスタイプのＥＰＳモータ（Electric Power Steering）として構成される。図３に示されるように、モータ３３０は、筐体３３１、モータシャフト３０１、ロータ３３２、磁石３３３、ステータ３３４、及び巻線３３５を有する。
【0029】
モータシャフト３０１は、回転軸を中心に回転可能に筐体３３１に設けられる。モータシャフト３０１は、筐体３３１に設けられた軸受に支持される。モータシャフト３０１は、減速機構３０２に連結される。ロータ３３２は、モータシャフト３０１に固定される。磁石３３３は、ロータ３３２に設けられる。ステータ３３４は、筐体３３１に固定されると共に、巻線３３５が巻かれている。
【0030】
モータ制御装置３５０は、モータ３３０の筐体３３１に収容される。モータ制御装置３５０は、基板３５１を有する。基板３５１には、モータ３３０を制御するための図示しない電子部品が実装されている。モータ制御装置３５０は、回転角センサ２３０によって検出される第２回転角度に基づき、モータ３３０を制御する。
【0031】
回転角センサ２３０は、磁石２３１及び磁束検出部２３２を有する。磁石２３１は、モータシャフト３０１の端面に固定される。磁石２３１は、モータシャフト３０１の径方向に着磁された一対のＮ極及びＳ極からなる２極磁石である。磁束検出部２３２は、磁石２３１に対向するように基板３５１に実装される。回転角センサ２３０は、回転角度検出装置２００と電動パワーステアリング装置３００との両方で用いられる。
【0032】
次に、ステアリングシャフト１０２の舵角の検出原理について説明する。舵角センサ２１０は、ステアリングシャフト１０２の第１回転角度を検出する。回転角センサ２３０は、モータシャフト３０１の第２回転角度を検出する。
【0033】
図４に示されるように、ステアリングシャフト１０２が１回転する間において、舵角センサ２１０の出力である第１回転角度と回転角センサ２３０の出力である第２回転角度とは異なる。そして、演算部２５０は、バーニヤ演算を行う。すなわち、演算部２５０は、第１回転角度と第２回転角度との差角を演算する。これにより、図５に示されるように、差角に対する舵角が得られる。したがって、演算部２５０は、第１回転角度と第２回転角度との差角から舵角を推定することができる。
【0034】
ここで、任意の舵角範囲において舵角を一意に特定するためには、任意の舵角範囲における差角を舵角センサ２１０や磁束検出部２３２によって検出可能な角度よりも小さい角度になるようにすれば良い。
【0035】
具体的には、ステアリングシャフト１０２とモータシャフト３０１との間の減速機構３０２の第１減速比をＺＥＰＳと定義する。主動歯車２１３と従動歯車２１４との間の第２減速比をＺａｎｇｌｅと定義する。減速比は、ギヤ比である。
【0036】
また、演算部２５０で取得される舵角の角度範囲をθと定義する。例えば、ステアリングホイール１０１が－５００°から＋５００°まで回転する場合、舵角の角度範囲θは１０００°である。舵角の角度範囲θは、２０００°に設定されても良い。
【0037】
そして、第１減速比ＺＥＰＳ、第２減速比Ｚａｎｇｌｅ、及び舵角の角度範囲θは、
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される。これにより、演算部２５０はバーニヤ演算によって容易に舵角を一意に特定することができる。
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される。これにより、演算部２５０はバーニヤ演算によって容易に舵角を一意に特定することができる。
【0038】
条件が３６０°または１８０°に分けられているのは、磁束検出部２１６、２３２に採用される検出素子に依存するためである。磁束検出部２１６、２３２の検出素子として、例えばＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）やＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistance）が採用される場合、３６０°未満の条件が適用される。磁束検出部２１６、２３２の検出素子として、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistance）が採用される場合、１８０°未満の条件が適用される。
【0039】
以上説明したように、本実施形態では、ステアリングシャフト１０２の第１回転角度とモータシャフト３０１の第２回転角度との差角に基づいてステアリングシャフト１０２の舵角を演算する。このため、セルフアライニングトルク値は不要である。もちろん、セルフアライニングトルク値を推定するための複雑な推定手段や、セルフアライニングトルク値を測定するための測定手段も、不要となる。したがって、ステアリングシャフト１０２の舵角演算を簡素化することができる。
【0040】
また、舵角センサ２１０は、主動歯車２１３、従動歯車２１４、磁石２１５、及び磁束検出部２１６を備えた構成とすることができる。よって、舵角センサ２１０及び回転角度検出装置２００の大幅な低コスト化及び小型化が可能となる。
【0041】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、舵角センサ２１０が特許請求の範囲の「第１検出部」に対応し、回転角センサ２３０が特許請求の範囲の「第２検出部」に対応する。
【0042】
（第２実施形態）
本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。一般的には、減速機構３０２の第１減速比ＺＥＰＳは、車種によって異なるが、１３～２０：１程度である。これに対し、舵角センサ２１０の体格の制約上、主動歯車２１３と従動歯車２１４との第２減速比Ｚａｎｇｌｅは２～４：１程度が現実的な値である。したがって、舵角センサ２１０に２極の磁石２１５が採用される場合、電動パワーステアリング装置３００のギヤ比と舵角センサ２１０のギヤ比との差が大きくなる。このため、充分な舵角検出範囲を確保できない可能性がある。
本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。一般的には、減速機構３０２の第１減速比ＺＥＰＳは、車種によって異なるが、１３～２０：１程度である。これに対し、舵角センサ２１０の体格の制約上、主動歯車２１３と従動歯車２１４との第２減速比Ｚａｎｇｌｅは２～４：１程度が現実的な値である。したがって、舵角センサ２１０に２極の磁石２１５が採用される場合、電動パワーステアリング装置３００のギヤ比と舵角センサ２１０のギヤ比との差が大きくなる。このため、充分な舵角検出範囲を確保できない可能性がある。
【0043】
例えば、電動パワーステアリング装置３００の減速機構３０２の第１減速比ＺＥＰＳを１８．５とする。また、主動歯車２１３と従動歯車２１４との第２減速比Ｚａｎｇｌｅを７８：２１＝３．７１とする。この場合、図６に示されるように、ステアリングシャフト１０２が１回転する間において、ステアリングシャフト１０２の第１回転角度とモータシャフト３０１の第２回転角度とが大きく異なる。そして、図７に示されるように、バーニヤ演算によって舵角を演算する場合、舵角が一意に決まるのは０°～約２５°の範囲に限定される。
【0044】
そこで、本実施形態では、図８に示されるように、舵角センサ２１０の磁石２１５は、多極磁石として構成される。これにより、磁石２１５は、従動歯車２１４が１回転する間に複数の周期の磁束の変化を発生させる。磁束検出部２１６は、磁石２１５の側面に対向配置される。
【0045】
また、任意の舵角範囲において舵角を一意に特定するため、磁石２１５の対極数をＰａｎｇｌｅと定義する。対極数とは、Ｎ極とＳ極の対の数である。図８に示された磁石２１５は、磁極の対が３であるので、対極数は３である。対極数は少なくとも２以上であれば良い。
【0046】
したがって、第１減速比ＺＥＰＳ、第２減速比Ｚａｎｇｌｅ、対極数Ｐａｎｇｌｅ、及び舵角の角度範囲θは、
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｐａｎｇｌｅ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｐａｎｇｌｅ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすよう設定される。
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｐａｎｇｌｅ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｐａｎｇｌｅ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすよう設定される。
【0047】
以上の条件を満たすことにより、（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｐａｎｇｌｅ）の値を小さくすることができる。すなわち、ステアリングシャフト１０２の回転周期とモータシャフト３０１の回転周期との差を小さくすることができる。したがって、充分な舵角検出範囲を確保することができる。
【0048】
（第３実施形態）
本実施形態では、主に第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。近年、ステアリングシャフト１０２の舵角検出範囲は拡大傾向にある。一般的な車両では、ステアリングホイール１０１の回転数は３回転程度である。しかし、６回転以上を検出したいというニーズもある。第２実施形態では、磁石２１５を多極化することによって舵角の検出可能な範囲を拡大したが、磁石２１５の磁極数を増やすにも物理的な限界がある。
本実施形態では、主に第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。近年、ステアリングシャフト１０２の舵角検出範囲は拡大傾向にある。一般的な車両では、ステアリングホイール１０１の回転数は３回転程度である。しかし、６回転以上を検出したいというニーズもある。第２実施形態では、磁石２１５を多極化することによって舵角の検出可能な範囲を拡大したが、磁石２１５の磁極数を増やすにも物理的な限界がある。
【0049】
そこで、本実施形態では、ソフトウェアの演算によって、体格の制約下において、舵角の検出範囲を拡大する。具体的には、図９に示されるように、演算部２５０は、角度補正部２５１を有する。角度補正部２５１は、第１回転角度の角度周期を整数倍する。このように、舵角センサ２１０の出力を整数倍することで、仮想的にギヤ比を高めることができる。
【0050】
例えば、主動歯車２１３と従動歯車２１４との間の第２減速比Ｚａｎｇｌｅは約３．７１とすると、ステアリングホイール１０１の１回転中に３．７１周期の変化を伴う。これに対し、整数倍として、例えば周期を５倍する。このように、主動歯車２１３と従動歯車２１４との間の第２減速比Ｚａｎｇｌｅを整数倍する仮想ギヤ比をＮと定義する。
【0051】
したがって、第１減速比ＺＥＰＳ、第２減速比Ｚａｎｇｌｅ、仮想ギヤ比Ｎ、及び舵角の角度範囲θは、
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｎ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｎ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される。
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｎ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｎ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される。
【0052】
仮想ギヤ比Ｎを５倍とした場合、舵角センサ２１０の出力は、５倍される。これにより、図１０に示されるように、舵角センサ２１０の出力は、ギヤ比が１８．５５に相当する角度波形に補正される。
【0053】
具体的には、図１１に示されるように、角度補正処理が行われる。角度補正処理は、演算部２５０が実行する。また、仮想ギヤ比Ｎを３倍とする。
【0054】
まず、ステップＳ２６１では、仮想ギヤ比Ｎが定義される。例えばＮ＝３とする。続いて、ステップＳ２６２では、閾値θｔｈ＝０°に設定される。ステップＳ２６３では、舵角センサ２１０の出力である第１回転角度が取得される。例えば、第１回転角度は、θ＝１２５°とする。
【0055】
続いて、ステップＳ２６４では、第１回転角度がθｔｈ≦θ＜θｔｈ＋（３６０°／Ｎ）の条件を満たすか否かが判定される。Ｎ＝３、θｔｈ＝０°であるので、０°＜θ＜１２０°の条件を満たすか否かが判定される。θ＝１２５°であるので、ステップＳ２６４の条件を満たさない。したがって、ステップＳ２６５に進む。
【0056】
ステップＳ２６５では、閾値θｔｈが閾値θｔｈ＝θｔｈ＋（３６０°／Ｎ）に再設定される。Ｎ＝３、θｔｈ＝０°であるので、θｔｈ＝０°＋（３６０°／３）＝１２０°となる。この後、ステップＳ２６４に戻る。
【0057】
ステップＳ２６４では、再設定された閾値θｔｈに従って条件を満たすか否かが判定される。閾値はθｔｈ＝１２０°に再設定されたので、θ＝１２５°は１２０°＜θ＜２４０°の条件を満たす。よって、ステップＳ２６６に進む。なお、ステップＳ２６４の条件を満たさない場合、ステップＳ２６５とステップＳ２６４とを繰り返す。
【0058】
ステップＳ２６６では、θ１＝θ－θｔｈが取得される。θ＝１２５°、閾値θｔｈ＝１２０°であるので、θ１＝５°となる。ステップＳ２６７では、θ２＝Ｎ×θ１が取得される。Ｎ＝３、θ１＝５°であるので、θ２＝１５°となる。つまり、１２５°の第１回転角度が１５°に補正されたことになる。こうして、角度補正処理が終了する。これにより、図１２に示されるように、舵角センサ２１０の１２５°の第１回転角度は、回転角度を３倍した角度波形に補正される。
【0059】
以上の角度補正処理により、舵角センサ２１０の主動歯車２１３と従動歯車２１４とのギヤ比を仮想的に高めることができるので、（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｎ）の値が小さくなる。このため、図１３に示されるように、舵角検出範囲を２０００°以上に拡大することができる。仮想ギヤ比Ｎは、舵角検出範囲に応じて整数の範囲で適宜設定すれば良い。
【0060】
変形例として、磁石２１５を多極化しても良い。この場合、第１減速比ＺＥＰＳ、第２減速比Ｚａｎｇｌｅ、対極数Ｐａｎｇｌｅ、仮想ギヤ比Ｎ、及び舵角の角度範囲θは、
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｐａｎｇｌｅ×Ｎ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｐａｎｇｌｅ×Ｎ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される。
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｐａｎｇｌｅ×Ｎ）×θ｜＜３６０°
または、
｜（ＺＥＰＳ－Ｚａｎｇｌｅ×Ｐａｎｇｌｅ×Ｎ）×θ｜＜１８０°
の条件を満たすように設定される。
【0061】
（第４実施形態）
本実施形態では、主に上記各実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、ステアリングシャフト１０２の回転トルクを検出するトルクセンサ３１０を利用して第１回転角度を検出する。
本実施形態では、主に上記各実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、ステアリングシャフト１０２の回転トルクを検出するトルクセンサ３１０を利用して第１回転角度を検出する。
【0062】
図１４及び図１５に示されるように、トルクセンサ３１０は、磁石３１１、ヨーク３１２、３１３、トーションバー３１４、及び基板３１５を有する。磁石３１１は、円筒状である。磁石３１１は、例えば１６極や２４極の多極磁石である。磁石３１１は、ステアリングシャフト１０２と共に回転する。
【0063】
各ヨーク３１２、３１３は、磁路を構成するための磁性体の部品である。各ヨーク３１２、３１３は、複数の突起が円筒部に設けられている。各ヨーク３１２、３１３は、円筒部の中空部に磁石３１１が通されると共に、各突起が噛み合うように組み合わされる。
【0064】
トーションバー３１４は、ステアリングシャフト１０２の回転に伴ってねじれが発生する部品である。トーションバー３１４は、磁石３１１の中空部に通されると共に、両端部がステアリングシャフト１０２に固定される。
【0065】
基板３１５は、磁束検出部２１６等の電子部品が実装される。磁束検出部２１６は、磁石３１１の側面に対向配置される。磁束検出部２１６は、磁石３１１から受ける磁束の変化として、トーションバー３１４のねじれに応じて変化する各ヨーク３１２、３１３の磁気バランスを検出する。これにより、磁束検出部２１６は、ステアリングシャフト１０２の第１回転角度を取得する。なお、磁気バランスを検出するための専用の素子が基板３１５に実装されていても良い。
【0066】
演算部２５０は、トルクセンサ３１０を構成する磁束検出部２１６の第１回転角度と回転角センサ２３０の第２回転角度との差角に基づいて、ステアリングシャフト１０２の舵角を演算する。
【0067】
以上の構成によると、トルクセンサ３１０の磁石３１１を利用してステアリングシャフト１０２の回転角度を検出することができるので、舵角センサ２１０として主動歯車２１３等の部品が不要になる。このため、舵角センサ２１０の大幅な小型化と低コスト化が期待できる。ステアリングシャフト１０２の角度検出のために歯車部品を使用しないので、角度検出精度の向上が期待できる。
【0068】
また、トルクセンサ３１０の磁石３１１が多極磁石であることから、上述のように、舵角検出範囲を拡大することができる。もちろん、第３実施形態と同様に仮想ギヤ比Ｎを考慮することによって舵角検出可能な範囲を拡大することも可能である。
【0069】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された回転角度検出装置２００の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態で示された舵角の検出方法は一例である。差角と舵角とを一対一で対応させるのではなく、差角から主動歯車２１３、従動歯車２１４、あるいはモータ３３０が何回転したかを演算し、回転数をもとに演算した絶対角から舵角を演算する方法を採用しても良い。
上記各実施形態で示された回転角度検出装置２００の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態で示された舵角の検出方法は一例である。差角と舵角とを一対一で対応させるのではなく、差角から主動歯車２１３、従動歯車２１４、あるいはモータ３３０が何回転したかを演算し、回転数をもとに演算した絶対角から舵角を演算する方法を採用しても良い。
【0070】
また、第１減速比ＺＥＰＳ、第２減速比Ｚａｎｇｌｅ、舵角の角度範囲θ、対極数Ｐａｎｇｌｅ、仮想ギヤ比Ｎ等の各数値は一例である。もちろん、他の数値が採用されても構わない。
【符号の説明】
【0071】
１０１ ステアリングホイール
１０２ ステアリングシャフト
２１０ 舵角センサ（第１検出部）
２３０ 回転角センサ（第２検出部）
２５０ 演算部
３０１ モータシャフト
３０２ 減速機構
１０２ ステアリングシャフト
２１０ 舵角センサ（第１検出部）
２３０ 回転角センサ（第２検出部）
２５０ 演算部
３０１ モータシャフト
３０２ 減速機構
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】