【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のステアリングシャフト等の回転体の回転位置を検出する回転角度検出装置の初期設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転角度検出装置としての舵角センサは、回転体であるステアリングシャフトの回転位置をニュートラル位置を基準とした角度（絶対操舵角度）として検出する。この舵角センサは、自動車の車両制御においてセンサの一つして重要であり、従来から各種の提案がなされている。このような舵角センサとして、特願２０００−３４３４２８号で提案されている。
【０００３】
上記提案された舵角センサは、図１２に示すように、ステアリングシャフト１の全回転角度範囲を双方向において１回転未満の回転角度範囲に変換するギア機構２と、ギア機構２の出力軸９に設けられた磁界発生装置３と、磁界発生装置３から得られた信号を処理して角度信号を出力する信号処理回路４とで構成されている。ギア機構２は、ステアリングシャフト１と同軸に回転する第１歯車５と、この第１歯車５に噛み合う大径の第２歯車６と、第２歯車６と同軸回転する小径の第３歯車７と、この小径の第３歯車７と噛み合う大径の第４歯車８とで構成され、第４歯車８の出力軸９に磁界発生装置３が取り付けられている。
【０００４】
磁界発生装置３は、図１３に示すように、出力軸９に環状のヨークを１４介して取り付けられ半径方向に磁化された環状の磁石１０と、磁石１０の周囲にそれぞれ所定のギャップを置いて９０度間隔で固定配置される固定子１１と、固定子１１間に形成された４個のギャップ１１ａのうち隣接する２個のギャップに設けられた２つの磁気センサ（ホールＩＣ）１２、１３とからなる。
【０００５】
そして、二つの磁気センサ１２、１３からの出力Ａ、Ｂによっていずれか一方を領域判定用として、他方を角度信号取得用としてしている。図１４に示すように、９０度間隔で１回転を等分した４つの各領域Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶで磁気センサ１２、１３の出力値が最大又は最小となるいずれか一方の磁気センサからの出力値を領域判定用とし他方を角度信号取得用とし、角度領域の切り換え点（角度）でキャリブレーションを行って、基準の角度で所定の電圧が発生するように調整している。このようにキャリブレーションされた状態で、磁気センサ１２、１３からの出力Ａ、Ｂに応じて信号処理回路４が回転角度を演算し、角度信号を出力する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、磁気センサ１２、１３からの出力値Ａ、Ｂには、右回転時、左回転時においてヒステリシス誤差が発生している。このヒステリシス誤差は、図１５及び図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように角度領域切り換え点（詳細１）から徐々に増加して角度領域中間点（詳細２）で最大となり、もう一つの角度領域切り換え点（詳細３）まで徐々に減少している。
【０００７】
また、このヒステリシス誤差は、例えば回転体の右回転状態でキャリブレーションを行ったとすると、左回転時には、右回転時におけるヒステリシスによる誤差と左回転時におけるヒステリシスによる誤差との総和になるため、全体としては図８に示すように大きな誤差となる。
【０００８】
これを解決するため誤差を各角度における検出値を補正することによって真の検出値に演算により求めることが考えられるが、この場合には、各角度における大量の補正値が必要となり、データ量、補正のための演算量が多くなる。
【０００９】
そこで、本発明は、磁気センサのヒステリシス特性を考慮し、ヒステリシスに起因する誤差を低減し、大きな誤差の発生を防ぐことができる回転角度検出装置の初期設定方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、固定体に対して正逆方向に回転する回転体に連動して回転し１８０度の回転角度範囲でＮ極とＳ極の２極に着磁されたマグネット体と、このマグネット体の対向位置で且つ１８０度の回転角度範囲内に等間隔に配置され前記マグネット体の磁界強度を検出する複数個の磁気センサと、これらの磁気センサの検出出力から前記回転体の絶対回転角度を算出する演算手段とを備え、前記演算手段が、前記複数個の磁気センサの検出出力の絶対値を比較し、絶対値の最小値を示す磁気センサの領域毎に区分けすることにより磁気センサの数の２倍の領域に分類し、この磁気センサの数の２倍の領域の各領域に対応する磁気センサ及び各領域の絶対角度についての領域角度を予め取得し、前記磁気センサの検出出力の絶対値より最小値を出力する磁気センサを特定し且つこの特定した磁気センサの左右に隣接する２つの磁気センサの出力値の大小により領域判定を行い、この領域判定された当該領域の磁気センサの出力値と左右の隣接する２つの磁気センサの出力値との相対比較演算により、当該領域内における領域角度を算出し、この領域内角度と当該領域までの領域外角度とにより絶対角度を算出する回転角度検出装置の初期設定方法であって、前記回転体の正方向の回転により得られる前記複数の磁気センサからの検出値と逆方向の回転により得られる磁気センサの検出値とを初期設定段階でそれぞれ求め、前記正方向回転時の前記検出値と前記逆方向回転時の前期検出値との平均値を求めて前記磁気センサからの角度検出用データとすることを特徴としている。
【００１１】
この回転角度検出装置の初期設定方法では、初期設定段階で、回転体の正逆回転方向でのヒステリシス誤差を含む磁気センサからの検出値を求めて、これらの検出値の平均値から角度検出データを求める。この角度検出データには、回転体の正逆方向への回転での磁気センサの検出値に含まれるヒステリシス誤差分が低減されているので、磁気センサの出力値に対する角度検出データによる角度を求めることで、回転体の正確な絶対角度を求めることができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、固定体に対して正逆方向に回転する回転体の全回転角度範囲を左右の双方向において１回転未満の回転角度範囲に変換するギア機構と、前記ギア機構の出力軸に環状のヨークを介して取り付けられ半径方向に磁化された環状の磁石と、前記磁石の周囲にそれぞれ所定のギャップを置いて９０度間隔で固定配置される固定子と、前記固定子間に形成された４個のギャップのうち隣接する２個のギャップに設けられた２つの磁気センサとからなり、９０度間隔で１回転を等分した４つの各領域で出力値が最大又は最小となるいずれか一方の磁気センサからの出力値を領域判定用とし他方を角度信号取得用とする回転角度検出装置の初期設定方法であって、前記回転体の正方向の回転により得られる前記２つの磁気センサの検出値と逆方向の回転により得られる磁気センサからの検出値とを初期設定段階でそれぞれ求め、前記正方向回転時の前記検出値と前記逆方向回転時の前期検出値との平均値を求めて前記２つの磁気センサからの角度検出用データとすることを特徴としている。
【００１３】
この回転角度検出装置の初期設定方法では、正方向への回転体の連続した回転によって得られる２つの磁気センサの検出値と逆方向への回転体の連続した回転によって得られる２つの磁気センサの検出値との平均値を求めることで角度検出データとする。そして、二つの磁気センサの検出値から得られた角度検出用データに基づいて磁気センサが検出した出力に相当する角度を求める。この場合、得られた角度検出データが正逆回転時の検出値の平均値なので、磁気センサのヒステリシスによる誤差が低減される。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の回転角度検出装置の初期設定方法であって、少なくとも前記領域間で前記角度検出用データが、直線性を有していることを特徴とする回転角度検出装置の初期設定方法。
【００１５】
ヒステリシス誤差が最大となる領域切り換え点（角度）間の中間部分で、角度検出用データが直線性を有しているので、この位置における非直線性による誤差を無くすことができ、回転角度検出装置の総合的な誤差を低減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図１は本実施形態の演算手段３０の内部を示すブロック図、図２は回転角度検出装置１５を示す平面図、図３は回転角度検出装置１５の内部を示す断面図、図４は演算手段３０が行う検出値の初期設定を行うためのフローチャートである。
【００１７】
本実施形態の回転角度検出装置（以下「舵角センサ」という）１５は、図２に示すように、センサケース１６内に減速歯車機構１７を有している。減速歯車機構１７は、固定体である車体（図示せず）に対し回転体であるステアリングシャフト１８と一体に回転する第１歯車１９と、この第１歯車１９に噛み合う第２歯車２０と、この第２歯車２０に同軸に固定された第３歯車２１と、この第３歯車２１に噛み合う第４歯車２２とから構成されている。この減速歯車機構１７は、ステアリングシャフト１８の回転を１／４に減速することによりステアリングシャフトの最大角の回転を３６０度以下の回転に変換する。
【００１８】
マグネット体２３は、第４歯車２２の下面に固定され、第４歯車２２と共に回転する。マグネット体２３の近傍下方には回路基板２４が配置され、この回路基板２４には、図１３で示した構成と同様の磁気センサであるホールＩＣ１２、１３が固定されている。これらのホールＩＣ１２、１３の検出出力は、演算手段３０に入力されており、演算手段３０はホールＩＣ１２、１３の検出出力により回転角度を算出する。
【００１９】
図１に示すように、演算手段３０は、ホールＩＣ１２、１３からの検出値が入力される入力ポート３１と、入力された検出値を一時記憶しておく記憶部３２と、ホールＩＣ１２、１３からの検出値から、角度検出データを演算すると共に、得られた角度角度検出データに基づいて回転角度信号を演算する演算部３３と、演算部３３によって演算された角度検出データを記憶する角度検出データ記憶部３４と、角度検出データに基づいて演算された回転角度信号を出力する出力ポート３５とからなる。
【００２０】
演算部３３は、ホールＩＣ１２、１３から得られた検出値の平均値を演算する平均値演算部３６と、求められた角度検出データに基づいてホールＩＣ１２、１３の検出値から回転角度を演算する角度演算部３７とからなる。
【００２１】
以下に、本実施形態に係る回転角度検出装置の初期設定方法について図４（ａ）、（ｂ）に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２２】
図４（ａ）に示すように、先ず、ステップＳ１でキャリブレーションを実施する。このキャリブレーションは、基準となる角度における電圧値を設定するためのもので、本実施形態では、ホールＩＣ１２、１３の出力電圧に対する角度分解能を考慮（ホールＩＣ１２、１３に対する角度変化ほぼ一定になるように）し、各領域における最大値、最小値にて行う。
【００２３】
次にステップＳ２で初期設定を行う。この初期設定では、図４（ｂ）に示すように、ステップＳ３でステアリングシャフト１８を正方向（右回転）に回転させて、ステップＳ４でホールＩＣ１２、１３からの検出値Ａを正方向回転出力値として求め、記憶部３２に記憶する。次に、ステップＳ５でステアリングシャフト１８を逆方向に回転させて、ステップＳ６でホールＩＣ１２、１３からの検出値Ｂを逆方向回転出力値として求め、記憶部３２に記憶する。この場合、検出値Ａ、Ｂには左右回転によるヒステリシス誤差がそれぞれ含まれている。
【００２４】
そして、ステップＳ７で平均値演算部３６が、正方向回転出力値Ａと逆回転出力値Ｂとの平均値を演算し、ホールＩＣ１２、１３の角度検出データをそれぞれ求める。求められた角度検出データをステップＳ８で角度検出データ記憶部３４に記憶する。そして、ステップＳ９で再度初期設定を行うか否かを判断し、再度初期設定を行い場合は、初期設定の作業が終了する。
【００２５】
ここで、演算によって求められた角度検出用のデータは、ヒステリシスによる誤差を含んだステアリングシャフト１８の右回転時（正方向）の検出値とヒステリシスによる誤差を含んだステアリングシャフト１８の左回転時（逆方向）の検出値との中間点であるため、ヒステリシスによる誤差が少なく、これによって、舵角センサにおける角度検出の誤差の範囲を小さくすることができる。
【００２６】
上記の手順により角度検出データを求める場合、ステアリングシャフト１８の左右回転にてヒステリシスが最大状態での出力特性を測定し（回転範囲はヒステリシスが最大状態となるよう、出力信号の１周期以上の十分な範囲〔１．５周期程度〕で行う）、ホールＩＣ１２、１３からの出力がクロスする角度位置（クロスポイント）を求める（図５参照）。ここでステアリングシャフト１８の右回転時と、左回転時では、ヒステリシスによりクロスポイントが異なるため、図６に示すように、この中間点を真のクロスポイントとして基準角度（０度）に設定する。次に、セットポイント電圧設定は、基準角度から１／８周期ごとの角度位置でのホールＩＣ１２、１３の出力を求める。１／４周期から１／８周期としたのは、これまでの角度領域切り換え点に加え、ヒステリシスが最大となる角度位置での実データを取ることにより、この位置での非直線性による誤差を無くすためである。
【００２７】
次に、図９に示す角度検出データの一例について説明する。図９に示す角度検出データは、ホールＩＣ１２、１３から出力された検出値の波形の一部を示す。
【００２８】
図９において、縦軸は角度を示し、横軸は上記したホールＩＣ１２、１３の出力（電圧）を示す。また、Ａｐｘ（ｘ＝０、１、２、３・・・）、Ａｍｘ（ｘ＝０、１、２、３・・・）は、角度領域切り換え点を示し、これらの切り換え点によって１周期が領域１Ｌ、１Ｈ、２Ｌ、２Ｈ、３Ｌ、３Ｈ、４Ｌ、４Ｈの８つに分類されている。ここで、Ａ０はステアリングシャフト１８の中立位置を示し、Ａｐ１、Ａｐ２、Ａｐ３はステアリングシャフト１８の右回転側の角度切り換え点を示し、Ａｍ１、Ａｍ２、Ａｍ３はステアリングシャフト１８の左回転の角度切り換え点を示す。また、同図において、波形Ｌ１、Ｌ３は右回転させたときのホールＩＣ１２、１３からの出力波形を示し、波形Ｌ２、Ｌ４は右回転した後に左回転させたときのホールＩＣ１２、１３からの出力波形を示す。また、波形Ｌ６、Ｌ８は左回転させたときのホールＩＣ１２、１３からの出力波形を示し、波形Ｌ５、Ｌ７は左回転させた後に右回転させたときのホールＩＣ１２、１３からの出力波形を示す。
【００２９】
図９に示す出力波形において、例えば、角度領域切り換え点Ａｐ４とＡｐ３の領域４Ｈでは、ステアリングシャフト１８の右回転によるホールＩＣ１２（ＨＡ１）の検出値（波形Ｌ１で示される）にはヒステリシス誤差が含まれている。また、この領域において左回転によるホールＩＣ１２（ＨＡ２）の検出値（波形Ｌ２で示される）にもヒステリシス誤差が含まれている。そこで、本実施形態では、角度領域切り換え点Ａｐ４における検出値ａｌと検出値ａｈの平均値ａｍを求め、角度領域切り換え点Ａｐ３でも同様に検出値ｂｌと検出値ｂｈとの平均値ｂｍを求め、これらの平均値ａｍ、ｂｍを結ぶ直線を領域４Ｈの角度検出データ（ア）としている。
【００３０】
また、角度領域切り換え点Ａｐ３とＡｐ２の領域４Ｌでは、検出値ｂｌ、ｂｈの平均値ｂｍを求め、検出値ｃｌ、ｃｈの平均値ｃｍを求め、これらの平均値ｂｍ、ｃｍを結ぶ直線を領域４Ｌの角度検出データ（イ）としている。同様に各領域３Ｈ、３Ｌ、２Ｈ、２Ｌ、１Ｈ、１Ｌの角度検出データ（ウ）、（エ）、（オ）、（カ）、（キ）、（ク）が求められる。
【００３１】
これらの領域１Ｌ、１Ｈ、２Ｌ、２Ｈ、３Ｌ、３Ｈ、４Ｌ、４Ｈの角度検出データ（ア）、（イ）、（ウ）、（エ）、（オ）、（カ）、（キ）、（ク）は角度領域切り換え点間で直線性をそれぞれ有しており、これらの角度検出データから図１１に示す角度算出式（ア）、（イ）、（ウ）、（エ）、（オ）、（カ）、（キ）、（ク）が得られる。すなわち、各角度算出式は、一次関数で示され、例えば角度検出データ（ア）は、
Ａ＝Ｒ×（ＨＡ１−ｂｍ）／（ａｍ−ｂｍ）＋Ａｐ３となる。
【００３２】
この式において、
Ａ：算出角度
Ｒ：角度領域範囲
ＨＡ１、ＨＡ２：ホールＩＣの出力
Ａｐｘ、Ａｍｘ：角度領域切り換え点を示す。
【００３３】
上記角度検出データ（ア）における角度算出式では、ホールＩＣ１２の出力値（ＨＡ１）から角度切り換え点Ａｐ３における平均値ｂｍを引いた値を、切り換え点Ａｐ４における平均値ａｍから切り換え点Ａｐ３における平均値ｂｍを引いた値で割り、この値に角度領域範囲Ｒを掛けた値に、角度切り換え点における角度Ａｐ３を加えることでステアリングシャフト１８の絶対舵角が算出される。
【００３４】
同様に、角度検出データ（イ）、（ウ）、（エ）、（オ）、（カ）、（キ）、（ク）においても、図１１に示すように、一次関数の算出式が求められ、これらの算出式によってステアリングシャフト１８の絶対舵角が算出される。
【００３５】
また、角度領域を判定する場合には、上記角度検出データ（ア）、（イ）、（ウ）、（エ）、（オ）、（カ）、（キ）、（ク）の絶対値を比較し、絶対値の最小値を示すホールＩＣの領域毎に区分けすることによりホールＩＣの数の２倍の領域に分類し、このホールＩＣの数の２倍の領域の各領域に対応するホールＩＣ及び各領域の絶対角度についての領域角度を予め取得し、ホールＩＣの検出出力の絶対値より最小値を出力するホールＩＣを特定し且つこの特定したホールＩＣの左右に隣接する２つのホールＩＣの出力値の大小より領域判定を行う（図１０参照））。次に、この領域判定された当該領域のホールＩＣの出力値と左右の隣接する２つのホールＩＣの出力値との相対比較演算により、当該領域内における領域角度を算出し、この領域内角度と当該領域までの領域外角度とにより角度算出式を用いて絶対角度を算出する。
【００３６】
本実施形態によれば、初期設定の段階で、ステアリングシャフトの正逆回転方向でのヒステリシス誤差を含むホールＩＣ１２、１３の検出値を求めて、これらの検出値の平均値から角度検出データを求め、この角度検出データに基づいて回転角度を算出するので、図７に示すように、ヒステリシス誤差分が低減されてステアリングシャフトの正確な絶対角度を求めることができる。
【００３７】
また、図９に示すように、ヒステリシス誤差が最大となる領域切り換え点間の中間部分で、角度検出データが直線性を有しているので、この位置における非直線性による誤差を無くすことができ、総合的な誤差を低減することができる。
【００３８】
また、上記方法で得られる角度信号は周期信号であるため、仮に実際のステアリングシャフトの中心（０度）が、角度基準点からずれて設置された場合にも、設置時に角度基準点とステアリング中心とのずれを測定（最大ヒステリシスを含むデータの中間）し、単純に位相のズレとして、このズレ分を元の算出式に加算するように設定すれば、ステアリングの実角度に応じた出力が可能である。
【００３９】
また、上記実施形態において、角度検出データの設定で初期の角度基準点の検出時に細かい角度ステップにてホールＩＣからの検出値を取り込めば、角度基準点と、セットポイント電圧の設定は、この検出値より行うことができる。また、多くの角度位置をセットポイント電圧の設定位置とすることが可能であれば、非直線性を補正することができるので、より誤差の少ない角度算出が可能となる。
【００４０】
また、１周期を越える十分な範囲でのデータを元に、周期関数としてホールＩＣの検出値から角度算出しているため、角度基準点に対し、実際のステアリング回転角度位置がズレていても、あらかじめこのズレを検出することにより、周期関数の位相ズレとして角度算出を行うことが出来る。これにより、角度基準点（回転角度−磁界変換装置でのマグネットの回転角度位置）に留意することなく組み付けが可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、初期設定段階で、回転体の正逆回転方向でのヒステリシス誤差を含む磁気センサからの検出値を求めて、これらの検出値の平均値から角度検出データを求め、この角度検出データには、回転体の正逆方向への回転での磁気センサの検出値に含まれるヒステリシス誤差分が低減されているので、磁気センサの出力値に対する角度検出データによる角度を求めることで、回転体の正確な絶対角度を求めることができる。
【００４２】
請求項２の発明によれば、正方向への回転体の連続した回転によって得られる２つの磁気センサの検出値と逆方向への回転体の連続した回転によって得られる２つの磁気センサの検出値との平均値を求めることで角度検出データをとする。そして、二つの磁気センサの検出値から得られた角度検出用データに基づいて磁気センサが検出した出力に相当する角度を求める。この場合、得られた角度検出データが正逆回転時の検出値の平均値なので、磁気センサのヒステリシスによる誤差が低減される。
【００４３】
請求項３の発明によれば、ヒステリシス誤差が最大となる領域切り換え点（角度）間の中間部分で、角度検出用データが線型なので、この位置における非直線性による誤差を無くすことができ、回転角度検出装置の総合的な誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る検出値の初期設定方法によって角度検出データを作成する演算手段を示すブロック図である。
【図２】本発明が用いられた回転角度検出装置を示す一部切欠平面図である。
【図３】本発明が用いられた回転角度検出装置の内部を示す断面図である。
【図４】初期設定方法の手順を示し、（ａ）はキャリブレーションと初期設定の手順を示すフローチャート、（ｂ）は初期設定方法を示すフローチャートである。
【図５】ホールＩＣからの出力を示すグラフである。
【図６】クロスポイントを示し、図３の一部を拡大した説明図である。
【図７】本発明における角度に対する角度誤差を示す説明図である。
【図８】従来例における角度に対する角度誤差を示す説明図である。
【図９】角度検出データを示す線図である。
【図１０】角度判定条件を示す表図である。
【図１１】角度算出式を示す説明図である。
【図１２】従来の舵角センサの構成を示す平面図である。
【図１３】磁界発生装置の構成を示す平面図である。
【図１４】従来の磁気センサからの出力波形を示すグラフである。
【図１５】磁気センサからの出力波形において角度領域切り換え点間を示すグラフである。
【図１６】図１５に示す角度領域切り換え点間の詳細を示し、（ａ）は図１５の詳細１を示す拡大グラフ、（ｂ）は図１５の詳細２を示す拡大グラフ、（ｃ）は図１５の詳細３を示す拡大グラフである。
【符号の説明】
１２、１３ ホールＩＣ（磁気センサ）
１５ 回転角度検出装置
１８ ステアリングシャフト（回転体）
２３ マグネット体
３０ 演算手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an initial setting method of a rotation angle detection device that detects a rotation position of a rotating body such as a steering shaft of a vehicle.
[0002]
[Prior art]
A steering angle sensor as a rotation angle detection device detects a rotation position of a steering shaft, which is a rotating body, as an angle (absolute steering angle) based on a neutral position. This steering angle sensor is important as one of the sensors in vehicle control of an automobile, and various proposals have conventionally been made. Such a steering angle sensor is proposed in Japanese Patent Application No. 2000-343428.
[0003]
As shown in FIG. 12, the proposed steering angle sensor includes a gear mechanism 2 that converts the entire rotation angle range of the steering shaft 1 into a rotation angle range of less than one rotation in both directions, and an output shaft 9 of the gear mechanism 2. And a signal processing circuit 4 for processing a signal obtained from the magnetic field generator 3 and outputting an angle signal. The gear mechanism 2 includes a first gear 5 that rotates coaxially with the steering shaft 1, a large-diameter second gear 6 that meshes with the first gear 5, and a small-diameter third gear 7 that rotates coaxially with the second gear 6. The magnetic field generator 3 is attached to an output shaft 9 of the fourth gear 8 which is constituted by a third gear 7 having a small diameter and a fourth gear 8 having a large diameter meshing with the third gear 7.
[0004]
As shown in FIG. 13, the magnetic field generator 3 is attached to the output shaft 9 via an annular yoke 14 and is provided with an annular magnet 10 magnetized in the radial direction and a predetermined gap around the magnet 10. A stator 11 fixedly arranged at intervals of 90 degrees, and two magnetic sensors (Hall ICs) 12 and 13 provided in two adjacent gaps among four gaps 11a formed between the stators 11; Consists of
[0005]
Then, one of the outputs A and B from the two magnetic sensors 12 and 13 is used for region determination, and the other is used for obtaining an angle signal. As shown in FIG. 14, from one of the magnetic sensors in which the output value of the magnetic sensor 12 or 13 is maximum or minimum in each of four regions I, II, III and IV obtained by equally dividing one rotation at intervals of 90 degrees. Are used for area determination and the other is used for angle signal acquisition, and calibration is performed at the switching point (angle) of the angle area so that a predetermined voltage is generated at a reference angle. In the state of being calibrated in this way, the signal processing circuit 4 calculates the rotation angle according to the outputs A and B from the magnetic sensors 12 and 13 and outputs an angle signal.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the output values A and B from the magnetic sensors 12 and 13 have a hysteresis error when rotating clockwise and counterclockwise. This hysteresis error gradually increases from the angle area switching point (detail 1) as shown in FIGS. 15 and 16 (a), (b) and (c), and becomes maximum at the angle area middle point (detail 2). , Gradually decreases to another angle area switching point (detail 3).
[0007]
In addition, if the calibration is performed in the right rotation state of the rotating body, for example, this hysteresis error is the sum of the error due to the hysteresis at the time of the right rotation and the error due to the hysteresis at the time of the left rotation during the left rotation. Causes a large error as shown in FIG.
[0008]
In order to solve this, it is conceivable that an error is corrected to the true detection value by correcting the detection value at each angle, but in this case, a large amount of correction values at each angle are required, and the data amount, The amount of calculation for correction increases.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide an initial setting method of a rotation angle detecting device capable of reducing an error caused by hysteresis and preventing occurrence of a large error, in consideration of a hysteresis characteristic of a magnetic sensor.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided a magnet body which rotates in conjunction with a rotating body which rotates in a normal / reverse direction with respect to a fixed body and is magnetized into two poles of an N pole and an S pole within a rotation angle range of 180 degrees; A plurality of magnetic sensors which are arranged at regular intervals within a rotation angle range of 180 degrees at positions opposed to the magnet body and detect the magnetic field strength of the magnet body; Calculating means for calculating a rotation angle, wherein the calculating means compares the absolute values of the detection outputs of the plurality of magnetic sensors and classifies the absolute values of the magnetic sensors by dividing them into regions of the magnetic sensors exhibiting the minimum absolute value. The sensor is classified into an area twice as many as the number of sensors, and a magnetic sensor corresponding to each area of the area twice as many as the number of magnetic sensors and an area angle of an absolute angle of each area are obtained in advance, and the detection of the magnetic sensor is performed. From the absolute value of the output A magnetic sensor that outputs a small value is specified, and a region determination is performed based on the magnitudes of output values of two magnetic sensors adjacent to the left and right of the specified magnetic sensor. Rotation angle detection that calculates a region angle in the region by a relative comparison operation with output values of two adjacent left and right magnetic sensors, and calculates an absolute angle based on the angle in the region and the angle outside the region to the region. An initial setting method of an apparatus, wherein a detection value from the plurality of magnetic sensors obtained by rotation of the rotating body in a forward direction and a detection value of a magnetic sensor obtained by rotation in a reverse direction are respectively obtained in an initial setting step. Calculating an average value of the detection value at the time of the forward rotation and the detection value at the time of the reverse rotation to obtain angle detection data from the magnetic sensor.
[0011]
In the initial setting method of the rotation angle detecting device, in an initial setting stage, detection values from a magnetic sensor including a hysteresis error in the forward and reverse rotation directions of the rotating body are obtained, and angle detection data is obtained from an average value of these detection values. Ask for. Since the hysteresis error included in the detected value of the magnetic sensor when the rotating body rotates in the forward and reverse directions is reduced in the angle detection data, the angle based on the angle detection data with respect to the output value of the magnetic sensor should be obtained. Thus, an accurate absolute angle of the rotating body can be obtained.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a gear mechanism for converting an entire rotation angle range of a rotating body that rotates in a forward / reverse direction with respect to a fixed body into a rotation angle range of less than one rotation in both left and right directions; An annular magnet attached to the output shaft via an annular yoke and magnetized in the radial direction; a stator fixedly arranged at 90 ° intervals around the magnet with a predetermined gap therebetween; And two magnetic sensors provided in two adjacent gaps among the four gaps formed, and the output value is maximum or minimum in each of four regions equally divided by one rotation at 90 degree intervals. An output value from any one of the magnetic sensors for area determination and the other for obtaining an angle signal. Magnetic sensor The output value and the detection value from the magnetic sensor obtained by the reverse rotation are obtained at the initial setting stage, and the average value of the detection value at the time of the forward rotation and the previous value at the time of the reverse rotation is obtained. The data is used as angle detection data from the two magnetic sensors.
[0013]
In the initial setting method of the rotation angle detection device, the detection values of the two magnetic sensors obtained by continuous rotation of the rotating body in the forward direction and the two magnetic sensors obtained by continuous rotation of the rotating body in the opposite direction are used. The angle detection data is obtained by calculating the average value with the detection value. Then, an angle corresponding to the output detected by the magnetic sensors is obtained based on the angle detection data obtained from the detection values of the two magnetic sensors. In this case, since the obtained angle detection data is the average value of the detection values at the time of forward / reverse rotation, the error due to the hysteresis of the magnetic sensor is reduced.
[0014]
The invention according to claim 3 is the initial setting method of the rotation angle detection device according to claim 1 or 2, wherein the angle detection data has linearity at least between the regions. An initial setting method of a rotation angle detecting device which is a feature.
[0015]
Since the angle detection data has linearity in an intermediate portion between the area switching points (angles) where the hysteresis error is maximum, an error due to non-linearity at this position can be eliminated, and the rotation angle detection device Can be reduced.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a block diagram showing the inside of the calculating means 30 of the present embodiment, FIG. 2 is a plan view showing the rotation angle detecting device 15, FIG. 3 is a sectional view showing the inside of the rotation angle detecting device 15, and FIG. 4 is a flowchart for performing initial setting of a detection value performed by a calculation unit 30.
[0017]
The rotation angle detection device (hereinafter, referred to as “steering angle sensor”) 15 of the present embodiment has a reduction gear mechanism 17 in a sensor case 16 as shown in FIG. The reduction gear mechanism 17 includes a first gear 19 that rotates integrally with a steering shaft 18 that is a rotating body with respect to a vehicle body (not shown) that is a fixed body, a second gear 20 that meshes with the first gear 19, The third gear 21 is coaxially fixed to the second gear 20, and the fourth gear 22 meshes with the third gear 21. The reduction gear mechanism 17 converts the rotation of the maximum angle of the steering shaft into a rotation of 360 degrees or less by reducing the rotation of the steering shaft 18 to 1/4.
[0018]
The magnet 23 is fixed to the lower surface of the fourth gear 22 and rotates together with the fourth gear 22. A circuit board 24 is disposed below and in the vicinity of the magnet 23, and Hall ICs 12 and 13 as magnetic sensors having the same configuration as that shown in FIG. 13 are fixed to the circuit board 24. The detection outputs of the Hall ICs 12 and 13 are input to the calculating means 30, and the calculating means 30 calculates the rotation angle based on the detection outputs of the Hall ICs 12 and 13.
[0019]
As shown in FIG. 1, the calculating means 30 includes an input port 31 to which detection values from the Hall ICs 12 and 13 are input, a storage unit 32 for temporarily storing the input detection values, From the detected value, calculating a rotation angle signal based on the obtained angle / angle detection data, and a calculation unit 33; and angle detection data storing the angle detection data calculated by the calculation unit 33 The storage unit 34 includes an output port 35 for outputting a rotation angle signal calculated based on the angle detection data.
[0020]
The calculation unit 33 calculates an average value of the detection values obtained from the Hall ICs 12 and 13, and calculates a rotation angle from the detection values of the Hall ICs 12 and 13 based on the obtained angle detection data. And an angle calculator 37.
[0021]
Hereinafter, an initial setting method of the rotation angle detection device according to the present embodiment will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
[0022]
As shown in FIG. 4A, first, calibration is performed in step S1. This calibration is for setting a voltage value at an angle serving as a reference. In the present embodiment, the angle resolution with respect to the output voltage of the Hall ICs 12 and 13 is taken into consideration (so that the angle change with respect to the Hall ICs 12 and 13 becomes substantially constant). 2), and the maximum and minimum values in each area are used.
[0023]
Next, initialization is performed in step S2. In this initial setting, as shown in FIG. 4B, the steering shaft 18 is rotated in the forward direction (right rotation) in step S3, and the detected value A from the Hall ICs 12 and 13 is output in the forward direction in step S4. It is obtained as a value and stored in the storage unit 32. Next, in step S5, the steering shaft 18 is rotated in the reverse direction. In step S6, the detection value B from the Hall ICs 12, 13 is obtained as a reverse rotation output value, and stored in the storage unit 32. In this case, the detection values A and B include a hysteresis error due to left and right rotation, respectively.
[0024]
Then, in step S7, the average value calculation unit 36 calculates the average value of the forward rotation output value A and the reverse rotation output value B, and obtains angle detection data of the Hall ICs 12 and 13, respectively. The obtained angle detection data is stored in the angle detection data storage unit 34 in step S8. Then, in step S9, it is determined whether or not to perform the initial setting again. If the initial setting is to be performed again, the work of the initial setting ends.
[0025]
Here, the angle detection data obtained by the calculation includes a detection value when the steering shaft 18 rotates rightward (positive direction) including an error due to hysteresis and a leftward rotation when the steering shaft 18 includes an error due to hysteresis ( Since this is an intermediate point with the detected value in the (reverse direction), the error due to hysteresis is small, whereby the range of the error in the angle detection by the steering angle sensor can be reduced.
[0026]
When the angle detection data is obtained by the above procedure, the output characteristic in the state where the hysteresis is maximum is measured by the left and right rotation of the steering shaft 18 (the rotation range is sufficient for at least one cycle of the output signal so that the hysteresis is the maximum state). The angle position (cross point) at which the outputs from the Hall ICs 12 and 13 cross each other is determined (see FIG. 5). Here, the cross point differs between the right rotation and the left rotation of the steering shaft 18 due to the hysteresis. Therefore, as shown in FIG. 6, this intermediate point is set to a reference angle (0 degree) as a true cross point. Next, in setting the set point voltage, the outputs of the Hall ICs 12 and 13 at angular positions every ８ cycle from the reference angle are obtained. The reason that the period is changed from 1/4 period to 1/8 period is that, in addition to the switching point of the angle region up to now, actual data is obtained at the angular position where the hysteresis is maximized, so that the error due to the non-linearity at this position is reduced. To get rid of it.
[0027]
Next, an example of the angle detection data shown in FIG. 9 will be described. The angle detection data shown in FIG. 9 shows a part of the waveform of the detection value output from the Hall ICs 12 and 13.
[0028]
In FIG. 9, the vertical axis represents the angle, and the horizontal axis represents the output (voltage) of the Hall ICs 12 and 13 described above. Apx (x = 0, 1, 2, 3,...) And Amx (x = 0, 1, 2, 3,...) Indicate angle region switching points, and one cycle is formed by these switching points. The regions are classified into eight, namely, 1L, 1H, 2L, 2H, 3L, 3H, 4L, and 4H. Here, A0 indicates the neutral position of the steering shaft 18, Ap1, Ap2, Ap3 indicate the angle switching points on the right rotation side of the steering shaft 18, and Am1, Am2, Am3 indicate the angle switching points of the left rotation of the steering shaft 18. Is shown. In the same figure, waveforms L1 and L3 show the output waveforms from the Hall ICs 12 and 13 when rotated clockwise, and waveforms L2 and L4 show the outputs from the Hall ICs 12 and 13 when rotated clockwise and then counterclockwise. The waveform is shown. Waveforms L6 and L8 indicate output waveforms from the Hall ICs 12 and 13 when rotated left, and waveforms L5 and L7 indicate output waveforms from the Hall ICs 12 and 13 when rotated right after rotating left. .
[0029]
In the output waveform shown in FIG. 9, for example, in the area 4H of the angle area switching points Ap4 and Ap3, the detection value (shown by the waveform L1) of the Hall IC 12 (HA1) due to the right rotation of the steering shaft 18 includes a hysteresis error. Have been. In this region, the detection value (shown by the waveform L2) of the Hall IC 12 (HA2) due to the left rotation also includes a hysteresis error. Therefore, in the present embodiment, the average value am of the detection value al and the detection value ah at the angle area switching point Ap4 is obtained, and the average value bm of the detection value bl and the detection value bh is similarly obtained at the angle area switching point Ap3. A straight line connecting these average values am and bm is defined as angle detection data (A) of the area 4H.
[0030]
In an area 4L of the angle area switching points Ap3 and Ap2, an average value bm of the detection values bl and bh is obtained, an average value cm of the detection values cl and ch is obtained, and a straight line connecting these average values bm and cm is obtained. 4L of angle detection data (a). Similarly, angle detection data (c), (d), (e), (f), (g), and (h) for each of the regions 3H, 3L, 2H, 2L, 1H, and 1L are obtained.
[0031]
Angle detection data of these areas 1L, 1H, 2L, 2H, 3L, 3H, 4L, 4H (A), (A), (C), (D), (E), (F), (G), (G) has linearity between the angle area switching points, and the angle calculation formulas (A), (A), (C), (E), and (E) shown in FIG. ), (F), (g) and (h) are obtained. That is, each angle calculation formula is represented by a linear function. For example, the angle detection data (A)
A = R × (HA1−bm) / (am−bm) + Ap3.
[0032]
In this equation,
A: calculated angle R: angle area range HA1, HA2: output Apx of Hall IC, Amx: angle area switching point.
[0033]
In the angle calculation formula in the angle detection data (A), the value obtained by subtracting the average value bm at the angle switching point Ap3 from the output value (HA1) of the Hall IC 12 is the average value at the switching point Ap3 from the average value am at the switching point Ap4. The absolute steering angle of the steering shaft 18 is calculated by adding the angle Ap3 at the angle switching point to a value obtained by dividing the value by subtracting bm and multiplying this value by the angle area range R.
[0034]
Similarly, in the angle detection data (a), (c), (d), (e), (f), (g), and (h), as shown in FIG. Then, the absolute steering angle of the steering shaft 18 is calculated according to these formulas.
[0035]
When the angle area is determined, the absolute values of the angle detection data (A), (A), (C), (D), (E), (F), (G), and (C) are calculated. By comparing and classifying each area of the Hall IC showing the minimum value of the absolute value, the area is classified into an area twice as many as the number of Hall ICs. The IC and the area angle of the absolute angle of each area are acquired in advance, the Hall IC that outputs the minimum value from the absolute value of the detection output of the Hall IC is specified, and two Hall ICs adjacent to the specified Hall IC on the left and right sides are specified. Is determined based on the magnitude of the output value (see FIG. 10). Next, an area angle in the area is calculated by a relative comparison operation between the output value of the Hall IC of the area determined as the area and the output values of two adjacent left and right Hall ICs. The absolute angle is calculated using the angle calculation formula based on the angle outside the area up to the area.
[0036]
According to this embodiment, at the initial setting stage, the detection values of the Hall ICs 12 and 13 including the hysteresis error in the forward and reverse rotation directions of the steering shaft are obtained, and the angle detection data is obtained from the average value of these detection values. Since the rotation angle is calculated based on the angle detection data, as shown in FIG. 7, the hysteresis error is reduced, and the accurate absolute angle of the steering shaft can be obtained.
[0037]
Further, as shown in FIG. 9, since the angle detection data has linearity at an intermediate portion between the area switching points where the hysteresis error is maximum, errors due to non-linearity at this position can be eliminated. , The overall error can be reduced.
[0038]
Further, since the angle signal obtained by the above method is a periodic signal, even if the actual center of the steering shaft (0 degree) is shifted from the angle reference point, the angle reference point and the steering center are set at the time of installation. If the deviation is measured (the middle of the data including the maximum hysteresis) and the phase is simply added as a phase shift and added to the original formula, the output according to the actual steering angle is possible. It is.
[0039]
In the above embodiment, if the detection values from the Hall IC are taken in small angle steps at the time of detecting the initial angle reference point in the setting of the angle detection data, the setting of the angle reference point and the set point voltage is performed by this detection. You can do it by value. Also, if many angle positions can be set as the set point voltage setting positions, the non-linearity can be corrected, so that angle calculation with less error can be performed.
[0040]
In addition, since the angle is calculated from the detected value of the Hall IC as a periodic function based on data in a sufficient range exceeding one cycle, even if the actual steering rotation angle position deviates from the angle reference point, By detecting this shift in advance, the angle can be calculated as the phase shift of the periodic function. As a result, the assembly can be performed without paying attention to the angle reference point (rotation angle—rotation angle position of the magnet in the magnetic field conversion device).
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, in the initial setting stage, the detection values from the magnetic sensor including the hysteresis error in the forward and reverse rotation directions of the rotating body are obtained, and the average value of these detection values is obtained. The angle detection data is obtained from the angle detection data. Since the hysteresis error included in the detection value of the magnetic sensor in the forward and reverse rotation of the rotating body is reduced in the angle detection data, the angle with respect to the output value of the magnetic sensor is reduced. By obtaining the angle based on the detection data, the accurate absolute angle of the rotating body can be obtained.
[0042]
According to the invention of claim 2, the detection values of the two magnetic sensors obtained by the continuous rotation of the rotating body in the forward direction and the detection values of the two magnetic sensors obtained by the continuous rotation of the rotating body in the reverse direction The angle detection data is obtained by calculating the average value of the angle detection data. Then, an angle corresponding to the output detected by the magnetic sensors is obtained based on the angle detection data obtained from the detection values of the two magnetic sensors. In this case, since the obtained angle detection data is the average value of the detection values at the time of forward / reverse rotation, the error due to the hysteresis of the magnetic sensor is reduced.
[0043]
According to the third aspect of the present invention, since the angle detection data is linear in an intermediate portion between the area switching points (angles) at which the hysteresis error is maximized, an error due to non-linearity at this position can be eliminated. The overall error of the angle detection device can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a calculation unit for creating angle detection data by a method for initializing a detection value according to the present invention.
FIG. 2 is a partially cutaway plan view showing a rotation angle detection device using the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the inside of a rotation angle detection device using the present invention.
4A and 4B show a procedure of an initial setting method, FIG. 4A is a flowchart showing a procedure of calibration and initial setting, and FIG. 4B is a flowchart showing an initial setting method.
FIG. 5 is a graph showing an output from a Hall IC.
FIG. 6 is an explanatory view showing a cross point and enlarging a part of FIG. 3;
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an angle error with respect to an angle in the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an angle error with respect to an angle in a conventional example.
FIG. 9 is a diagram showing angle detection data.
FIG. 10 is a table showing angle determination conditions.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an angle calculation formula.
FIG. 12 is a plan view showing a configuration of a conventional steering angle sensor.
FIG. 13 is a plan view showing a configuration of a magnetic field generator.
FIG. 14 is a graph showing an output waveform from a conventional magnetic sensor.
FIG. 15 is a graph showing a portion between angle region switching points in an output waveform from a magnetic sensor.
16A and 16B show details between the angle area switching points shown in FIG. 15; FIG. 16A is an enlarged graph showing detail 1 in FIG. 15; FIG. 16B is an enlarged graph showing detail 2 in FIG. 15; 16 is an enlarged graph showing details 3 of FIG. 15.
[Explanation of symbols]
12, 13 Hall IC (magnetic sensor)
15 Rotation angle detector 18 Steering shaft (rotary body)
23 Magnet body 30 Calculation means