回転角検出装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
【課題】故障などにより異常となった出力信号を特定可能な回転角検出装置を提供する。
【解決手段】ブリッジ回路１１、１２は、被検出部８７の回転に応じて変化する回転磁界によりインピーダンスが変化するセンサ素子２１〜２８により構成されるハーフブリッジ１４〜１７を有する。信号取得手段は、ハーフブリッジ１４〜１７の中点３１〜３４から出力される出力信号をハーフブリッジ１４〜１７ごとに取得する。回転角算出手段は、信号取得手段により取得された出力信号に基づき、被検出の回転角度θを算出する。異常特定手段は、信号取得手段によって取得される少なくとも４つの出力信号に基づく値である演算値が所定の範囲から外れた場合、当該演算値に対応する出力信号を異常出力信号として特定する。これにより、故障などによりどの出力信号が異常となったかを特定することができる。
【解決手段】ブリッジ回路１１、１２は、被検出部８７の回転に応じて変化する回転磁界によりインピーダンスが変化するセンサ素子２１〜２８により構成されるハーフブリッジ１４〜１７を有する。信号取得手段は、ハーフブリッジ１４〜１７の中点３１〜３４から出力される出力信号をハーフブリッジ１４〜１７ごとに取得する。回転角算出手段は、信号取得手段により取得された出力信号に基づき、被検出の回転角度θを算出する。異常特定手段は、信号取得手段によって取得される少なくとも４つの出力信号に基づく値である演算値が所定の範囲から外れた場合、当該演算値に対応する出力信号を異常出力信号として特定する。これにより、故障などによりどの出力信号が異常となったかを特定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角検出装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータなどの回転軸の回転角度を検出する回転角検出装置として、センサ素子から出力される出力信号に基づいて回転角を算出する技術が公知である。また、センサ素子から出力される信号に異常が発生した場合に、異常が発生したことを判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４９０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、ブリッジ回路の出力信号であるｓｉｎθと−ｓｉｎθとを加算器に送り、ｓｉｎ成分を減算した信号Ａを生成している。また、同様にブリッジ回路の出力信号であるｃｏｓθと−ｃｏｓθとを加算器に送り、ｃｏｓ成分を減算した信号Ｂを生成している。これら生成された信号Ａ及びＢが上限閾値を上回る、或いは、下限閾値を下回る場合、異常が発生したと判定している。しかしながら、特許文献１の技術では、加算器により生成された信号ＡまたはＢにより故障を判定しているので、どの出力信号が故障したかを特定することはできなかった。また、特許文献１の技術では、故障により１つでも信号が失われるとｃｏｓ信号もしくはｓｉｎ信号だけとなり、回転角度を検出することができなかった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、故障などにより異常となった出力信号を特定可能であるとともに、一部の故障が生じても継続して回転角度が検出可能な多重系の回転角検出装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の回転角検出装置は、複数のブリッジ回路部と、制御部と、を備える。それぞれのブリッジ回路部は、被検出部の回転に応じて変化する回転磁界によりインピーダンスが変化するセンサ素子により構成される複数のハーフブリッジを有する。センサ素子は、例えば磁気抵抗素子である。制御部は、信号取得手段、回転角算出手段、および、異常特定手段を有する。信号取得手段は、ハーフブリッジの中点から出力される出力信号をハーフブリッジごとに取得する。例えば、ハーフブリッジが２つのセンサ素子により構成される場合、２つのセンサ素子の接続点を中点とする。なお、信号取得手段により取得される信号は、ハーフブリッジの中点から出力される出力信号そのものに限らず、オペアンプ等による増幅処理やオフセット処理がそれぞれの出力信号ごとに行われた信号値であってもよい。また、信号取得手段により取得された出力信号について、出力信号ごとに制御部内にてオフセット消去等を行ったものも、本発明の「出力信号」に含まれるものとする。回転角算出手段は、信号取得手段により取得された出力信号に基づき、被検出部の回転角度を算出する。
【０００６】
本発明は、異常が生じている出力信号を特定する異常特定手段に特徴を有している。異常特定手段は、信号取得手段によって取得される少なくとも４つの出力信号に基づく値である演算値が所定の範囲から外れた場合、当該演算値に対応する出力信号に異常が生じていると特定する。本発明の信号取得手段は、ハーフブリッジの中点から出力される出力される出力信号を、信号同士の加算処理や差動増幅処理等を行わず、ハーフブリッジごとに取得している。そして、ハーフブリッジごとに取得された出力信号に基づく値である演算値に基づいて、故障などによりどの出力信号が異常となったかを特定することができる。なお、本発明における「演算値」は、例えば請求項１１に記載の発明のように、信号取得手段により取得された出力信号そのものであってもよい。以下、異常が生じている出力信号を、適宜「異常出力信号」という。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、少なくとも４つの出力信号は、正常時において、ｓｉｎ信号、−ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号、および、−ｃｏｓ信号である。
請求項３に記載の発明では、演算値は、出力信号の２乗値または出力信号同士を減算した減算値の２乗値である複数の第１演算値のうちの２つの値を加算した複数の第２演算値である。異常特定手段は、第２演算値が所定の範囲である第１の範囲から外れた場合、第１の範囲から外れた第２演算値に対応する出力信号に異常が生じていると特定する。請求項３に記載の発明では、４つの出力信号がｓｉｎ信号、−ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号、および、−ｃｏｓ信号であることを利用し、２乗和を算出することにより、容易な計算で異常が生じている出力信号を特定することができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、第２演算値がＫ×（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）となるように２つの第１演算値を用いて算出される。ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ＝１であるので、第２演算値は、理論上定数Ｋとなる。この定数Ｋは、例えば出力信号の振幅の２乗に比例する値である。これにより、定数Ｋを中心とする所定の範囲から第２演算値が逸脱しているか否かを容易に特定することができる。なお、所定の範囲の幅は、センサ素子の温度特性等による測定誤差や増幅率等によって、適宜設定可能である。
【０００９】
具体的には、以下のような演算が行われる。
請求項５に記載の発明では、第２演算値は、ｓｉｎ信号の２乗値または−ｓｉｎ信号の２乗値と、ｃｏｓ信号の２乗値または−ｃｏｓ信号の２乗値と、の組み合わせから算出される。
請求項６に記載の発明では、減算値は、ｓｉｎ信号または−ｓｉｎ信号（以下、ｓｉｎ信号と−ｓｉｎ信号の総称として「ｓｉｎ系信号」という。）と、ｃｏｓ信号または−ｃｏｓ信号（以下、ｃｏｓ信号と−ｃｏｓ信号の総称として「ｃｏｓ系信号」という。）と、の組み合わせで減算して算出される。２つの出力信号を減算しているので、センサ素子の温度特性等による誤差を消去することができる。
【００１０】
請求項７に記載の発明では、第１演算値は少なくとも４つ算出される。また、第２演算値は、算出された第１演算値の全てを少なくとも１回ずつ用いて、少なくとも４通りの第１演算値の組み合わせから算出される。これにより、どの出力信号に異常が生じているかを確実に特定することができる。
【００１１】
請求項８に記載の発明では、演算値は、ｓｉｎ信号および−ｓｉｎ信号から算出されるｓｉｎ信号演算値である。異常特定手段は、ｓｉｎ信号演算値が所定の範囲である第２の範囲から外れた場合、ｓｉｎ信号演算値に対応する出力信号に異常が生じていると特定する。これにより、ｓｉｎ信号演算値に対応する出力信号に異常が生じていることを容易に特定することができる。
請求項９に記載の発明では、演算値は、ｃｏｓ信号および−ｃｏｓ信号から算出されるｃｏｓ信号演算値である。異常特定手段は、ｃｏｓ信号演算値が所定の範囲である第３の範囲から外れた場合、ｃｏｓ信号演算値に対応する出力信号に異常が生じていると特定する。これにより、ｃｏｓ信号演算値に対応する出力信号に異常が生じていることを容易に特定することができる。
【００１２】
請求項１０に記載の発明では、１つのブリッジ回路部から出力される出力信号は、ｓｉｎ信号または−ｓｉｎ信号と、ｃｏｓ信号または−ｃｏｓ信号と、からなる。例えば、ｓｉｎ系信号をｃｏｓ系信号で除した値、または、ｃｏｓ系信号をｓｉｎ系信号で除した値に基づき、ａｒｃｔａｎから被検出部の回転角度θを算出する場合、１つのブリッジ回路部が故障したとしても、正常なブリッジ回路部から出力されるｓｉｎ系信号とｃｏｓ系信号を用いて、被検出部の回転角度を算出することができる。このような構成は、特に請求項１４に記載の発明のように、ブリッジ回路部ごとに電源を有している場合、特に好ましい。
【００１３】
請求項１１に記載の発明では、演算値は、出力信号そのものである。異常特定手段は、出力信号が所定の範囲である第４の範囲から外れた場合、当該出力信号に異常が生じていると特定する。これにより、容易に異常出力信号を特定することができる。
【００１４】
請求項１２に記載の発明では、回転角算出手段は、異常特定手段により特定された異常が生じている出力信号以外の出力信号に基づいて回転角度を算出できるとき、異常特定手段により特定された異常が生じている出力信号以外の出力信号に基づき、回転角度を算出する。故障などによりどの出力信号に異常が生じているかが異常特定手段により特定されるので、異常が生じていると特定された出力信号以外の出力信号に基づいて回転角度の算出を継続することができる。なお、例えば請求項２に記載の構成を採用した場合、ｓｉｎ系信号のうちの少なくとも１つと、ｃｏｓ系信号のうちの少なくとも１つと、が正常であれば、正常であるｓｉｎ系信号とｃｏｓ系信号とに基づいて回転角度を算出可能である。
【００１５】
請求項１３に記載の発明では、回転角算出手段は、異常特定手段により特定された異常が生じている出力信号以外の出力信号に基づいて回転角度を算出できないとき、外部から取得される外部信号に基づいて回転角度を算出する。これにより、出力信号から回転角度を算出できない場合、外部信号を用いることにより被検出部の回転角度の算出を継続することができる。なお、例えば請求項２に記載の構成を採用した場合、全てのｓｉｎ系信号、または、全てのｃｏｓ系信号が異常となった場合、出力信号に基づいて回転角度を算出することができない。また例えば、請求項１５に記載のように、回転角検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた場合、外部信号として、ステアリングセンサにより検出されるステアリング角が好適に用いられる。
【００１６】
請求項１４に記載の発明では、ブリッジ回路部は、それぞれ別の電源に接続される。これにより、１つの電源が故障したとしても、他の電源に接続されるブリッジ回路部から出力される出力信号に基づき、回転角度の算出を継続することができる。なお、上述の通り、請求項１１に記載の構成と併用することが好ましい。
【００１７】
請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１４に記載の回転角検出装置を用いた電動パワーステアリング装置である。例えば請求項１２に記載の構成を採用すれば、出力信号の一部に異常が生じたとしても、異常が生じている出力信号以外の信号によって略正確に回転角度が算出されるので、電動パワーステアリング装置によるアシストが継続可能であるとともに、操舵感の悪化を抑制することができる。また例えば請求項１３に記載の構成を採用すれば、回転角検出装置による回転角度の算出が不可能になった場合においても、ステアリングセンサからの信号に基づいて回転角度を算出することにより、電動パワーステアリング装置の駆動を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるモータの構成を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による回転角検出装置の回路構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるブリッジ回路から出力される出力信号を示す説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態による増幅部を説明する回路図である。
【図６】本発明の第１実施形態の増幅部によって増幅された出力信号を説明する説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態による回転角算出処理を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第１実施形態による被検出部の回転角度の算出に係り、角度範囲の分割を説明する説明図であって、（ａ）は回転角検出装置側から見た被検出部を模式的に示す図であり、（ｂ）はｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を説明する図である。
【図９】本発明の第１実施形態による被検出部の回転角度の算出方法を説明する説明図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による異常出力信号の特定方法を説明する説明図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による異常時処理を説明する説明図である。
【図１２】本発明の第１実施形態において、２つ目以降の異常出力信号の特定方法および異常時処理を説明する説明図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による回転角検出装置の回路構成を示す回路図である。
【図１４】本発明の第２実施形態による異常出力信号の特定方法を説明する説明図である。
【図１５】本発明の第３実施形態による異常出力信号の特定方法を説明する説明図である。
【図１６】本発明の第３実施形態による異常時処理を説明する説明図である。
【図１７】本発明の変形例による回転角検出装置の回路構成を示す回路図である。
【図１８】本発明の変形例による回転角検出装置の回路構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明による回転角検出装置を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態による回転角検出装置１０は、車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置１（以下、適宜「ＥＰＳ」という。）に設けられる。
【００２０】
図１は、電動パワーステアリング装置１を備えたステアリングシステム９０の全体構成を示す図である。ステアリングホイール９１に接続されたステアリングシャフト９２には、ステアリングセンサ９４およびトルクセンサ９５が設けられている。ステアリングセンサ９４は、ステアリングシャフト９２の回転角を検出する。トルクセンサ９５は、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出する。ステアリングシャフト９２の先端は、ギア９６を介してラック軸９７に連結されている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対のタイヤ（ホイール）９８がそれぞれ連結されている。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の直線運動変位に応じた角度分、左右のタイヤ９８が転舵される。
【００２１】
電動パワーステアリング装置１は、補助操舵トルクを発生するモータ８０、モータ８０の回転角度を検出する回転角検出装置１０、及び、モータ８０の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝達するギア８９を備える。モータ８０は、ギア８９を正逆回転させる三相ブラシレスモータである。電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール９１の操舵方向および操舵トルクに応じた操舵補助トルクをステアリングシャフト９２に伝達する。
【００２２】
モータ８０の概略構成を、図２に示す。モータ８０は、ステータ８１、ロータ８２、および、シャフト８３等を有している。ロータ８２は、シャフト８３とともに回転する筒状の部材であり、その表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有している。ステータ８１は、ロータ８２を内部に収容するとともに、回転可能に支持している。ステータ８１は、径内方向へ所定角度毎に突出する突出部を有し、この突出部にコイル８４が巻回されている。コイル８４への通電によって生じる回転磁界により、ロータ８２はシャフト８３とともに回転する。ステータ８１、ロータ８２、シャフト８３、コイル８４は、ハウジング８５に収容される。シャフト８３は、ハウジング８５の両端から突出し、カバー８６側の端部に被検出部８７を有する。被検出部８７は、円板状に形成される２極磁石であり、シャフト８３と一体となって回転する。カバー８６の被検出部８７と対向する位置には、回転角検出装置１０が設けられる。本形態では、回転角検出装置１０は、カバー８６の一箇所に設けられているが、複数箇所に設けるように構成してもよい。
【００２３】
回転角検出装置１の回路構成を、図３に示す。図３に示すように、回転角検出装置１０は、第１ブリッジ回路１１、第２ブリッジ回路１２、増幅部４０、制御部５０等を有している。
第１ブリッジ回路１１は、第１ハーフブリッジ１４および第２ハーフブリッジ１５を有する。第１ハーフブリッジ１４は、２つのセンサ素子２１、２２から構成される。第２ハーフブリッジ１５は、２つのセンサ素子２３、２４から構成される。第２ブリッジ回路１２は、第３ハーフブリッジ１６および第４ハーフブリッジ１７を有する。第３ハーフブリッジ１６は、２つのセンサ素子２５、２６から構成される。第４ハーフブリッジ１７は、２つのセンサ素子２７、２８から構成される。本形態のセンサ素子２１〜２８は、いずれも被検出部８７の回転に応じて変化する回転磁界によりインピーダンスが変化する磁気抵抗素子である。第１ブリッジ回路１１と第２ブリッジ回路１２とは、それぞれ別々の電源に接続されている。第１ブリッジ回路１１が接続される電源および第２ブリッジ回路１２が接続される電源は、共に５Ｖである。なお、第１ブリッジ回路１１および第２ブリッジ回路１２が、「複数のブリッジ回路部」を構成している。
【００２４】
第１ハーフブリッジ１４のセンサ素子２１、２２の中点３１からは、図４（ａ）に実線で示すように、振幅Ａの−ｃｏｓ信号が出力される。第２ハーフブリッジ１５のセンサ素子２３、２４の中点３２からは、図４（ａ）に波線で示すように、振幅Ａの−ｓｉｎ信号が出力される。第３ハーフブリッジ１６のセンサ素子２５、２６の中点３３からは、図４（ｂ）に実線で示すように、振幅Ａのｃｏｓ信号が出力される。第４ハーフブリッジ１７のセンサ素子２７、２８の中点３４からは、図４（ｂ）に波線で示すように、ｓｉｎ信号が出力される。４つの出力信号は、増幅部４０にて増幅される。
【００２５】
図５に基づいて増幅部４０の回路構成について説明する。なお、図５においては、第２ハーフブリッジ１５から出力される出力信号の増幅処理について説明するが、他のハーフブリッジ１４、１６、１７から出力された信号についても、同様に増幅される。
第２ハーフブリッジ１５の中点３２から出力された出力信号は、バッファ４１及び抵抗Ｒ１を経由して、オペアンプ４２のマイナス側に入力される。また、オフセット部４３にて２．５Ｖ出力が作出され、オペアンプ４２のプラス側に入力される。そして、第２ハーフブリッジ１５の中点３２から出力された出力信号は、オペアンプ４２によって増幅され、中心値２．５Ｖ、振幅Ｂ＝１．５Ｖの正弦波信号として制御部５０に入力される（図６参照）。すなわち、第２ハーフブリッジ１５の中点３２から出力される出力信号−Ａｓｉｎθは、増幅部４０による増幅により、Ｖy1＝Ｂｓｉｎθ＋２．５となる。
【００２６】
同様に、第１ハーフブリッジ１４の中点３１から出力される出力信号−ｃｏｓθは、増幅部４０による増幅により、Ｖx1＝Ｂｃｏｓθ＋２．５となる。第３ハーフブリッジ１６の中点３３から出力される出力信号ｃｏｓθは、増幅部４０による増幅により、Ｖx2＝−Ｂｃｏｓθ＋２．５となる。第４ハーフブリッジ１７の中点３４から出力されるｓｉｎθは、増幅部４０による増幅により、Ｖy2＝−Ｂｓｉｎθ＋２．５となる。本形態では、出力信号Ｖx1およびＶx1からオフセットを消去したＶx1aが「ｃｏｓ信号」に対応し、出力信号Ｖx2およびＶx2からオフセットを消去したＶx2aが「−ｃｏｓ信号」に対応し、出力信号Ｖy1およびＶy1からオフセットを消去したＶy1aが「ｓｉｎ信号」に対応し、出力信号Ｖy2およびＶy2からオフセットを消去したＶy2aが「−ｓｉｎ信号」に対応している。
なお、本形態においては、振幅Ｂ＝１．５Ｖ、オフセット値＝２．５Ｖに設定されているが、振幅やオフセット値は、制御部５０にて取得可能な範囲で適宜設定可能である。
【００２７】
制御部５０は、通常のマイクロコンピュータによって構成され、各ハーフブリッジ１４〜１７のそれぞれの中点３１〜３４から出力された出力信号をそれぞれ取得し、取得された出力信号に基づき、被検出部８７の回転角度を算出する。なお、本形態においては、ハーフブリッジ１４〜１７のそれぞれの中点３１〜３４から出力される出力信号は、いずれも別個に増幅部４０にて増幅された後に制御部５０に入力されている。本形態では、制御部５０が出力信号を取得する段階において、出力信号同士が加算処理或いは差動増幅処理等されていることはない。
【００２８】
制御部５０における回転角度算出処理を図７に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、この回転角度算出処理は、ＥＰＳ動作時に所定の間隔、例えば２００μｓごと、に行われるものである。
はじめのステップＳ１０（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す。）では、出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2を取得する。
Ｓ１１では、出力信号に異常が生じているか否かを判断する。判断方法の詳細については、後述する。出力信号に異常が生じていると判断された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、Ｓ１３へ移行する。出力信号に異常が生じていないと判断された場合（Ｓ１１：ＮＯ）、Ｓ１２へ移行する。
【００２９】
Ｓ１２では、４つのハーフブリッジ１４〜１７の中点３１〜３４から出力された４つの出力信号を用いて、被検出部８７の回転角度θを算出する。
出力信号に異常が生じていると判断された場合に移行するＳ１３では、異常が生じている出力信号を特定する。特定方法の詳細については、後述する。
【００３０】
Ｓ１４では、異常が生じている出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θが算出可能か否かを判断する。本形態では、被検出部８７の回転角度θは、ａｒｃｔａｎの値から算出されるため、ｓｉｎ系信号の全て、または、ｃｏｓ系信号の全てが異常となった場合、被検出部８７の回転角度θを算出することができない。すなわち、ｓｉｎ系信号の全て、または、ｃｏｓ系信号の全てが異常となった場合、被検出部８７の回転角度θが算出できないと判断される。異常が生じている出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θが算出できると判断された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、Ｓ１５へ移行する。異常出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θが算出できないと判断された場合（Ｓ１４：ＮＯ）、Ｓ１６へ移行する。
【００３１】
異常が生じている出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θが算出できると判断された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）に移行するＳ１５では、異常が生じている出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θを算出する。
異常が生じている出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θが算出できないと判断された場合（Ｓ１４：ＮＯ）に移行するＳ１６では、ステアリングセンサ９４（図１参照）により検出されたステアリング角θStから被検出部８７の回転角度θを算出する。なお、本形態では、ステアリングセンサ９４により検出されたステアリング角θStが「外部信号」に対応するが、外部信号はステアリング角θstに限らない。
なお、本形態では、制御部５０が「信号取得手段」、「異常特定手段」、および「回転角算出手段」を構成する。また、Ｓ１０が「信号取得手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１３が「異常特定手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１２、Ｓ１５、Ｓ１６が「回転角算出手段」の機能としての処理に相当する。
【００３２】
ここで、被検出部８７の回転角度θの算出方法を説明する。
まず、Ｓ１６における回転角度θの算出方法を説明する。異常が生じている出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θが算出できない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、すなわち全てのｓｉｎ系信号、または、全てのｃｏｓ系信号が異常となった場合、に移行するＳ１６では、被検出部８７の回転角度θを以下のように算出する。ステアリングセンサ９４により取得されるステアリング角をθSt、モータ８０の機械角をθMech、モータ８０の極対数をＰn、減速比をＧとすると、以下の式が成立し、被検出部８７の回転角度θを算出することができる。
θMech＝（１／Ｐn）×θ …（１）
θSt＝（１／Ｇ）×θMech …（２）
（１）式を（２）式に代入すると、以下の式が得られる。
θ＝Ｇ×Ｐn×θSt …（３）
【００３３】
次に、Ｓ１２における回転角度θの算出方法を説明する。全ての出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2に異常がない場合（Ｓ１１：ＮＯ）に移行するＳ１２では、以下の式に示すように、ｓｉｎ系信号同士、または、ｃｏｓ系信号同士を減算することにより、オフセット値を消去する。なお、２つの信号を減算することにより、オフセット値だけでなく、温度特性等による誤差を消去することができる。
Ｖx1−Ｖx2＝２Ｂｃｏｓθ …（４）
Ｖy1−Ｖy2＝２Ｂｓｉｎθ …（５）
被検出部８７の回転角度θは、（４）式、（５）式を用いて算出されるａｒｃｔａｎである角度φに基づいて算出される。角度φから被検出部８７の回転角度θを算出する方法については、図８および図９に基づいて後述する。
φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｖy1−Ｖy2）／（Ｖx1−Ｖx2）｝ …（６）
φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｖx1−Ｖx2）／（Ｖy1−Ｖy2）｝ …（７）
【００３４】
続いて、Ｓ１５における回転角度θの算出方法を説明する。ここでは、Ｖx1＝Ｂｃｏｓθ＋２．５が異常出力信号である場合を例に説明する。なお、他の出力信号が異常である場合も同様にして算出することができる。全ての出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2に異常がない場合、上述の通り、ｓｉｎ系信号同士、または、ｃｏｓ系信号同士を減算することにより、オフセット値を消去することができたが、Ｖx1が異常出力信号である場合、ｃｏｓ系信号同士を減算することによるオフセット値の消去ができない。そこで、異常のないｃｏｓ系信号であるＶx2＝−Ｂｃｏｓθ＋２．５のオフセット値を制御部５０内で消去する。
Ｖx2a＝Ｖx2−２．５＝−Ｂｃｏｓθ
−２Ｖx2a＝２Ｂｃｏｓθ …（８）
被検出部８７の回転角度θは、（５）式、（８）式を用いて算出されるａｒｃｔａｎである角度φに基づいて算出される。
φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｖy1−Ｖy2）／（−２Ｖx2a）｝ …（９）
φ＝ａｒｃｔａｎ｛（−２Ｖx2a）／（Ｖy1−Ｖy2）｝ …（１０）
【００３５】
ここで、ｓｉｎ系信号およびｃｏｓ系信号に基づいて算出されたａｒｃｔａｎである角度φから被検出部８７の回転角度θを算出する方法について、図８および図９に基づいて説明する。図８は回転角度θの算出に係り、角度範囲の分割を説明する図であって、（ａ）は回転角検出装置１側から被検出部８７側を見たときの角度範囲の分割を示す図であり、（ｂ）はｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を説明する図である。図９は、角度φに基づいて回転角度θを算出する算出方法を説明する図である。なお、図８および図９では、０°〜３６０°を８つに分割しており、図中の１〜８の数字は、分割された角度範囲であるエリア１〜エリア８を示している。また、図９中において、ｓｉｎ信号を「Ｖy」、ｃｏｓ信号を「Ｖx」と記載した。
まず、角度演算に用いるｓｉｎ信号の振幅とｃｏｓ信号の振幅とが異なる場合、適宜振幅を合わせておく（例えば（８）式参照）。また、ｓｉｎ信号またはｃｏｓ信号が−信号である場合、例えば−１等を乗じたりすることにより、＋信号となるようにしておく（例えば（８）式参照）。
上記（６）式、（７）式、（９）式、（１０）式に示したように、角度φは、ｓｉｎ信号をｃｏｓ信号で除した値（以下、「ｔａｎ値」という。）、または、ｃｏｓ信号をｓｉｎ信号で除した値（以下、「ｃｏｔ値」という。）のａｒｃｔａｎとして算出される。ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号は０となる角度があるので、０で除することを避けるため、ｓｉｎ信号が０となる角度を含む角度範囲においては、ｃｏｓ信号で除するｔａｎ値に基づいて角度φを算出し、ｃｏｓ信号が０となる角度を含む角度範囲においては、ｓｉｎ信号で除するｃｏｔ値に基づいて角度φを算出する。
また、回転角度θを０〜３６０°とすると、異なる回転角度θでｔａｎ値またはｃｏｔ値が同じになる場合があるので、ｓｉｎ信号の絶対値とｃｏｓ信号の絶対値との大小関係、ｓｉｎ信号の符号、およびｃｏｓ信号の符号に基づき、回転角度θの範囲を特定した上で、ｔａｎ値またはｃｏｔ値のａｒｃｔａｎに基づき、回転角度θを算出する。
具体的には、図８および図９に示すように、振幅を合わせたｓｉｎ信号の絶対値とｃｏｓ信号の絶対値との大小関係、ｓｉｎ信号の符号、およびｃｏｓ信号の符号に基づき、回転角度θの０〜３６０°を８つの角度範囲であるエリア１〜エリア８のどこに該当するかを特定する。そして、ｓｉｎ信号の絶対値およびｃｏｓ信号の絶対値を比較し、絶対値の大きい方が分母となるようにｔａｎ値またはｃｏｔ値を用い、ｔａｎ値またはｃｏｔ値のａｒｃｔａｎである角度φを算出する。なお、図９中の「φの算出方法」においては、φの算出に係り、ｔａｎ値またはｃｏｔ値のどちらを用いてａｒｃｔａｎを求めるかを示している。回転角度θが該当するエリア１〜８が特定されているので、図９に示すように、基準となる０°（＝３６０°）、９０°、１８０°または２７０°に算出された角度φを加算または減算することにより、回転角度θを算出する。
【００３６】
次に、異常となった出力信号を特定する異常特定手段について説明する。
異常特定手段は、制御部５０により取得された４つの出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2を用いて演算することにより、異常となった出力信号を特定する。
まず、４つの出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2からオフセット値を制御部５０内で消去し、以下のように、Ｖx1a、Ｖx2a、Ｖy1a、Ｖy2aを算出する。
Ｖx1a＝Ｖx1−２．５＝ Ｂｃｏｓθ
Ｖx2a＝Ｖx2−２．５＝−Ｂｃｏｓθ
Ｖy1a＝Ｖy1−２．５＝ Ｂｓｉｎθ
Ｖy2a＝Ｖy2−２．５＝−Ｂｓｉｎθ
【００３７】
算出されたＶx1a、Ｖx2a、Ｖy1a、Ｖy2aの２乗値である第１演算値を算出する。そして、ｓｉｎ系信号の２乗値とｃｏｓ系信号の２乗値との和となるような第１演算値の組み合わせにより、第２演算値を算出する。すなわち、第２演算値は、以下に示す（１１）〜（１４）式により算出される。
Ｖx1a2＋Ｖy1a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）
…（１１）
Ｖx1a2＋Ｖy2a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）
…（１２）
Ｖx2a2＋Ｖy1a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）
…（１３）
Ｖx2a2＋Ｖy2a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）
…（１４）
【００３８】
４つの出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2が正常である場合、ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ＝１であるから、第２演算値は、いずれも理論上Ｂ2となる。したがって、図１０に示すように、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる第２演算値の組み合わせに基づき、どの出力信号が異常であるかを特定することができる。なお、所定の範囲の幅は、センサ素子２１〜２８の温度特性等による測定誤差や増幅率等によって、適宜設定可能である。また本形態では、Ｂ2を中心とする所定の範囲が、「第１の範囲」に対応し、Ｂ2が「Ｋ」に対応している。
図１０に、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる第２演算値の組み合わせと、特定される異常出力信号と、の関係を示す。図１０においては、Ｂ2を中心とする所定の範囲から第２演算値が外れる場合を記号「○」で示した。また、図１０にて特定された異常出力信号に基づいて決定される被検出部８７の回転角度θの算出方法を図１１に示した。
【００３９】
図１０に示すように、（１１）式、（１２）式により算出される第２演算値が、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖx1以外の出力信号Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＡ）。
（１３）式、（１４）式により算出される第２演算値が、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx2が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖx2以外の出力信号Ｖx1、Ｖy1、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＢ）。
（１１）式、（１３）式により算出される第２演算値が、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖy1が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖy1以外の出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＣ）。
（１２）式、（１４）式により算出される第２演算値が、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖy2が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖy2以外の出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1を用いて回転角度θを算出する（モードＤ）。
【００４０】
また、（１４）式以外の３式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1およびＶy1が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖx1、Ｖy1以外の出力信号Ｖx2、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＥ）。
（１３）式以外の３式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1およびＶy2が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖx1、Ｖy2以外の出力信号Ｖx2、Ｖy1を用いて回転角度θを算出する（モードＦ）。
（１２）式以外の３式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx2およびＶy1が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖx2、Ｖy1以外の出力信号Ｖx1、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＧ）。
（１１）式以外の３式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx2およびＶy2が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖx2、Ｖy2以外の出力信号であるＶx1、Ｖy1を用いて回転角度θを算出する（モードＨ）。
【００４１】
（１１）〜（１４）式により算出される全ての第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、全てのｓｉｎ系信号（Ｖy1およびＶy2）、または、全てのｃｏｓ系信号（Ｖx1およびＶx2）が異常であると特定される。このとき、ａｒｃｔａｎの値を算出することができないので、ステアリング角θStを用いて回転角度θを算出する（モードＩ）。
なお、モードＡ〜Ｈは、図７中のＳ１５と対応し、モードＩは、図７中のＳ１６と対応する。
【００４２】
ここで、Ｖx1が異常となり、Ｂｃｏｓθ＝５Ｖとなる場合の具体例を説明する。なお、本形態における振幅Ｂは、上述の通り１．５Ｖである。
このとき、制御部５０により取得される出力信号は、以下の式で示される。
Ｖx1＝５＋２．５＝７．５ …（１５）
（１５）式のオフセット値を制御部５０内で消去すると、
Ｖx1a＝５
となる。
ここで、（１１）〜（１４）式により第２演算値を算出すると、（１３）、（１４）式により算出される第２演算値は、Ｂ2＝２．２５となるが、（１１）、（１２）式により算出される第２演算値は、２５〜２７．５の間で変動し、Ｂ2とならない。これにより、（１１）、（１２）式により算出される第２演算値がＢ2とはならないので、出力信号Ｖx1が異常であると特定することができる。
【００４３】
次に、１つの出力信号が異常である状態（モードＡ〜Ｄ）から、さらに他の出力信号が異常となった場合について説明する。ここでは、出力信号Ｖx1が異常である状態（モードＡ）から、出力信号Ｖx1以外の他の出力信号が異常となった場合について、図１２に基づいて説明する。
出力信号Ｖx1が異常であるので、（１１）式および（１２）式により算出される第２演算値は、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れている。図１２（ａ）に示すように、さらに（１３）式および（１４）式により算出される第２演算値がいずれもＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1に加え、Ｖx2が異常になったと特定できる。この場合、全てのｃｏｓ系信号が異常であり、ａｒｃｔａｎの値を算出することができないので、ステアリング角θStを用いて回転角度θを算出する（モードＩ）。
【００４４】
また、（１１）式および（１２）式により算出される第２演算値に加え、（１３）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1に加え、Ｖy1が異常になったと特定できる。このとき、異常出力信号Ｖx1、Ｖy1以外の出力信号Ｖx2、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＥ）。
さらにまた、（１１）式および（１２）式により算出される第２演算値に加え、（１４）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1に加え、Ｖy2が異常になったと特定できる。このとき、異常出力信号Ｖx1、Ｖy2以外の出力信号Ｖx2、Ｖy1を用いて回転角度θを算出する（モードＦ）。
【００４５】
ここで、上述の例のように、出力信号Ｖx1に加え、Ｖy1またはＶy2が異常であると特定され（モードＥ、Ｆ）、さらに他の出力信号が異常になる場合について説明する。
図１２（ｂ）に示すように、（１１）式および（１２）式により算出される第２演算値に加え、（１３）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れ、さらに（１４）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れた場合、Ｖx1、Ｖy1に加えてＶx2またはＶy2が異常になったと特定できる。このとき、全てのｓｉｎ系信号（Ｖy1およびＶy2）、または、全てのｃｏｓ系信号（Ｖx1およびＶx2）が異常であり、ａｒｃｔａｎの値を算出することができないので、ステアリング角θStを用いて回転角度θを算出する（モードＩ）。
また、（１１）式および（１２）式により算出される第２演算値に加え、（１４）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れ、さらに（１３）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れた場合、Ｖx1、Ｖy2に加えてＶx2またはＶy1が異常になったと特定できる。このとき、全てのｓｉｎ系信号（Ｖy1およびＶy2）、または、全てのｃｏｓ系信号（Ｖx1およびＶx2）が異常であり、ａｒｃｔａｎの値を算出することができないので、ステアリング角θStを用いて回転角度θを算出する（モードＩ）。
なお、図１２に示す例では、最初に出力信号Ｖx1が異常となった場合について説明したが、他の出力信号が最初に異常となった場合においても、同様にしてさらに異常となった出力信号を特定することにより、異常が生じていない出力信号またはステアリング角θStに基づいて、回転角度θを算出することができる。
【００４６】
以上詳述したように、本形態の回転角検出装置１０は、電動パワーステアリング装置１に用いられる。制御部５０の信号取得手段は、ハーフブリッジ１４〜１７の中点３１〜３４から取得される出力信号を、出力信号同士の加算処理や差動増幅処理等をすることなく、ハーフブリッジ１４〜１７ごとに取得している。信号取得手段は、４つのハーフブリッジ１４〜１７の中点３１〜３４から出力される４つの出力信号を取得している。また、回転角算出手段は、取得された４つの出力信号に基づき、被検出部８７の回転角度θを算出する。
制御部５０の異常特定手段は、取得された４つの出力信号に基づく値である演算値が所定の範囲から外れた場合、当該演算値に対応する出力信号に異常が生じていると特定する。本形態では、ハーフブリッジ１４〜１７ごとに取得された出力信号に基づく値である演算値に基づいて故障などによりどの出力信号が異常となったかを特定することができ、誤った角度を検出しないようにすることができるとともに、一部の出力信号に故障が生じても継続して回転角度が検出可能な多重系の回転角検出装置となる。また、異常が生じている出力信号が特定されるので、故障原因や故障部品の特定に寄与する。
【００４７】
制御部５０により取得される４つの出力信号は、正常時において、いずれも振幅Ｂ＝１．５のｓｉｎ信号、−ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号、および、−ｃｏｓ信号である。すなわち、第１ハーフブリッジ１４の中点３１から出力され制御部５０にて取得される出力信号Ｖx1がＢｃｏｓθ＋２．５であり、第２ハーフブリッジ１５の中点３２から出力され制御部５０にて取得される出力信号Ｖy1がＢｓｉｎθ＋２．５であり、第３ハーフブリッジ１６の中点３３から出力され制御部５０にて取得される出力信号Ｖx2が−Ｂｃｏｓθ＋２．５であり、第４ハーフブリッジ１６の中点３４から出力され制御部５０にて取得される出力信号Ｖy2が−Ｂｓｉｎθ＋２．５である。
【００４８】
本形態では、制御部５０にて取得された出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2について、制御部５０内でそれぞれオフセット値を消去した出力信号であるＶx1a、Ｖx2a、Ｖy1a、Ｖy2aを算出し、第１演算値Ｖx1a2、Ｖx2a2、Ｖy1a2、Ｖy2a2を算出する。そして、（１１）〜（１４）式に示すように、４つの第１演算値をそれぞれ少なくとも１回ずつ用い、ｃｏｓ系信号の２乗値であるＶx1a2、Ｖx2a2のいずれか一方と、ｓｉｎ系信号の２乗値であるＶy1a2、Ｖy2a2のいずれか一方とを加算した第２演算値を、（１１）〜（１４）式により算出する。そして、（１１）〜（１４）式により算出される第２演算値のうち、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れた第２演算値の組み合わせに基づき、異常が生じている出力信号を特定する。（１１）〜（１４）式により算出される第２演算値は、いずれもＢ2×（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）であるので、出力信号に異常がない場合の第２演算値は理論上、定数Ｂ2となる。したがって、容易な演算によって異常が生じている出力信号を特定することができる。
【００４９】
また、異常が生じていると特定された出力信号以外の出力信号に基づいて被検出部８７の回転角度θを算出できる場合（図７中のＳ１４：ＹＥＳ）、すなわち本形態ではｓｉｎ系信号およびｃｏｓ系信号が少なくとも１つずつ正常である場合、異常が生じている出力信号以外の出力信号に基づき、被検出部８７の回転角度θを算出する（Ｓ１５）。本形態では、どの出力信号が異常となったかが特定されるので、異常が生じている出力信号以外の出力信号に基づいて回転角度θの算出を継続することができる。これにより、電動パワーステアリング装置１による操舵のアシストが継続可能であるとともに、操舵感の悪化を抑制することができる。
さらに、異常が生じていると特定された出力信号以外の出力信号に基づいて被検出部８７の回転角度θを算出できない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、すなわち本形態では全てのｓｉｎ系信号系信号、または、全てのｃｏｓ系信号が異常となった場合、ステアリングセンサ９４から取得されるステアリング角θSt基づき、被検出部８７の回転角度θを算出する（Ｓ１６）。これにより、出力信号から回転角度θが算出できない場合、ステアリング角θstを用いることにより被検出部８７の回転角度θの算出を継続することができる。特に、本形態では、回転角検出装置１０を電動パワーステアリング装置１に用いているので、ステアリングセンサ９４により検出されるステアリング角θStに基づいて回転角度θを算出することにより、電動パワーステアリング装置１の駆動を継続することができ、操舵感の悪化を防ぐことができる。
【００５０】
また、本形態の第１ブリッジ回路１１のハーフブリッジ１４の中点３１から増幅部４０を経由して出力される出力信号Ｖx1はｃｏｓ信号であり、ハーフブリッジ１５の中点３２から出力される増幅部４０を経由して出力信号Ｖy1はｓｉｎ信号である。第２ブリッジ回路１２のハーフブリッジ１６の中点３３から出力される増幅部４０を経由して出力信号Ｖx2は−ｃｏｓ信号であり、ハーフブリッジ１７の中点３４から出力される増幅部４０を経由して出力信号Ｖy2は−ｓｉｎ信号である。また、第１ブリッジ回路１１と第２ブリッジ回路１２とは、それぞれ別々の電源に接続されている。これにより一方のブリッジ回路または電源が故障したとしても、他方のブリッジ回路から出力されるｓｉｎ系信号およびｃｏｓ系信号を用い、被検出部８７の回転角度θを算出することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による異常出力信号の特定方法を説明する。なお、以下、複数の実施形態において、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、以下の実施形態においては、第１実施形態と異なる部分、および、異常出力信号の特定方法を中心に説明し、回転角度θの算出方法等については第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
図１３に示すように、本形態の回転角検出装置１００は、第１ハーフブリッジ１４の中点３１から２つの出力信号が出力される点において第１実施形態と異なっている。
【００５２】
第１ハーフブリッジ１４の中点３１から出力された２つの出力信号はいずれも振幅Ａの−ｃｏｓ信号であり、それぞれ増幅部４０にて増幅され、Ｖx11＝Ｂｃｏｓθ＋２．５、Ｖx12＝Ｂｃｏｓθ＋２．５となる。また、第３ハーフブリッジ１６の中点３３から出力される出力信号は、増幅部４０による増幅により、Ｖx13＝−Ｂｃｏｓθ＋２．５となる。第２ハーフブリッジ１５の中点３２から出力される出力信号は、増幅部４０による増幅により、Ｖy11＝Ｂｓｉｎθ＋２．５となる。第４ハーフブリッジ１７の中点３４から出力されるｓｉｎθは、増幅部４０による増幅により、Ｖy12＝−Ｂｓｉｎθ＋２．５となる。すなわち、本形態の制御部５０は、Ｖx11、Ｖx12、Ｖx13、Ｖy11、Ｖy12の５つの出力信号を取得する。本形態では、出力信号Ｖx11、Ｖx12、およびＶx11、Ｖx12からオフセットを消去したＶx11a、Ｖx12aが「ｃｏｓ信号」に対応し、出力信号Ｖx13およびＶx13からオフセットを消去したＶx13aが「−ｃｏｓ信号」に対応し、出力信号Ｖy11およびＶy11からオフセットを消去したＶy11aが「ｓｉｎ信号」に対応し、出力信号Ｖy12およびＶy12からオフセットを消去したＶy12aが「−ｓｉｎ信号」に対応している。
なお、第１ハーフブリッジ１４の中点３１から２つの信号が出力される以外の回路構成等は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５３】
異常特定手段は、制御部５０により取得された５つの出力信号Ｖx11、Ｖx12、Ｖx13、Ｖy11、Ｖy12を用いて演算することにより、異常となった出力信号を特定する。
まず、５つの出力信号Ｖx11、Ｖx12、Ｖx13、Ｖy11、Ｖy12からオフセット値を制御部５０内で消去し、以下のようにＶx11a、Ｖx12a、Ｖx13a、Ｖy11a、Ｖy12aを算出する。
Ｖx11a＝Ｖx11−２．５＝ Ｂｃｏｓθ
Ｖx12a＝Ｖx12−２．５＝ Ｂｃｏｓθ
Ｖx13a＝Ｖx13−２．５＝−Ｂｃｏｓθ
Ｖy11a＝Ｖy11−２．５＝ Ｂｓｉｎθ
Ｖy12a＝Ｖy12−２．５＝−Ｂｓｉｎθ
【００５４】
このようにして算出されたＶx11a、Ｖx12a、Ｖx13a、Ｖy11a、Ｖy12aの２乗値である第１演算値を算出する。そして、ｓｉｎ系信号の２乗値とｃｏｓ系信号の２乗値との和となるような第１演算値の組み合わせにより、第２演算値を算出する。すなわち、第２演算値は、以下に示す（２１）〜（２４）式により算出される。
Ｖx11a2＋Ｖy11a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ
＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（２１）
Ｖx11a2＋Ｖy12a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ
＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（２２）
Ｖx12a2＋Ｖy11a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ
＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（２３）
Ｖx13a2＋Ｖy12a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ
＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（２４）
【００５５】
５つの出力信号Ｖx11、Ｖx12、Ｖx13、Ｖy11、Ｖy12が正常である場合、ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ＝１であるから、（２１）〜（２４）式により算出される値は、いずれも理論上Ｂ2となる。したがって、図１４に示すように、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる第２演算値の組み合わせに基づき、どの出力信号が異常であるかを特定することができる。なお、上記実施形態と同様、所定の範囲の幅は、センサ素子の温度特性等による測定誤差や増幅率等によって、適宜設定可能である。また本形態では、Ｂ2を中心とする所定の範囲が、「第１の範囲」に対応し、Ｂ2が「Ｋ」に対応している。
図１４に、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる第２演算値の組み合わせと、特定される異常出力信号と、の関係を示す。図１４においては、Ｂ2を中心とする所定の範囲から第２演算値が外れる場合を記号「○」で示した。
【００５６】
図１４に示すように、（２１）式、（２２）式により算出される第２演算値が、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx11が異常であると特定され、異常出力信号Ｖx11以外の出力信号Ｖx12、Ｖx13、Ｖy11、Ｖy12を用いて回転角度θを算出する。この場合、Ｖx12、Ｖx13が正常なので、この２つを（４）式のように減算することによりオフセット値、および、温度特性等による誤差を消去することができる。
（２３）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx12が異常であると特定され、異常出力信号Ｖx12以外の出力信号Ｖx11、Ｖx13、Ｖy11、Ｖy12を用いて回転角度θを算出する。この場合、Ｖx11、Ｖx13が正常なので、この２つを（４）式のように減算することによりオフセット値、および、温度特性等による誤差を消去することができる。
【００５７】
（２４）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx13が異常であると特定され、異常出力信号Ｖx13以外の出力信号Ｖx11またはＶx12、Ｖy11、Ｖy12を用いて回転角度θを算出する。
（２１）式、（２３）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖy11が異常であると特定され、異常出力信号Ｖy11以外の出力信号Ｖx11またはＶx12、Ｖx13、Ｖy12を用いて回転角度θを算出する。
（２２）式、（２４）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖy12が異常であると特定され、異常出力信号Ｖy12以外の出力信号Ｖx11またはＶx12、Ｖx13、Ｖy11を用いて回転角度θを算出する。
【００５８】
制御部５０により取得される信号が５つである場合、異常出力信号が１つであれば、４つの計算を行うことにより、異常出力信号を特定することができる。なお、制御部５０により取得される信号数が４〜８であり、異常出力信号が１つであれば、４つの計算を行うことにより、異常出力信号を特定することができる。また、ｓｉｎ系信号とｃｏｓ系信号との全ての組み合わせを計算することにより、複数の出力信号が同時に故障した場合であっても異常出力信号を特定することができる。なお、本形態におけるｓｉｎ系信号とｃｏｓ系信号の全ての組み合わせは、６通りである。
これにより、上記実施形態と同様の効果を奏する他、制御部５０により取得される信号数が増えることにより、回転角検出装置１００の信頼性が向上する。
【００５９】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による異常出力信号の特定方法を説明する。回路構成、制御部５０により取得される信号等は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
本形態の異常特定手段では、制御部５０により取得された４つの出力信号Ｖx1＝Ｂｃｏｓθ＋２．５、Ｖx2＝−Ｂｃｏｓθ＋２．５、Ｖy1＝Ｂｓｉｎθ＋２．５、Ｖy2＝−Ｂｓｉｎθ＋２．５を用いて演算することにより、異常となった出力信号を特定する。
まず、４つの出力信号のｓｉｎ系信号とｃｏｓ系信号との組み合わせで減算した減算値Ｖx1y1、Ｖx1y2、Ｖx2y1、Ｖx2y2を算出する。２つの信号を減算することにより、オフセット値だけでなく、温度特性等による誤差を消去することができる。
Ｖx1y1＝Ｖx1−Ｖy1＝ Ｂｃｏｓθ−Ｂｓｉｎθ
Ｖx1y2＝Ｖx1−Ｖy2＝ Ｂｃｏｓθ＋Ｂｓｉｎθ
Ｖx2y1＝Ｖx2−Ｖy1＝−Ｂｃｏｓθ−Ｂｓｉｎθ
Ｖx2y2＝Ｖx2−Ｖy2＝−Ｂｃｏｓθ＋Ｂｓｉｎθ
【００６０】
このようにして算出された減算値Ｖx1y1、Ｖx1y2、Ｖx2y1、Ｖx2y2の２乗値である第１演算値を算出する。そして、２つの第１演算値を加算してＫ×（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）となるような第１演算値の組み合わせにより、第２演算値を算出する。すなわち、第２演算値は、以下に示す（３１）〜（３４）式により算出される。
Ｖx1y12＋Ｖx1y22＝２Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（３１）
Ｖx2y12＋Ｖx2y22＝２Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（３２）
Ｖx1y12＋Ｖx2y12＝２Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（３３）
Ｖx1y22＋Ｖx2y22＝２Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（３４）
【００６１】
４つの出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2が正常である場合、ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ＝１であるから、第２演算値は、いずれも理論上２Ｂ2となる。したがって、図１５に示すように、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる第２演算値の組み合わせに基づき、どの出力信号が異常であるかを特定することができる。なお、上記実施形態と同様、所定の範囲の幅は、センサ素子の温度特性等による測定誤差や増幅率等によって、適宜設定可能である。また本形態では、２Ｂ2を中心とする所定の範囲が、「第１の範囲」に対応し、２Ｂ2が「Ｋ」に対応している。
図１５に、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる第２演算値の組み合わせと、特定される異常出力信号と、の関係を示す。図１５においては、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から第２演算値が外れた場合を記号「○」で示した。また、図１５にて特定された異常出力信号に基づいて決定される被検出部８７の回転角度θの算出方法を図１６に示す。
【００６２】
図１５に示すように、（３１）式、（３３）式、（３４）式により算出される第２演算値が、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1が異常であると特定され、図１６に示すように、異常出力信号Ｖx1以外の出力信号Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＡ）。
（３２）式、（３３）式、（３４）式により算出される第２演算値が、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx2が異常であると特定され、図１６に示すように、異常出力信号Ｖx2以外の出力信号Ｖx1、Ｖy1、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＢ）。
（３１）式、（３２）式、（３３）式により算出される第２演算値が、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖy1が異常であると特定され、図１６に示すように、異常出力信号Ｖy1以外の出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＣ）。
（３１）式、（３２）式、（３４）式により算出される第２演算値が、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖy2が異常であると特定され、図１６に示すように、異常出力信号Ｖy2以外の出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1を用いて回転角度θを算出する（モードＤ）。
なお、回転角度θの算出方法は、第１実施形態と同様である。また、本形態では、（３１）〜（３４）式により算出される全ての第２演算値が所定の範囲から外れる場合、ステアリング角θStを用いて回転角度θを算出する。
【００６３】
本形態では、異常特定手段は、出力信号同士を減算した４つの減算値のＶx1y1、Ｖx1y2、Ｖx2y1、Ｖx2y2である第１演算値を算出している。減算値は、ｓｉｎ系信号とｃｏｓ系信号との組み合わせで減算して算出されることにより、センサ素子の温度特性等による誤差が消去されている。また、４つの第１演算値をそれぞれ少なくとも１回ずつ用い、第１演算値の２つを加算した４つの第２演算値を算出する。そして、（３１）〜（３４）式により算出される第２演算値のうち、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れた式の組み合わせに基づき、異常出力信号を特定する。（３１）〜（３４）式は、いずれも２Ｂ2×（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）であるので、出力信号に異常がない場合の第２演算値は理論上、定数２Ｂ2となる。したがって、容易な演算によって異常出力信号を特定することができる。
また、異常特定手段により異常出力信号が特定されるので、上記第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００６４】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による異常出力信号の特定方法を説明する。回路構成、制御部５０により取得される信号等は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
本形態の異常特定手段では、制御部５０により取得された４つの出力信号Ｖx1＝Ｂｃｏｓθ＋２．５、Ｖx2＝−Ｂｃｏｓθ＋２．５、Ｖy1＝Ｂｓｉｎθ＋２．５、Ｖy2＝−Ｂｓｉｎθ＋２．５を用いて演算することにより、異常となった出力信号を特定する。
本形態では、出力信号Ｖx1とＶx2とを加算してｃｏｓ信号演算値を算出し、出力信号Ｖy1とＶy2とを加算してｓｉｎ信号演算値を算出する。ｃｏｓ信号演算値の算出式を（４１）式、ｓｉｎ信号演算値の算出式を（４２）式に示す。
Ｖx1＋Ｖx2＝Ｂｃｏｓθ−Ｂｃｏｓθ＋５ …（４１）
Ｖy1＋Ｖy2＝Ｂｓｉｎθ−Ｂｃｏｓθ＋５ …（４２）
【００６５】
出力信号Ｖx1とＶx2とは、互いに位相が１８０°ずれている信号なので、出力信号Ｖx1およびＶx2が正常である場合、ｃｏｓ信号演算値は所定値Ｐ１、本形態では５、となる。したがって、ｃｏｓ信号演算値が所定値Ｐ１を中心とする所定の範囲から外れる場合、ｃｏｓ系信号に異常が生じていることを容易に特定することができる。
【００６６】
同様に、出力信号Ｖy1とＶy2とは、互いに位相が１８０°ずれている信号なので、出力信号Ｖｙ１およびＶｙ２が正常である場合、ｓｉｎ信号演算値は所定値Ｐ２、本形態では５、となる。したがって、ｓｉｎ信号演算値が所定値Ｐ２を中心とする所定の範囲から外れる場合、ｓｉｎ系信号に異常が生じていることを容易に特定することができる。
【００６７】
なお、上記実施形態と同様、所定の範囲の幅は、センサ素子の温度特性等による測定誤差や増幅率等によって、適宜設定可能である。また本形態では、所定値Ｐ１を中心とする所定の範囲が、「第３の範囲」に対応し、所定値Ｐ２を中心値する所定の範囲が、「第２の範囲」に対応している。本形態では、２つのｓｉｎ系信号のどちらに異常が生じているか、または、２つのｃｏｓ系信号のどちらに異常が生じているかまでは特定できないため、図７中のＳ１４では必ず否定判断される。
【００６８】
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
（変形例）
（ア）回路構成
上記実施形態では、回転角検出装置は増幅部を備えていたが、図１７に示すように、回転角検出装置１１０は、増幅部４０を備えず、それぞれのハーフブリッジの中点から出力される出力信号が、そのまま制御部５０によって取得されるように構成してもよい。また、図１８に示すように、回転角検出装置１２０は、２つのブリッジ回路が、同一の電源に接続されていてもよい。また、一方のブリッジ回路から取得される出力信号が、ｃｏｓ信号および−ｃｏｓ信号であり、他方のブリッジ回路から取得される出力信号が、ｓｉｎ信号および−ｓｉｎ信号であってもよい。
また、ブリッジ回路は２つに限らず、３つ以上であってもよい。また、ハーフブリッジの中点から出力され、制御部にて取得される出力信号は、４つ以上であれば、いくつであってもよい。また、出力信号は、ｃｏｓ信号およびｓｉｎ信号に限らない。
【００６９】
（イ）異常検出手段
他の実施形態では、演算値は、出力信号そのものであってもよい。異常特定手段は、出力信号が所定の範囲である第４の範囲から外れた場合、当該出力信号に異常が生じていると特定してもよい。例えば、上記実施形態のように、出力信号が正弦波信号であり、正常時における最小値が１Ｖ、最大値が４Ｖである場合、所定の範囲の上限値を４．５Ｖ、所定の範囲の下限値を０.５Ｖに設定し、出力信号が４．５Ｖを上回った場合、または、０．５Ｖを下回ったとき、異常であると特定する。すなわち、この例では、０．５Ｖ〜４．５Ｖが「第４の範囲」に対応している。これにより、容易に異常出力信号を特定することができる。
【００７０】
上記実施形態では、異常検出手段により異常出力信号が特定されたとき、他の出力信号や外部信号に基づいて回転角度を検出したが、他の実施形態では、回転角検出装置による角度検出を停止してもよい。
また、上記実施形態では、ハーフブリッジから出力されるｓｉｎ信号、−ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号、−ｃｏｓ信号の振幅は等しかったが、他の実施形態では、出力される信号の振幅は、ハーフブリッジごとに異なっていてもよい。この場合、それぞれのハーフブリッジから出力される信号の振幅がわかっていれば、制御部において演算処理を行い、振幅を補正することにより、上記実施形態と同様にして異常出力信号を特定することができる。
また、上記実施形態では、回転角検出装置を電動パワーステアリング装置に用いたが、これに限らず、他の分野へ適用することはもちろん可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１：電動パワーステアリング装置、１０：回転角検出装置、１１：第１ブリッジ回路（ブリッジ回路部）、１２：第２ブリッジ回路（ブリッジ回路部）、１４〜１７：ハーフブリッジ、２１〜２８：センサ素子、３１〜３４：ハーフブリッジの中点、４０：増幅部、４１：バッファ、４２：オペアンプ、４３：オフセット部、５０：制御部（信号取得手段、回転角算出手段、異常特定手段）、８０：モータ、８１：ステータ、８２：ロータ、８３：シャフト、８４：コイル、８５：ハウジング、８６：カバー、８７：被検出部、８９：ギア、９０：ステアリングシステム、９１：ステアリングホイール、９２：ステアリングシャフト、９４：ステアリングセンサ、９５：トルクセンサ、９６：ギア、９７：ラック軸、９８：タイヤ、１００、１１０、１２０：回転角検出装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角検出装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータなどの回転軸の回転角度を検出する回転角検出装置として、センサ素子から出力される出力信号に基づいて回転角を算出する技術が公知である。また、センサ素子から出力される信号に異常が発生した場合に、異常が発生したことを判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４９０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、ブリッジ回路の出力信号であるｓｉｎθと−ｓｉｎθとを加算器に送り、ｓｉｎ成分を減算した信号Ａを生成している。また、同様にブリッジ回路の出力信号であるｃｏｓθと−ｃｏｓθとを加算器に送り、ｃｏｓ成分を減算した信号Ｂを生成している。これら生成された信号Ａ及びＢが上限閾値を上回る、或いは、下限閾値を下回る場合、異常が発生したと判定している。しかしながら、特許文献１の技術では、加算器により生成された信号ＡまたはＢにより故障を判定しているので、どの出力信号が故障したかを特定することはできなかった。また、特許文献１の技術では、故障により１つでも信号が失われるとｃｏｓ信号もしくはｓｉｎ信号だけとなり、回転角度を検出することができなかった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、故障などにより異常となった出力信号を特定可能であるとともに、一部の故障が生じても継続して回転角度が検出可能な多重系の回転角検出装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の回転角検出装置は、複数のブリッジ回路部と、制御部と、を備える。それぞれのブリッジ回路部は、被検出部の回転に応じて変化する回転磁界によりインピーダンスが変化するセンサ素子により構成される複数のハーフブリッジを有する。センサ素子は、例えば磁気抵抗素子である。制御部は、信号取得手段、回転角算出手段、および、異常特定手段を有する。信号取得手段は、ハーフブリッジの中点から出力される出力信号をハーフブリッジごとに取得する。例えば、ハーフブリッジが２つのセンサ素子により構成される場合、２つのセンサ素子の接続点を中点とする。なお、信号取得手段により取得される信号は、ハーフブリッジの中点から出力される出力信号そのものに限らず、オペアンプ等による増幅処理やオフセット処理がそれぞれの出力信号ごとに行われた信号値であってもよい。また、信号取得手段により取得された出力信号について、出力信号ごとに制御部内にてオフセット消去等を行ったものも、本発明の「出力信号」に含まれるものとする。回転角算出手段は、信号取得手段により取得された出力信号に基づき、被検出部の回転角度を算出する。
【０００６】
本発明は、異常が生じている出力信号を特定する異常特定手段に特徴を有している。異常特定手段は、信号取得手段によって取得される少なくとも４つの出力信号に基づく値である演算値が所定の範囲から外れた場合、当該演算値に対応する出力信号に異常が生じていると特定する。本発明の信号取得手段は、ハーフブリッジの中点から出力される出力される出力信号を、信号同士の加算処理や差動増幅処理等を行わず、ハーフブリッジごとに取得している。そして、ハーフブリッジごとに取得された出力信号に基づく値である演算値に基づいて、故障などによりどの出力信号が異常となったかを特定することができる。なお、本発明における「演算値」は、例えば請求項１１に記載の発明のように、信号取得手段により取得された出力信号そのものであってもよい。以下、異常が生じている出力信号を、適宜「異常出力信号」という。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、少なくとも４つの出力信号は、正常時において、ｓｉｎ信号、−ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号、および、−ｃｏｓ信号である。
請求項３に記載の発明では、演算値は、出力信号の２乗値または出力信号同士を減算した減算値の２乗値である複数の第１演算値のうちの２つの値を加算した複数の第２演算値である。異常特定手段は、第２演算値が所定の範囲である第１の範囲から外れた場合、第１の範囲から外れた第２演算値に対応する出力信号に異常が生じていると特定する。請求項３に記載の発明では、４つの出力信号がｓｉｎ信号、−ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号、および、−ｃｏｓ信号であることを利用し、２乗和を算出することにより、容易な計算で異常が生じている出力信号を特定することができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、第２演算値がＫ×（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）となるように２つの第１演算値を用いて算出される。ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ＝１であるので、第２演算値は、理論上定数Ｋとなる。この定数Ｋは、例えば出力信号の振幅の２乗に比例する値である。これにより、定数Ｋを中心とする所定の範囲から第２演算値が逸脱しているか否かを容易に特定することができる。なお、所定の範囲の幅は、センサ素子の温度特性等による測定誤差や増幅率等によって、適宜設定可能である。
【０００９】
具体的には、以下のような演算が行われる。
請求項５に記載の発明では、第２演算値は、ｓｉｎ信号の２乗値または−ｓｉｎ信号の２乗値と、ｃｏｓ信号の２乗値または−ｃｏｓ信号の２乗値と、の組み合わせから算出される。
請求項６に記載の発明では、減算値は、ｓｉｎ信号または−ｓｉｎ信号（以下、ｓｉｎ信号と−ｓｉｎ信号の総称として「ｓｉｎ系信号」という。）と、ｃｏｓ信号または−ｃｏｓ信号（以下、ｃｏｓ信号と−ｃｏｓ信号の総称として「ｃｏｓ系信号」という。）と、の組み合わせで減算して算出される。２つの出力信号を減算しているので、センサ素子の温度特性等による誤差を消去することができる。
【００１０】
請求項７に記載の発明では、第１演算値は少なくとも４つ算出される。また、第２演算値は、算出された第１演算値の全てを少なくとも１回ずつ用いて、少なくとも４通りの第１演算値の組み合わせから算出される。これにより、どの出力信号に異常が生じているかを確実に特定することができる。
【００１１】
請求項８に記載の発明では、演算値は、ｓｉｎ信号および−ｓｉｎ信号から算出されるｓｉｎ信号演算値である。異常特定手段は、ｓｉｎ信号演算値が所定の範囲である第２の範囲から外れた場合、ｓｉｎ信号演算値に対応する出力信号に異常が生じていると特定する。これにより、ｓｉｎ信号演算値に対応する出力信号に異常が生じていることを容易に特定することができる。
請求項９に記載の発明では、演算値は、ｃｏｓ信号および−ｃｏｓ信号から算出されるｃｏｓ信号演算値である。異常特定手段は、ｃｏｓ信号演算値が所定の範囲である第３の範囲から外れた場合、ｃｏｓ信号演算値に対応する出力信号に異常が生じていると特定する。これにより、ｃｏｓ信号演算値に対応する出力信号に異常が生じていることを容易に特定することができる。
【００１２】
請求項１０に記載の発明では、１つのブリッジ回路部から出力される出力信号は、ｓｉｎ信号または−ｓｉｎ信号と、ｃｏｓ信号または−ｃｏｓ信号と、からなる。例えば、ｓｉｎ系信号をｃｏｓ系信号で除した値、または、ｃｏｓ系信号をｓｉｎ系信号で除した値に基づき、ａｒｃｔａｎから被検出部の回転角度θを算出する場合、１つのブリッジ回路部が故障したとしても、正常なブリッジ回路部から出力されるｓｉｎ系信号とｃｏｓ系信号を用いて、被検出部の回転角度を算出することができる。このような構成は、特に請求項１４に記載の発明のように、ブリッジ回路部ごとに電源を有している場合、特に好ましい。
【００１３】
請求項１１に記載の発明では、演算値は、出力信号そのものである。異常特定手段は、出力信号が所定の範囲である第４の範囲から外れた場合、当該出力信号に異常が生じていると特定する。これにより、容易に異常出力信号を特定することができる。
【００１４】
請求項１２に記載の発明では、回転角算出手段は、異常特定手段により特定された異常が生じている出力信号以外の出力信号に基づいて回転角度を算出できるとき、異常特定手段により特定された異常が生じている出力信号以外の出力信号に基づき、回転角度を算出する。故障などによりどの出力信号に異常が生じているかが異常特定手段により特定されるので、異常が生じていると特定された出力信号以外の出力信号に基づいて回転角度の算出を継続することができる。なお、例えば請求項２に記載の構成を採用した場合、ｓｉｎ系信号のうちの少なくとも１つと、ｃｏｓ系信号のうちの少なくとも１つと、が正常であれば、正常であるｓｉｎ系信号とｃｏｓ系信号とに基づいて回転角度を算出可能である。
【００１５】
請求項１３に記載の発明では、回転角算出手段は、異常特定手段により特定された異常が生じている出力信号以外の出力信号に基づいて回転角度を算出できないとき、外部から取得される外部信号に基づいて回転角度を算出する。これにより、出力信号から回転角度を算出できない場合、外部信号を用いることにより被検出部の回転角度の算出を継続することができる。なお、例えば請求項２に記載の構成を採用した場合、全てのｓｉｎ系信号、または、全てのｃｏｓ系信号が異常となった場合、出力信号に基づいて回転角度を算出することができない。また例えば、請求項１５に記載のように、回転角検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた場合、外部信号として、ステアリングセンサにより検出されるステアリング角が好適に用いられる。
【００１６】
請求項１４に記載の発明では、ブリッジ回路部は、それぞれ別の電源に接続される。これにより、１つの電源が故障したとしても、他の電源に接続されるブリッジ回路部から出力される出力信号に基づき、回転角度の算出を継続することができる。なお、上述の通り、請求項１１に記載の構成と併用することが好ましい。
【００１７】
請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１４に記載の回転角検出装置を用いた電動パワーステアリング装置である。例えば請求項１２に記載の構成を採用すれば、出力信号の一部に異常が生じたとしても、異常が生じている出力信号以外の信号によって略正確に回転角度が算出されるので、電動パワーステアリング装置によるアシストが継続可能であるとともに、操舵感の悪化を抑制することができる。また例えば請求項１３に記載の構成を採用すれば、回転角検出装置による回転角度の算出が不可能になった場合においても、ステアリングセンサからの信号に基づいて回転角度を算出することにより、電動パワーステアリング装置の駆動を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるモータの構成を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による回転角検出装置の回路構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるブリッジ回路から出力される出力信号を示す説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態による増幅部を説明する回路図である。
【図６】本発明の第１実施形態の増幅部によって増幅された出力信号を説明する説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態による回転角算出処理を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第１実施形態による被検出部の回転角度の算出に係り、角度範囲の分割を説明する説明図であって、（ａ）は回転角検出装置側から見た被検出部を模式的に示す図であり、（ｂ）はｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を説明する図である。
【図９】本発明の第１実施形態による被検出部の回転角度の算出方法を説明する説明図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による異常出力信号の特定方法を説明する説明図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による異常時処理を説明する説明図である。
【図１２】本発明の第１実施形態において、２つ目以降の異常出力信号の特定方法および異常時処理を説明する説明図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による回転角検出装置の回路構成を示す回路図である。
【図１４】本発明の第２実施形態による異常出力信号の特定方法を説明する説明図である。
【図１５】本発明の第３実施形態による異常出力信号の特定方法を説明する説明図である。
【図１６】本発明の第３実施形態による異常時処理を説明する説明図である。
【図１７】本発明の変形例による回転角検出装置の回路構成を示す回路図である。
【図１８】本発明の変形例による回転角検出装置の回路構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明による回転角検出装置を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態による回転角検出装置１０は、車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置１（以下、適宜「ＥＰＳ」という。）に設けられる。
【００２０】
図１は、電動パワーステアリング装置１を備えたステアリングシステム９０の全体構成を示す図である。ステアリングホイール９１に接続されたステアリングシャフト９２には、ステアリングセンサ９４およびトルクセンサ９５が設けられている。ステアリングセンサ９４は、ステアリングシャフト９２の回転角を検出する。トルクセンサ９５は、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出する。ステアリングシャフト９２の先端は、ギア９６を介してラック軸９７に連結されている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対のタイヤ（ホイール）９８がそれぞれ連結されている。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の直線運動変位に応じた角度分、左右のタイヤ９８が転舵される。
【００２１】
電動パワーステアリング装置１は、補助操舵トルクを発生するモータ８０、モータ８０の回転角度を検出する回転角検出装置１０、及び、モータ８０の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝達するギア８９を備える。モータ８０は、ギア８９を正逆回転させる三相ブラシレスモータである。電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール９１の操舵方向および操舵トルクに応じた操舵補助トルクをステアリングシャフト９２に伝達する。
【００２２】
モータ８０の概略構成を、図２に示す。モータ８０は、ステータ８１、ロータ８２、および、シャフト８３等を有している。ロータ８２は、シャフト８３とともに回転する筒状の部材であり、その表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有している。ステータ８１は、ロータ８２を内部に収容するとともに、回転可能に支持している。ステータ８１は、径内方向へ所定角度毎に突出する突出部を有し、この突出部にコイル８４が巻回されている。コイル８４への通電によって生じる回転磁界により、ロータ８２はシャフト８３とともに回転する。ステータ８１、ロータ８２、シャフト８３、コイル８４は、ハウジング８５に収容される。シャフト８３は、ハウジング８５の両端から突出し、カバー８６側の端部に被検出部８７を有する。被検出部８７は、円板状に形成される２極磁石であり、シャフト８３と一体となって回転する。カバー８６の被検出部８７と対向する位置には、回転角検出装置１０が設けられる。本形態では、回転角検出装置１０は、カバー８６の一箇所に設けられているが、複数箇所に設けるように構成してもよい。
【００２３】
回転角検出装置１の回路構成を、図３に示す。図３に示すように、回転角検出装置１０は、第１ブリッジ回路１１、第２ブリッジ回路１２、増幅部４０、制御部５０等を有している。
第１ブリッジ回路１１は、第１ハーフブリッジ１４および第２ハーフブリッジ１５を有する。第１ハーフブリッジ１４は、２つのセンサ素子２１、２２から構成される。第２ハーフブリッジ１５は、２つのセンサ素子２３、２４から構成される。第２ブリッジ回路１２は、第３ハーフブリッジ１６および第４ハーフブリッジ１７を有する。第３ハーフブリッジ１６は、２つのセンサ素子２５、２６から構成される。第４ハーフブリッジ１７は、２つのセンサ素子２７、２８から構成される。本形態のセンサ素子２１〜２８は、いずれも被検出部８７の回転に応じて変化する回転磁界によりインピーダンスが変化する磁気抵抗素子である。第１ブリッジ回路１１と第２ブリッジ回路１２とは、それぞれ別々の電源に接続されている。第１ブリッジ回路１１が接続される電源および第２ブリッジ回路１２が接続される電源は、共に５Ｖである。なお、第１ブリッジ回路１１および第２ブリッジ回路１２が、「複数のブリッジ回路部」を構成している。
【００２４】
第１ハーフブリッジ１４のセンサ素子２１、２２の中点３１からは、図４（ａ）に実線で示すように、振幅Ａの−ｃｏｓ信号が出力される。第２ハーフブリッジ１５のセンサ素子２３、２４の中点３２からは、図４（ａ）に波線で示すように、振幅Ａの−ｓｉｎ信号が出力される。第３ハーフブリッジ１６のセンサ素子２５、２６の中点３３からは、図４（ｂ）に実線で示すように、振幅Ａのｃｏｓ信号が出力される。第４ハーフブリッジ１７のセンサ素子２７、２８の中点３４からは、図４（ｂ）に波線で示すように、ｓｉｎ信号が出力される。４つの出力信号は、増幅部４０にて増幅される。
【００２５】
図５に基づいて増幅部４０の回路構成について説明する。なお、図５においては、第２ハーフブリッジ１５から出力される出力信号の増幅処理について説明するが、他のハーフブリッジ１４、１６、１７から出力された信号についても、同様に増幅される。
第２ハーフブリッジ１５の中点３２から出力された出力信号は、バッファ４１及び抵抗Ｒ１を経由して、オペアンプ４２のマイナス側に入力される。また、オフセット部４３にて２．５Ｖ出力が作出され、オペアンプ４２のプラス側に入力される。そして、第２ハーフブリッジ１５の中点３２から出力された出力信号は、オペアンプ４２によって増幅され、中心値２．５Ｖ、振幅Ｂ＝１．５Ｖの正弦波信号として制御部５０に入力される（図６参照）。すなわち、第２ハーフブリッジ１５の中点３２から出力される出力信号−Ａｓｉｎθは、増幅部４０による増幅により、Ｖy1＝Ｂｓｉｎθ＋２．５となる。
【００２６】
同様に、第１ハーフブリッジ１４の中点３１から出力される出力信号−ｃｏｓθは、増幅部４０による増幅により、Ｖx1＝Ｂｃｏｓθ＋２．５となる。第３ハーフブリッジ１６の中点３３から出力される出力信号ｃｏｓθは、増幅部４０による増幅により、Ｖx2＝−Ｂｃｏｓθ＋２．５となる。第４ハーフブリッジ１７の中点３４から出力されるｓｉｎθは、増幅部４０による増幅により、Ｖy2＝−Ｂｓｉｎθ＋２．５となる。本形態では、出力信号Ｖx1およびＶx1からオフセットを消去したＶx1aが「ｃｏｓ信号」に対応し、出力信号Ｖx2およびＶx2からオフセットを消去したＶx2aが「−ｃｏｓ信号」に対応し、出力信号Ｖy1およびＶy1からオフセットを消去したＶy1aが「ｓｉｎ信号」に対応し、出力信号Ｖy2およびＶy2からオフセットを消去したＶy2aが「−ｓｉｎ信号」に対応している。
なお、本形態においては、振幅Ｂ＝１．５Ｖ、オフセット値＝２．５Ｖに設定されているが、振幅やオフセット値は、制御部５０にて取得可能な範囲で適宜設定可能である。
【００２７】
制御部５０は、通常のマイクロコンピュータによって構成され、各ハーフブリッジ１４〜１７のそれぞれの中点３１〜３４から出力された出力信号をそれぞれ取得し、取得された出力信号に基づき、被検出部８７の回転角度を算出する。なお、本形態においては、ハーフブリッジ１４〜１７のそれぞれの中点３１〜３４から出力される出力信号は、いずれも別個に増幅部４０にて増幅された後に制御部５０に入力されている。本形態では、制御部５０が出力信号を取得する段階において、出力信号同士が加算処理或いは差動増幅処理等されていることはない。
【００２８】
制御部５０における回転角度算出処理を図７に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、この回転角度算出処理は、ＥＰＳ動作時に所定の間隔、例えば２００μｓごと、に行われるものである。
はじめのステップＳ１０（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す。）では、出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2を取得する。
Ｓ１１では、出力信号に異常が生じているか否かを判断する。判断方法の詳細については、後述する。出力信号に異常が生じていると判断された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、Ｓ１３へ移行する。出力信号に異常が生じていないと判断された場合（Ｓ１１：ＮＯ）、Ｓ１２へ移行する。
【００２９】
Ｓ１２では、４つのハーフブリッジ１４〜１７の中点３１〜３４から出力された４つの出力信号を用いて、被検出部８７の回転角度θを算出する。
出力信号に異常が生じていると判断された場合に移行するＳ１３では、異常が生じている出力信号を特定する。特定方法の詳細については、後述する。
【００３０】
Ｓ１４では、異常が生じている出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θが算出可能か否かを判断する。本形態では、被検出部８７の回転角度θは、ａｒｃｔａｎの値から算出されるため、ｓｉｎ系信号の全て、または、ｃｏｓ系信号の全てが異常となった場合、被検出部８７の回転角度θを算出することができない。すなわち、ｓｉｎ系信号の全て、または、ｃｏｓ系信号の全てが異常となった場合、被検出部８７の回転角度θが算出できないと判断される。異常が生じている出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θが算出できると判断された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、Ｓ１５へ移行する。異常出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θが算出できないと判断された場合（Ｓ１４：ＮＯ）、Ｓ１６へ移行する。
【００３１】
異常が生じている出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θが算出できると判断された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）に移行するＳ１５では、異常が生じている出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θを算出する。
異常が生じている出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θが算出できないと判断された場合（Ｓ１４：ＮＯ）に移行するＳ１６では、ステアリングセンサ９４（図１参照）により検出されたステアリング角θStから被検出部８７の回転角度θを算出する。なお、本形態では、ステアリングセンサ９４により検出されたステアリング角θStが「外部信号」に対応するが、外部信号はステアリング角θstに限らない。
なお、本形態では、制御部５０が「信号取得手段」、「異常特定手段」、および「回転角算出手段」を構成する。また、Ｓ１０が「信号取得手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１３が「異常特定手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１２、Ｓ１５、Ｓ１６が「回転角算出手段」の機能としての処理に相当する。
【００３２】
ここで、被検出部８７の回転角度θの算出方法を説明する。
まず、Ｓ１６における回転角度θの算出方法を説明する。異常が生じている出力信号以外の出力信号で被検出部８７の回転角度θが算出できない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、すなわち全てのｓｉｎ系信号、または、全てのｃｏｓ系信号が異常となった場合、に移行するＳ１６では、被検出部８７の回転角度θを以下のように算出する。ステアリングセンサ９４により取得されるステアリング角をθSt、モータ８０の機械角をθMech、モータ８０の極対数をＰn、減速比をＧとすると、以下の式が成立し、被検出部８７の回転角度θを算出することができる。
θMech＝（１／Ｐn）×θ …（１）
θSt＝（１／Ｇ）×θMech …（２）
（１）式を（２）式に代入すると、以下の式が得られる。
θ＝Ｇ×Ｐn×θSt …（３）
【００３３】
次に、Ｓ１２における回転角度θの算出方法を説明する。全ての出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2に異常がない場合（Ｓ１１：ＮＯ）に移行するＳ１２では、以下の式に示すように、ｓｉｎ系信号同士、または、ｃｏｓ系信号同士を減算することにより、オフセット値を消去する。なお、２つの信号を減算することにより、オフセット値だけでなく、温度特性等による誤差を消去することができる。
Ｖx1−Ｖx2＝２Ｂｃｏｓθ …（４）
Ｖy1−Ｖy2＝２Ｂｓｉｎθ …（５）
被検出部８７の回転角度θは、（４）式、（５）式を用いて算出されるａｒｃｔａｎである角度φに基づいて算出される。角度φから被検出部８７の回転角度θを算出する方法については、図８および図９に基づいて後述する。
φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｖy1−Ｖy2）／（Ｖx1−Ｖx2）｝ …（６）
φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｖx1−Ｖx2）／（Ｖy1−Ｖy2）｝ …（７）
【００３４】
続いて、Ｓ１５における回転角度θの算出方法を説明する。ここでは、Ｖx1＝Ｂｃｏｓθ＋２．５が異常出力信号である場合を例に説明する。なお、他の出力信号が異常である場合も同様にして算出することができる。全ての出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2に異常がない場合、上述の通り、ｓｉｎ系信号同士、または、ｃｏｓ系信号同士を減算することにより、オフセット値を消去することができたが、Ｖx1が異常出力信号である場合、ｃｏｓ系信号同士を減算することによるオフセット値の消去ができない。そこで、異常のないｃｏｓ系信号であるＶx2＝−Ｂｃｏｓθ＋２．５のオフセット値を制御部５０内で消去する。
Ｖx2a＝Ｖx2−２．５＝−Ｂｃｏｓθ
−２Ｖx2a＝２Ｂｃｏｓθ …（８）
被検出部８７の回転角度θは、（５）式、（８）式を用いて算出されるａｒｃｔａｎである角度φに基づいて算出される。
φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｖy1−Ｖy2）／（−２Ｖx2a）｝ …（９）
φ＝ａｒｃｔａｎ｛（−２Ｖx2a）／（Ｖy1−Ｖy2）｝ …（１０）
【００３５】
ここで、ｓｉｎ系信号およびｃｏｓ系信号に基づいて算出されたａｒｃｔａｎである角度φから被検出部８７の回転角度θを算出する方法について、図８および図９に基づいて説明する。図８は回転角度θの算出に係り、角度範囲の分割を説明する図であって、（ａ）は回転角検出装置１側から被検出部８７側を見たときの角度範囲の分割を示す図であり、（ｂ）はｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を説明する図である。図９は、角度φに基づいて回転角度θを算出する算出方法を説明する図である。なお、図８および図９では、０°〜３６０°を８つに分割しており、図中の１〜８の数字は、分割された角度範囲であるエリア１〜エリア８を示している。また、図９中において、ｓｉｎ信号を「Ｖy」、ｃｏｓ信号を「Ｖx」と記載した。
まず、角度演算に用いるｓｉｎ信号の振幅とｃｏｓ信号の振幅とが異なる場合、適宜振幅を合わせておく（例えば（８）式参照）。また、ｓｉｎ信号またはｃｏｓ信号が−信号である場合、例えば−１等を乗じたりすることにより、＋信号となるようにしておく（例えば（８）式参照）。
上記（６）式、（７）式、（９）式、（１０）式に示したように、角度φは、ｓｉｎ信号をｃｏｓ信号で除した値（以下、「ｔａｎ値」という。）、または、ｃｏｓ信号をｓｉｎ信号で除した値（以下、「ｃｏｔ値」という。）のａｒｃｔａｎとして算出される。ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号は０となる角度があるので、０で除することを避けるため、ｓｉｎ信号が０となる角度を含む角度範囲においては、ｃｏｓ信号で除するｔａｎ値に基づいて角度φを算出し、ｃｏｓ信号が０となる角度を含む角度範囲においては、ｓｉｎ信号で除するｃｏｔ値に基づいて角度φを算出する。
また、回転角度θを０〜３６０°とすると、異なる回転角度θでｔａｎ値またはｃｏｔ値が同じになる場合があるので、ｓｉｎ信号の絶対値とｃｏｓ信号の絶対値との大小関係、ｓｉｎ信号の符号、およびｃｏｓ信号の符号に基づき、回転角度θの範囲を特定した上で、ｔａｎ値またはｃｏｔ値のａｒｃｔａｎに基づき、回転角度θを算出する。
具体的には、図８および図９に示すように、振幅を合わせたｓｉｎ信号の絶対値とｃｏｓ信号の絶対値との大小関係、ｓｉｎ信号の符号、およびｃｏｓ信号の符号に基づき、回転角度θの０〜３６０°を８つの角度範囲であるエリア１〜エリア８のどこに該当するかを特定する。そして、ｓｉｎ信号の絶対値およびｃｏｓ信号の絶対値を比較し、絶対値の大きい方が分母となるようにｔａｎ値またはｃｏｔ値を用い、ｔａｎ値またはｃｏｔ値のａｒｃｔａｎである角度φを算出する。なお、図９中の「φの算出方法」においては、φの算出に係り、ｔａｎ値またはｃｏｔ値のどちらを用いてａｒｃｔａｎを求めるかを示している。回転角度θが該当するエリア１〜８が特定されているので、図９に示すように、基準となる０°（＝３６０°）、９０°、１８０°または２７０°に算出された角度φを加算または減算することにより、回転角度θを算出する。
【００３６】
次に、異常となった出力信号を特定する異常特定手段について説明する。
異常特定手段は、制御部５０により取得された４つの出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2を用いて演算することにより、異常となった出力信号を特定する。
まず、４つの出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2からオフセット値を制御部５０内で消去し、以下のように、Ｖx1a、Ｖx2a、Ｖy1a、Ｖy2aを算出する。
Ｖx1a＝Ｖx1−２．５＝ Ｂｃｏｓθ
Ｖx2a＝Ｖx2−２．５＝−Ｂｃｏｓθ
Ｖy1a＝Ｖy1−２．５＝ Ｂｓｉｎθ
Ｖy2a＝Ｖy2−２．５＝−Ｂｓｉｎθ
【００３７】
算出されたＶx1a、Ｖx2a、Ｖy1a、Ｖy2aの２乗値である第１演算値を算出する。そして、ｓｉｎ系信号の２乗値とｃｏｓ系信号の２乗値との和となるような第１演算値の組み合わせにより、第２演算値を算出する。すなわち、第２演算値は、以下に示す（１１）〜（１４）式により算出される。
Ｖx1a2＋Ｖy1a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）
…（１１）
Ｖx1a2＋Ｖy2a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）
…（１２）
Ｖx2a2＋Ｖy1a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）
…（１３）
Ｖx2a2＋Ｖy2a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）
…（１４）
【００３８】
４つの出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2が正常である場合、ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ＝１であるから、第２演算値は、いずれも理論上Ｂ2となる。したがって、図１０に示すように、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる第２演算値の組み合わせに基づき、どの出力信号が異常であるかを特定することができる。なお、所定の範囲の幅は、センサ素子２１〜２８の温度特性等による測定誤差や増幅率等によって、適宜設定可能である。また本形態では、Ｂ2を中心とする所定の範囲が、「第１の範囲」に対応し、Ｂ2が「Ｋ」に対応している。
図１０に、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる第２演算値の組み合わせと、特定される異常出力信号と、の関係を示す。図１０においては、Ｂ2を中心とする所定の範囲から第２演算値が外れる場合を記号「○」で示した。また、図１０にて特定された異常出力信号に基づいて決定される被検出部８７の回転角度θの算出方法を図１１に示した。
【００３９】
図１０に示すように、（１１）式、（１２）式により算出される第２演算値が、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖx1以外の出力信号Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＡ）。
（１３）式、（１４）式により算出される第２演算値が、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx2が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖx2以外の出力信号Ｖx1、Ｖy1、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＢ）。
（１１）式、（１３）式により算出される第２演算値が、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖy1が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖy1以外の出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＣ）。
（１２）式、（１４）式により算出される第２演算値が、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖy2が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖy2以外の出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1を用いて回転角度θを算出する（モードＤ）。
【００４０】
また、（１４）式以外の３式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1およびＶy1が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖx1、Ｖy1以外の出力信号Ｖx2、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＥ）。
（１３）式以外の３式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1およびＶy2が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖx1、Ｖy2以外の出力信号Ｖx2、Ｖy1を用いて回転角度θを算出する（モードＦ）。
（１２）式以外の３式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx2およびＶy1が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖx2、Ｖy1以外の出力信号Ｖx1、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＧ）。
（１１）式以外の３式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx2およびＶy2が異常であると特定される。そして、図１１に示すように、異常出力信号Ｖx2、Ｖy2以外の出力信号であるＶx1、Ｖy1を用いて回転角度θを算出する（モードＨ）。
【００４１】
（１１）〜（１４）式により算出される全ての第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、全てのｓｉｎ系信号（Ｖy1およびＶy2）、または、全てのｃｏｓ系信号（Ｖx1およびＶx2）が異常であると特定される。このとき、ａｒｃｔａｎの値を算出することができないので、ステアリング角θStを用いて回転角度θを算出する（モードＩ）。
なお、モードＡ〜Ｈは、図７中のＳ１５と対応し、モードＩは、図７中のＳ１６と対応する。
【００４２】
ここで、Ｖx1が異常となり、Ｂｃｏｓθ＝５Ｖとなる場合の具体例を説明する。なお、本形態における振幅Ｂは、上述の通り１．５Ｖである。
このとき、制御部５０により取得される出力信号は、以下の式で示される。
Ｖx1＝５＋２．５＝７．５ …（１５）
（１５）式のオフセット値を制御部５０内で消去すると、
Ｖx1a＝５
となる。
ここで、（１１）〜（１４）式により第２演算値を算出すると、（１３）、（１４）式により算出される第２演算値は、Ｂ2＝２．２５となるが、（１１）、（１２）式により算出される第２演算値は、２５〜２７．５の間で変動し、Ｂ2とならない。これにより、（１１）、（１２）式により算出される第２演算値がＢ2とはならないので、出力信号Ｖx1が異常であると特定することができる。
【００４３】
次に、１つの出力信号が異常である状態（モードＡ〜Ｄ）から、さらに他の出力信号が異常となった場合について説明する。ここでは、出力信号Ｖx1が異常である状態（モードＡ）から、出力信号Ｖx1以外の他の出力信号が異常となった場合について、図１２に基づいて説明する。
出力信号Ｖx1が異常であるので、（１１）式および（１２）式により算出される第２演算値は、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れている。図１２（ａ）に示すように、さらに（１３）式および（１４）式により算出される第２演算値がいずれもＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1に加え、Ｖx2が異常になったと特定できる。この場合、全てのｃｏｓ系信号が異常であり、ａｒｃｔａｎの値を算出することができないので、ステアリング角θStを用いて回転角度θを算出する（モードＩ）。
【００４４】
また、（１１）式および（１２）式により算出される第２演算値に加え、（１３）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1に加え、Ｖy1が異常になったと特定できる。このとき、異常出力信号Ｖx1、Ｖy1以外の出力信号Ｖx2、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＥ）。
さらにまた、（１１）式および（１２）式により算出される第２演算値に加え、（１４）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1に加え、Ｖy2が異常になったと特定できる。このとき、異常出力信号Ｖx1、Ｖy2以外の出力信号Ｖx2、Ｖy1を用いて回転角度θを算出する（モードＦ）。
【００４５】
ここで、上述の例のように、出力信号Ｖx1に加え、Ｖy1またはＶy2が異常であると特定され（モードＥ、Ｆ）、さらに他の出力信号が異常になる場合について説明する。
図１２（ｂ）に示すように、（１１）式および（１２）式により算出される第２演算値に加え、（１３）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れ、さらに（１４）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れた場合、Ｖx1、Ｖy1に加えてＶx2またはＶy2が異常になったと特定できる。このとき、全てのｓｉｎ系信号（Ｖy1およびＶy2）、または、全てのｃｏｓ系信号（Ｖx1およびＶx2）が異常であり、ａｒｃｔａｎの値を算出することができないので、ステアリング角θStを用いて回転角度θを算出する（モードＩ）。
また、（１１）式および（１２）式により算出される第２演算値に加え、（１４）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れ、さらに（１３）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れた場合、Ｖx1、Ｖy2に加えてＶx2またはＶy1が異常になったと特定できる。このとき、全てのｓｉｎ系信号（Ｖy1およびＶy2）、または、全てのｃｏｓ系信号（Ｖx1およびＶx2）が異常であり、ａｒｃｔａｎの値を算出することができないので、ステアリング角θStを用いて回転角度θを算出する（モードＩ）。
なお、図１２に示す例では、最初に出力信号Ｖx1が異常となった場合について説明したが、他の出力信号が最初に異常となった場合においても、同様にしてさらに異常となった出力信号を特定することにより、異常が生じていない出力信号またはステアリング角θStに基づいて、回転角度θを算出することができる。
【００４６】
以上詳述したように、本形態の回転角検出装置１０は、電動パワーステアリング装置１に用いられる。制御部５０の信号取得手段は、ハーフブリッジ１４〜１７の中点３１〜３４から取得される出力信号を、出力信号同士の加算処理や差動増幅処理等をすることなく、ハーフブリッジ１４〜１７ごとに取得している。信号取得手段は、４つのハーフブリッジ１４〜１７の中点３１〜３４から出力される４つの出力信号を取得している。また、回転角算出手段は、取得された４つの出力信号に基づき、被検出部８７の回転角度θを算出する。
制御部５０の異常特定手段は、取得された４つの出力信号に基づく値である演算値が所定の範囲から外れた場合、当該演算値に対応する出力信号に異常が生じていると特定する。本形態では、ハーフブリッジ１４〜１７ごとに取得された出力信号に基づく値である演算値に基づいて故障などによりどの出力信号が異常となったかを特定することができ、誤った角度を検出しないようにすることができるとともに、一部の出力信号に故障が生じても継続して回転角度が検出可能な多重系の回転角検出装置となる。また、異常が生じている出力信号が特定されるので、故障原因や故障部品の特定に寄与する。
【００４７】
制御部５０により取得される４つの出力信号は、正常時において、いずれも振幅Ｂ＝１．５のｓｉｎ信号、−ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号、および、−ｃｏｓ信号である。すなわち、第１ハーフブリッジ１４の中点３１から出力され制御部５０にて取得される出力信号Ｖx1がＢｃｏｓθ＋２．５であり、第２ハーフブリッジ１５の中点３２から出力され制御部５０にて取得される出力信号Ｖy1がＢｓｉｎθ＋２．５であり、第３ハーフブリッジ１６の中点３３から出力され制御部５０にて取得される出力信号Ｖx2が−Ｂｃｏｓθ＋２．５であり、第４ハーフブリッジ１６の中点３４から出力され制御部５０にて取得される出力信号Ｖy2が−Ｂｓｉｎθ＋２．５である。
【００４８】
本形態では、制御部５０にて取得された出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2について、制御部５０内でそれぞれオフセット値を消去した出力信号であるＶx1a、Ｖx2a、Ｖy1a、Ｖy2aを算出し、第１演算値Ｖx1a2、Ｖx2a2、Ｖy1a2、Ｖy2a2を算出する。そして、（１１）〜（１４）式に示すように、４つの第１演算値をそれぞれ少なくとも１回ずつ用い、ｃｏｓ系信号の２乗値であるＶx1a2、Ｖx2a2のいずれか一方と、ｓｉｎ系信号の２乗値であるＶy1a2、Ｖy2a2のいずれか一方とを加算した第２演算値を、（１１）〜（１４）式により算出する。そして、（１１）〜（１４）式により算出される第２演算値のうち、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れた第２演算値の組み合わせに基づき、異常が生じている出力信号を特定する。（１１）〜（１４）式により算出される第２演算値は、いずれもＢ2×（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）であるので、出力信号に異常がない場合の第２演算値は理論上、定数Ｂ2となる。したがって、容易な演算によって異常が生じている出力信号を特定することができる。
【００４９】
また、異常が生じていると特定された出力信号以外の出力信号に基づいて被検出部８７の回転角度θを算出できる場合（図７中のＳ１４：ＹＥＳ）、すなわち本形態ではｓｉｎ系信号およびｃｏｓ系信号が少なくとも１つずつ正常である場合、異常が生じている出力信号以外の出力信号に基づき、被検出部８７の回転角度θを算出する（Ｓ１５）。本形態では、どの出力信号が異常となったかが特定されるので、異常が生じている出力信号以外の出力信号に基づいて回転角度θの算出を継続することができる。これにより、電動パワーステアリング装置１による操舵のアシストが継続可能であるとともに、操舵感の悪化を抑制することができる。
さらに、異常が生じていると特定された出力信号以外の出力信号に基づいて被検出部８７の回転角度θを算出できない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、すなわち本形態では全てのｓｉｎ系信号系信号、または、全てのｃｏｓ系信号が異常となった場合、ステアリングセンサ９４から取得されるステアリング角θSt基づき、被検出部８７の回転角度θを算出する（Ｓ１６）。これにより、出力信号から回転角度θが算出できない場合、ステアリング角θstを用いることにより被検出部８７の回転角度θの算出を継続することができる。特に、本形態では、回転角検出装置１０を電動パワーステアリング装置１に用いているので、ステアリングセンサ９４により検出されるステアリング角θStに基づいて回転角度θを算出することにより、電動パワーステアリング装置１の駆動を継続することができ、操舵感の悪化を防ぐことができる。
【００５０】
また、本形態の第１ブリッジ回路１１のハーフブリッジ１４の中点３１から増幅部４０を経由して出力される出力信号Ｖx1はｃｏｓ信号であり、ハーフブリッジ１５の中点３２から出力される増幅部４０を経由して出力信号Ｖy1はｓｉｎ信号である。第２ブリッジ回路１２のハーフブリッジ１６の中点３３から出力される増幅部４０を経由して出力信号Ｖx2は−ｃｏｓ信号であり、ハーフブリッジ１７の中点３４から出力される増幅部４０を経由して出力信号Ｖy2は−ｓｉｎ信号である。また、第１ブリッジ回路１１と第２ブリッジ回路１２とは、それぞれ別々の電源に接続されている。これにより一方のブリッジ回路または電源が故障したとしても、他方のブリッジ回路から出力されるｓｉｎ系信号およびｃｏｓ系信号を用い、被検出部８７の回転角度θを算出することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による異常出力信号の特定方法を説明する。なお、以下、複数の実施形態において、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、以下の実施形態においては、第１実施形態と異なる部分、および、異常出力信号の特定方法を中心に説明し、回転角度θの算出方法等については第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
図１３に示すように、本形態の回転角検出装置１００は、第１ハーフブリッジ１４の中点３１から２つの出力信号が出力される点において第１実施形態と異なっている。
【００５２】
第１ハーフブリッジ１４の中点３１から出力された２つの出力信号はいずれも振幅Ａの−ｃｏｓ信号であり、それぞれ増幅部４０にて増幅され、Ｖx11＝Ｂｃｏｓθ＋２．５、Ｖx12＝Ｂｃｏｓθ＋２．５となる。また、第３ハーフブリッジ１６の中点３３から出力される出力信号は、増幅部４０による増幅により、Ｖx13＝−Ｂｃｏｓθ＋２．５となる。第２ハーフブリッジ１５の中点３２から出力される出力信号は、増幅部４０による増幅により、Ｖy11＝Ｂｓｉｎθ＋２．５となる。第４ハーフブリッジ１７の中点３４から出力されるｓｉｎθは、増幅部４０による増幅により、Ｖy12＝−Ｂｓｉｎθ＋２．５となる。すなわち、本形態の制御部５０は、Ｖx11、Ｖx12、Ｖx13、Ｖy11、Ｖy12の５つの出力信号を取得する。本形態では、出力信号Ｖx11、Ｖx12、およびＶx11、Ｖx12からオフセットを消去したＶx11a、Ｖx12aが「ｃｏｓ信号」に対応し、出力信号Ｖx13およびＶx13からオフセットを消去したＶx13aが「−ｃｏｓ信号」に対応し、出力信号Ｖy11およびＶy11からオフセットを消去したＶy11aが「ｓｉｎ信号」に対応し、出力信号Ｖy12およびＶy12からオフセットを消去したＶy12aが「−ｓｉｎ信号」に対応している。
なお、第１ハーフブリッジ１４の中点３１から２つの信号が出力される以外の回路構成等は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５３】
異常特定手段は、制御部５０により取得された５つの出力信号Ｖx11、Ｖx12、Ｖx13、Ｖy11、Ｖy12を用いて演算することにより、異常となった出力信号を特定する。
まず、５つの出力信号Ｖx11、Ｖx12、Ｖx13、Ｖy11、Ｖy12からオフセット値を制御部５０内で消去し、以下のようにＶx11a、Ｖx12a、Ｖx13a、Ｖy11a、Ｖy12aを算出する。
Ｖx11a＝Ｖx11−２．５＝ Ｂｃｏｓθ
Ｖx12a＝Ｖx12−２．５＝ Ｂｃｏｓθ
Ｖx13a＝Ｖx13−２．５＝−Ｂｃｏｓθ
Ｖy11a＝Ｖy11−２．５＝ Ｂｓｉｎθ
Ｖy12a＝Ｖy12−２．５＝−Ｂｓｉｎθ
【００５４】
このようにして算出されたＶx11a、Ｖx12a、Ｖx13a、Ｖy11a、Ｖy12aの２乗値である第１演算値を算出する。そして、ｓｉｎ系信号の２乗値とｃｏｓ系信号の２乗値との和となるような第１演算値の組み合わせにより、第２演算値を算出する。すなわち、第２演算値は、以下に示す（２１）〜（２４）式により算出される。
Ｖx11a2＋Ｖy11a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ
＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（２１）
Ｖx11a2＋Ｖy12a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ
＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（２２）
Ｖx12a2＋Ｖy11a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ
＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（２３）
Ｖx13a2＋Ｖy12a2＝Ｂ2ｃｏｓ2θ＋Ｂ2ｓｉｎ2θ
＝Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（２４）
【００５５】
５つの出力信号Ｖx11、Ｖx12、Ｖx13、Ｖy11、Ｖy12が正常である場合、ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ＝１であるから、（２１）〜（２４）式により算出される値は、いずれも理論上Ｂ2となる。したがって、図１４に示すように、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる第２演算値の組み合わせに基づき、どの出力信号が異常であるかを特定することができる。なお、上記実施形態と同様、所定の範囲の幅は、センサ素子の温度特性等による測定誤差や増幅率等によって、適宜設定可能である。また本形態では、Ｂ2を中心とする所定の範囲が、「第１の範囲」に対応し、Ｂ2が「Ｋ」に対応している。
図１４に、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる第２演算値の組み合わせと、特定される異常出力信号と、の関係を示す。図１４においては、Ｂ2を中心とする所定の範囲から第２演算値が外れる場合を記号「○」で示した。
【００５６】
図１４に示すように、（２１）式、（２２）式により算出される第２演算値が、Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx11が異常であると特定され、異常出力信号Ｖx11以外の出力信号Ｖx12、Ｖx13、Ｖy11、Ｖy12を用いて回転角度θを算出する。この場合、Ｖx12、Ｖx13が正常なので、この２つを（４）式のように減算することによりオフセット値、および、温度特性等による誤差を消去することができる。
（２３）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx12が異常であると特定され、異常出力信号Ｖx12以外の出力信号Ｖx11、Ｖx13、Ｖy11、Ｖy12を用いて回転角度θを算出する。この場合、Ｖx11、Ｖx13が正常なので、この２つを（４）式のように減算することによりオフセット値、および、温度特性等による誤差を消去することができる。
【００５７】
（２４）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx13が異常であると特定され、異常出力信号Ｖx13以外の出力信号Ｖx11またはＶx12、Ｖy11、Ｖy12を用いて回転角度θを算出する。
（２１）式、（２３）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖy11が異常であると特定され、異常出力信号Ｖy11以外の出力信号Ｖx11またはＶx12、Ｖx13、Ｖy12を用いて回転角度θを算出する。
（２２）式、（２４）式により算出される第２演算値がＢ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖy12が異常であると特定され、異常出力信号Ｖy12以外の出力信号Ｖx11またはＶx12、Ｖx13、Ｖy11を用いて回転角度θを算出する。
【００５８】
制御部５０により取得される信号が５つである場合、異常出力信号が１つであれば、４つの計算を行うことにより、異常出力信号を特定することができる。なお、制御部５０により取得される信号数が４〜８であり、異常出力信号が１つであれば、４つの計算を行うことにより、異常出力信号を特定することができる。また、ｓｉｎ系信号とｃｏｓ系信号との全ての組み合わせを計算することにより、複数の出力信号が同時に故障した場合であっても異常出力信号を特定することができる。なお、本形態におけるｓｉｎ系信号とｃｏｓ系信号の全ての組み合わせは、６通りである。
これにより、上記実施形態と同様の効果を奏する他、制御部５０により取得される信号数が増えることにより、回転角検出装置１００の信頼性が向上する。
【００５９】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による異常出力信号の特定方法を説明する。回路構成、制御部５０により取得される信号等は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
本形態の異常特定手段では、制御部５０により取得された４つの出力信号Ｖx1＝Ｂｃｏｓθ＋２．５、Ｖx2＝−Ｂｃｏｓθ＋２．５、Ｖy1＝Ｂｓｉｎθ＋２．５、Ｖy2＝−Ｂｓｉｎθ＋２．５を用いて演算することにより、異常となった出力信号を特定する。
まず、４つの出力信号のｓｉｎ系信号とｃｏｓ系信号との組み合わせで減算した減算値Ｖx1y1、Ｖx1y2、Ｖx2y1、Ｖx2y2を算出する。２つの信号を減算することにより、オフセット値だけでなく、温度特性等による誤差を消去することができる。
Ｖx1y1＝Ｖx1−Ｖy1＝ Ｂｃｏｓθ−Ｂｓｉｎθ
Ｖx1y2＝Ｖx1−Ｖy2＝ Ｂｃｏｓθ＋Ｂｓｉｎθ
Ｖx2y1＝Ｖx2−Ｖy1＝−Ｂｃｏｓθ−Ｂｓｉｎθ
Ｖx2y2＝Ｖx2−Ｖy2＝−Ｂｃｏｓθ＋Ｂｓｉｎθ
【００６０】
このようにして算出された減算値Ｖx1y1、Ｖx1y2、Ｖx2y1、Ｖx2y2の２乗値である第１演算値を算出する。そして、２つの第１演算値を加算してＫ×（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）となるような第１演算値の組み合わせにより、第２演算値を算出する。すなわち、第２演算値は、以下に示す（３１）〜（３４）式により算出される。
Ｖx1y12＋Ｖx1y22＝２Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（３１）
Ｖx2y12＋Ｖx2y22＝２Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（３２）
Ｖx1y12＋Ｖx2y12＝２Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（３３）
Ｖx1y22＋Ｖx2y22＝２Ｂ2（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ） …（３４）
【００６１】
４つの出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2が正常である場合、ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ＝１であるから、第２演算値は、いずれも理論上２Ｂ2となる。したがって、図１５に示すように、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる第２演算値の組み合わせに基づき、どの出力信号が異常であるかを特定することができる。なお、上記実施形態と同様、所定の範囲の幅は、センサ素子の温度特性等による測定誤差や増幅率等によって、適宜設定可能である。また本形態では、２Ｂ2を中心とする所定の範囲が、「第１の範囲」に対応し、２Ｂ2が「Ｋ」に対応している。
図１５に、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる第２演算値の組み合わせと、特定される異常出力信号と、の関係を示す。図１５においては、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から第２演算値が外れた場合を記号「○」で示した。また、図１５にて特定された異常出力信号に基づいて決定される被検出部８７の回転角度θの算出方法を図１６に示す。
【００６２】
図１５に示すように、（３１）式、（３３）式、（３４）式により算出される第２演算値が、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx1が異常であると特定され、図１６に示すように、異常出力信号Ｖx1以外の出力信号Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＡ）。
（３２）式、（３３）式、（３４）式により算出される第２演算値が、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖx2が異常であると特定され、図１６に示すように、異常出力信号Ｖx2以外の出力信号Ｖx1、Ｖy1、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＢ）。
（３１）式、（３２）式、（３３）式により算出される第２演算値が、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖy1が異常であると特定され、図１６に示すように、異常出力信号Ｖy1以外の出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy2を用いて回転角度θを算出する（モードＣ）。
（３１）式、（３２）式、（３４）式により算出される第２演算値が、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れる場合、出力信号Ｖy2が異常であると特定され、図１６に示すように、異常出力信号Ｖy2以外の出力信号Ｖx1、Ｖx2、Ｖy1を用いて回転角度θを算出する（モードＤ）。
なお、回転角度θの算出方法は、第１実施形態と同様である。また、本形態では、（３１）〜（３４）式により算出される全ての第２演算値が所定の範囲から外れる場合、ステアリング角θStを用いて回転角度θを算出する。
【００６３】
本形態では、異常特定手段は、出力信号同士を減算した４つの減算値のＶx1y1、Ｖx1y2、Ｖx2y1、Ｖx2y2である第１演算値を算出している。減算値は、ｓｉｎ系信号とｃｏｓ系信号との組み合わせで減算して算出されることにより、センサ素子の温度特性等による誤差が消去されている。また、４つの第１演算値をそれぞれ少なくとも１回ずつ用い、第１演算値の２つを加算した４つの第２演算値を算出する。そして、（３１）〜（３４）式により算出される第２演算値のうち、２Ｂ2を中心とする所定の範囲から外れた式の組み合わせに基づき、異常出力信号を特定する。（３１）〜（３４）式は、いずれも２Ｂ2×（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）であるので、出力信号に異常がない場合の第２演算値は理論上、定数２Ｂ2となる。したがって、容易な演算によって異常出力信号を特定することができる。
また、異常特定手段により異常出力信号が特定されるので、上記第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００６４】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による異常出力信号の特定方法を説明する。回路構成、制御部５０により取得される信号等は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
本形態の異常特定手段では、制御部５０により取得された４つの出力信号Ｖx1＝Ｂｃｏｓθ＋２．５、Ｖx2＝−Ｂｃｏｓθ＋２．５、Ｖy1＝Ｂｓｉｎθ＋２．５、Ｖy2＝−Ｂｓｉｎθ＋２．５を用いて演算することにより、異常となった出力信号を特定する。
本形態では、出力信号Ｖx1とＶx2とを加算してｃｏｓ信号演算値を算出し、出力信号Ｖy1とＶy2とを加算してｓｉｎ信号演算値を算出する。ｃｏｓ信号演算値の算出式を（４１）式、ｓｉｎ信号演算値の算出式を（４２）式に示す。
Ｖx1＋Ｖx2＝Ｂｃｏｓθ−Ｂｃｏｓθ＋５ …（４１）
Ｖy1＋Ｖy2＝Ｂｓｉｎθ−Ｂｃｏｓθ＋５ …（４２）
【００６５】
出力信号Ｖx1とＶx2とは、互いに位相が１８０°ずれている信号なので、出力信号Ｖx1およびＶx2が正常である場合、ｃｏｓ信号演算値は所定値Ｐ１、本形態では５、となる。したがって、ｃｏｓ信号演算値が所定値Ｐ１を中心とする所定の範囲から外れる場合、ｃｏｓ系信号に異常が生じていることを容易に特定することができる。
【００６６】
同様に、出力信号Ｖy1とＶy2とは、互いに位相が１８０°ずれている信号なので、出力信号Ｖｙ１およびＶｙ２が正常である場合、ｓｉｎ信号演算値は所定値Ｐ２、本形態では５、となる。したがって、ｓｉｎ信号演算値が所定値Ｐ２を中心とする所定の範囲から外れる場合、ｓｉｎ系信号に異常が生じていることを容易に特定することができる。
【００６７】
なお、上記実施形態と同様、所定の範囲の幅は、センサ素子の温度特性等による測定誤差や増幅率等によって、適宜設定可能である。また本形態では、所定値Ｐ１を中心とする所定の範囲が、「第３の範囲」に対応し、所定値Ｐ２を中心値する所定の範囲が、「第２の範囲」に対応している。本形態では、２つのｓｉｎ系信号のどちらに異常が生じているか、または、２つのｃｏｓ系信号のどちらに異常が生じているかまでは特定できないため、図７中のＳ１４では必ず否定判断される。
【００６８】
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
（変形例）
（ア）回路構成
上記実施形態では、回転角検出装置は増幅部を備えていたが、図１７に示すように、回転角検出装置１１０は、増幅部４０を備えず、それぞれのハーフブリッジの中点から出力される出力信号が、そのまま制御部５０によって取得されるように構成してもよい。また、図１８に示すように、回転角検出装置１２０は、２つのブリッジ回路が、同一の電源に接続されていてもよい。また、一方のブリッジ回路から取得される出力信号が、ｃｏｓ信号および−ｃｏｓ信号であり、他方のブリッジ回路から取得される出力信号が、ｓｉｎ信号および−ｓｉｎ信号であってもよい。
また、ブリッジ回路は２つに限らず、３つ以上であってもよい。また、ハーフブリッジの中点から出力され、制御部にて取得される出力信号は、４つ以上であれば、いくつであってもよい。また、出力信号は、ｃｏｓ信号およびｓｉｎ信号に限らない。
【００６９】
（イ）異常検出手段
他の実施形態では、演算値は、出力信号そのものであってもよい。異常特定手段は、出力信号が所定の範囲である第４の範囲から外れた場合、当該出力信号に異常が生じていると特定してもよい。例えば、上記実施形態のように、出力信号が正弦波信号であり、正常時における最小値が１Ｖ、最大値が４Ｖである場合、所定の範囲の上限値を４．５Ｖ、所定の範囲の下限値を０.５Ｖに設定し、出力信号が４．５Ｖを上回った場合、または、０．５Ｖを下回ったとき、異常であると特定する。すなわち、この例では、０．５Ｖ〜４．５Ｖが「第４の範囲」に対応している。これにより、容易に異常出力信号を特定することができる。
【００７０】
上記実施形態では、異常検出手段により異常出力信号が特定されたとき、他の出力信号や外部信号に基づいて回転角度を検出したが、他の実施形態では、回転角検出装置による角度検出を停止してもよい。
また、上記実施形態では、ハーフブリッジから出力されるｓｉｎ信号、−ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号、−ｃｏｓ信号の振幅は等しかったが、他の実施形態では、出力される信号の振幅は、ハーフブリッジごとに異なっていてもよい。この場合、それぞれのハーフブリッジから出力される信号の振幅がわかっていれば、制御部において演算処理を行い、振幅を補正することにより、上記実施形態と同様にして異常出力信号を特定することができる。
また、上記実施形態では、回転角検出装置を電動パワーステアリング装置に用いたが、これに限らず、他の分野へ適用することはもちろん可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１：電動パワーステアリング装置、１０：回転角検出装置、１１：第１ブリッジ回路（ブリッジ回路部）、１２：第２ブリッジ回路（ブリッジ回路部）、１４〜１７：ハーフブリッジ、２１〜２８：センサ素子、３１〜３４：ハーフブリッジの中点、４０：増幅部、４１：バッファ、４２：オペアンプ、４３：オフセット部、５０：制御部（信号取得手段、回転角算出手段、異常特定手段）、８０：モータ、８１：ステータ、８２：ロータ、８３：シャフト、８４：コイル、８５：ハウジング、８６：カバー、８７：被検出部、８９：ギア、９０：ステアリングシステム、９１：ステアリングホイール、９２：ステアリングシャフト、９４：ステアリングセンサ、９５：トルクセンサ、９６：ギア、９７：ラック軸、９８：タイヤ、１００、１１０、１２０：回転角検出装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出部の回転に応じて変化する回転磁界によりインピーダンスが変化するセンサ素子により構成される複数のハーフブリッジを有する複数のブリッジ回路部と、
前記ハーフブリッジの中点から出力される出力信号を前記ハーフブリッジごとに取得する信号取得手段、前記信号取得手段により取得された前記出力信号に基づいて前記被検出部の回転角度を算出する回転角算出手段、および、異常が生じている前記出力信号を特定する異常特定手段を有する制御部と、
を備え、
前記異常特定手段は、前記信号取得手段によって取得される少なくとも４つの前記出力信号に基づく値である演算値が所定の範囲から外れた場合、当該演算値に対応する前記出力信号に異常が生じていると特定することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
前記少なくとも４つの出力信号は、正常時において、ｓｉｎ信号、−ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号、及び、−ｃｏｓ信号であることを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記演算値は、前記出力信号の２乗値または前記出力信号同士を減算した減算値の２乗値である複数の第１演算値のうちの２つの値を加算した複数の第２演算値であって、
前記異常特定手段は、前記第２演算値が前記所定の範囲である第１の範囲から外れた場合、前記第１の範囲から外れた前記第２演算値に対応する前記出力信号に異常が生じていると特定することを特徴とする請求項２に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
前記第２演算値がＫ×（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）となるように２つの前記第１演算値を用いて算出されることを特徴とする請求項３に記載の回転角検出装置。
【請求項５】
前記第２演算値は、前記ｓｉｎ信号の２乗値または前記−ｓｉｎ信号の２乗値と、前記ｃｏｓ信号の２乗値または−ｃｏｓ信号の２乗値と、の組み合わせから算出されることを特徴とする請求項４に記載の回転角検出装置。
【請求項６】
前記減算値は、前記ｓｉｎ信号または前記−ｓｉｎ信号と、前記ｃｏｓ信号または前記−ｃｏｓ信号と、の組み合わせで減算して算出されることを特徴とする請求項４に記載の回転角検出装置。
【請求項７】
前記第１演算値は、少なくとも４つ算出され、
前記第２演算値は、算出された前記第１演算値の全てを少なくとも１回ずつ用いて、少なくとも４通りの前記第１演算値の組み合わせから算出されることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項８】
前記演算値は、前記ｓｉｎ信号および前記−ｓｉｎ信号から算出されるｓｉｎ信号演算値であって、
前記異常特定手段は、前記ｓｉｎ信号演算値が前記所定の範囲である第２の範囲から外れた場合、前記ｓｉｎ信号演算値に対応する前記出力信号に異常が生じていると特定することを特徴とする請求項２に記載の回転角検出装置。
【請求項９】
前記演算値は、前記ｃｏｓ信号および前記−ｃｏｓ信号から算出されるｃｏｓ信号演算値であって、
前記異常特定手段は、前記ｃｏｓ信号演算値が前記所定の範囲である第３の範囲から外れた場合、前記ｃｏｓ信号演算値に対応する前記出力信号に異常が生じていると特定することを特徴とする請求項２または８に記載の回転角検出装置。
【請求項１０】
１つの前記ブリッジ回路部から出力される前記出力信号は、前記ｓｉｎ信号または前記−ｓｉｎ信号と、前記ｃｏｓ信号または前記−ｃｏｓ信号と、からなることを特徴とする請求項２〜９のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項１１】
前記演算値は、前記出力信号そのものであって、
前記異常特定手段は、前記出力信号が前記所定の範囲である第４の範囲から外れた場合、当該出力信号に異常が生じていると特定することを特徴とする請求項１または２に記載の回転角検出装置。
【請求項１２】
前記回転角算出手段は、前記異常特定手段により特定された前記異常が生じている出力信号以外の前記出力信号に基づいて前記回転角度を算出できるとき、前記異常特定手段により特定された前記異常が生じている出力信号以外の前記出力信号に基づき、前記回転角度を算出することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項１３】
前記回転角算出手段は、前記異常特定手段により特定された前記異常が生じている出力信号以外の前記出力信号に基づいて前記回転角度を算出できないとき、外部から取得される外部信号に基づき、前記回転角度を算出することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項１４】
前記ブリッジ回路部は、それぞれ別の電源に接続されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の回転角検出装置を用いた電動パワーステアリング装置。
【請求項１】
被検出部の回転に応じて変化する回転磁界によりインピーダンスが変化するセンサ素子により構成される複数のハーフブリッジを有する複数のブリッジ回路部と、
前記ハーフブリッジの中点から出力される出力信号を前記ハーフブリッジごとに取得する信号取得手段、前記信号取得手段により取得された前記出力信号に基づいて前記被検出部の回転角度を算出する回転角算出手段、および、異常が生じている前記出力信号を特定する異常特定手段を有する制御部と、
を備え、
前記異常特定手段は、前記信号取得手段によって取得される少なくとも４つの前記出力信号に基づく値である演算値が所定の範囲から外れた場合、当該演算値に対応する前記出力信号に異常が生じていると特定することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
前記少なくとも４つの出力信号は、正常時において、ｓｉｎ信号、−ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号、及び、−ｃｏｓ信号であることを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記演算値は、前記出力信号の２乗値または前記出力信号同士を減算した減算値の２乗値である複数の第１演算値のうちの２つの値を加算した複数の第２演算値であって、
前記異常特定手段は、前記第２演算値が前記所定の範囲である第１の範囲から外れた場合、前記第１の範囲から外れた前記第２演算値に対応する前記出力信号に異常が生じていると特定することを特徴とする請求項２に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
前記第２演算値がＫ×（ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θ）となるように２つの前記第１演算値を用いて算出されることを特徴とする請求項３に記載の回転角検出装置。
【請求項５】
前記第２演算値は、前記ｓｉｎ信号の２乗値または前記−ｓｉｎ信号の２乗値と、前記ｃｏｓ信号の２乗値または−ｃｏｓ信号の２乗値と、の組み合わせから算出されることを特徴とする請求項４に記載の回転角検出装置。
【請求項６】
前記減算値は、前記ｓｉｎ信号または前記−ｓｉｎ信号と、前記ｃｏｓ信号または前記−ｃｏｓ信号と、の組み合わせで減算して算出されることを特徴とする請求項４に記載の回転角検出装置。
【請求項７】
前記第１演算値は、少なくとも４つ算出され、
前記第２演算値は、算出された前記第１演算値の全てを少なくとも１回ずつ用いて、少なくとも４通りの前記第１演算値の組み合わせから算出されることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項８】
前記演算値は、前記ｓｉｎ信号および前記−ｓｉｎ信号から算出されるｓｉｎ信号演算値であって、
前記異常特定手段は、前記ｓｉｎ信号演算値が前記所定の範囲である第２の範囲から外れた場合、前記ｓｉｎ信号演算値に対応する前記出力信号に異常が生じていると特定することを特徴とする請求項２に記載の回転角検出装置。
【請求項９】
前記演算値は、前記ｃｏｓ信号および前記−ｃｏｓ信号から算出されるｃｏｓ信号演算値であって、
前記異常特定手段は、前記ｃｏｓ信号演算値が前記所定の範囲である第３の範囲から外れた場合、前記ｃｏｓ信号演算値に対応する前記出力信号に異常が生じていると特定することを特徴とする請求項２または８に記載の回転角検出装置。
【請求項１０】
１つの前記ブリッジ回路部から出力される前記出力信号は、前記ｓｉｎ信号または前記−ｓｉｎ信号と、前記ｃｏｓ信号または前記−ｃｏｓ信号と、からなることを特徴とする請求項２〜９のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項１１】
前記演算値は、前記出力信号そのものであって、
前記異常特定手段は、前記出力信号が前記所定の範囲である第４の範囲から外れた場合、当該出力信号に異常が生じていると特定することを特徴とする請求項１または２に記載の回転角検出装置。
【請求項１２】
前記回転角算出手段は、前記異常特定手段により特定された前記異常が生じている出力信号以外の前記出力信号に基づいて前記回転角度を算出できるとき、前記異常特定手段により特定された前記異常が生じている出力信号以外の前記出力信号に基づき、前記回転角度を算出することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項１３】
前記回転角算出手段は、前記異常特定手段により特定された前記異常が生じている出力信号以外の前記出力信号に基づいて前記回転角度を算出できないとき、外部から取得される外部信号に基づき、前記回転角度を算出することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項１４】
前記ブリッジ回路部は、それぞれ別の電源に接続されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の回転角検出装置を用いた電動パワーステアリング装置。
【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】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−９９８４６（Ｐ２０１１−９９８４６Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８０４０（Ｐ２０１０−２０８０４０）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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