回転角検出装置およびこれを備えたパワーステアリング装置
【課題】シャフトが径方向にずれた場合に検出誤差を抑制することのできる回転角検出装置およびこれを備えたパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】インプットシャフト４１に一体に設けられ、インプットシャフト４１の周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材４４と、磁性部材４４に対向配置されてＮ極およびＳ極による磁界の変化を検出するＭＲセンサ４５とを備えた回転角センサ５０において、ＭＲセンサ４５をインプットシャフト４１の周方向に異なる位置に複数配置する。
【解決手段】インプットシャフト４１に一体に設けられ、インプットシャフト４１の周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材４４と、磁性部材４４に対向配置されてＮ極およびＳ極による磁界の変化を検出するＭＲセンサ４５とを備えた回転角センサ５０において、ＭＲセンサ４５をインプットシャフト４１の周方向に異なる位置に複数配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角の検出および回転トルクの検出に適用できる回転角検出装置およびこれを備えたパワーステアリング装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
一般に、パワーステアリング装置を備えた自動車では、運転者による操舵トルクを検出するために、トーションバーを介して互いに連結されたステアリングホイール側のインプットシャフトとステアリングギヤボックス側のアウトプットシャフトとに対し、回転角を検出する回転角検出装置をそれぞれ設け、両者の回転角の差から操舵トルクを求めたり、インプットシャフトとアウトプットシャフトとの相対回転角を回転角検出装置で検出し、検出した回転角から操舵トルクを求めたりしている。
【０００３】
この種の回転角検出装置において、ステアリングシャフトに設けられたターゲットに対し、検出手段がシャフトの軸方向にずれて組み付けられても検出誤差が生じないようにするために、Ｎ極とＳ極とを周方向に交互に配置した円盤状のターゲットをステアリングシャフトに一体に設け、Ｎ極とＳ極との配置間隔に合わせて周方向に並設した一対の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）で検出手段を構成し、両ＭＲ素子間の出力の変化に基づいて回転角を検出するようにした発明が特許文献１に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１４１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、インプットシャフトに回転トルク以外の入力があったり、車輪に加わる外力がアウトプットシャフトに伝達したりすると、ステアリングシャフトが径方向にずれることがある。このような場合、引用文献１に記載の回転角検出装置では検出手段が１箇所にしか設けられていないため、ステアリングシャフトのずれを回転角として検出し、実際の回転角と検出した回転角との間に誤差が生じてしまう。
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、シャフトが径方向にずれた場合に検出誤差を抑制することのできる回転角検出装置およびこれを備えたパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、第１の発明は、回転角検出装置（５０）において、第１シャフト（インプットシャフト４１）に一体に設けられ、第１シャフト（４１）の周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材（４４）と、磁性部材（４４）に対向配置されてＮ極およびＳ極による磁界の変化を検出する磁気検出素子（ＭＲセンサ４５）とを備え、磁気検出素子（４５）が第１シャフト（４１）の周方向に異なる位置に複数配置されたことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、第１シャフトが径方向にずれると、複数の磁気検出素子によって異なる態様で回転角が生じたものとして検出されるため、これら検出素子が検出した回転角の変位から第１シャフトの径方向のずれ量に応じた分をキャンセルすることができる。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明に係る回転角検出装置（５０）において、複数の磁気検出素子（４５）は、トーションバー（４３）を介して第１シャフト（４１）と同軸に連結される第２シャフト（アウトプットシャフト４２）に一体に設けられたことを特徴とする。この発明によれば、互いに同軸に連結された第１シャフトと第２シャフトとの軸心がずれた場合にも、回転角の変位からずれ量に応じた分をキャンセルすることができる。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明に係る回転角検出装置（５０）において、複数の磁気検出素子（４５）は、第１シャフト（４１）の軸中心（４１Ｘ）を通る線を基準として線対称となるように配置されたことを特徴とする。この発明によれば、線対称となる一対の磁気検出素子には、基準線方向へのシャフトのずれが同一の絶対値で正負の異なる回転量として検出される。したがって、検出値の平均値を用いるだけで回転角の変位から対称線方向のずれ量に応じた分をキャンセルすることができる。さらに、第４の発明は、第１〜第３の発明に係る回転角検出装置（５０）において、複数の磁気検出素子（４５）は、第１シャフト（４１）の軸中心（４１Ｘ）を通る線を基準として１８０度対称となるように配置されたことを特徴とする。この発明によれば、１８０度対象となる一対の磁気検出素子には、シャフトのずれが同一の絶対値で正負の異なる回転角として検出される。したがって、量検出値の平均値を用いるだけで回転角の変位からずれ量に応じた分をキャンセルすることができる。
【００１１】
また、第５の発明は、第１〜第４のいずれかの発明に係る回転角検出装置（５０）において、磁気検出素子（４５）がＭＲ素子（４６）またはＧＭＲ素子を含むことを特徴とし、第６の発明は、パワーステアリング装置（１）において、第１〜第５のいずれかの発明に係る回転角検出装置（５０）を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シャフトが径方向にずれた場合にも検出誤差を抑制することのできる回転角検出装置およびこれを備えたパワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が適用される電動パワーステアリング装置を示す模式図である。
【図２】図１に示したステアリング制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図１に示した操舵トルクセンサの概略構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示した回転角センサによる検出原理の説明図である。
【図５】図３に示した回転角センサによる検出状態の説明図である。
【図６】シャフトにずれが生じた場合の図３に示した回転角センサによる検出状態の説明図である。
【図７】図１に示した操舵トルクセンサを模式的に示す側面図である。
【図８】図７に示した上下のトルクセンサによる検出状態の説明図である。
【図９】図１に示した操舵角センサ回転角センサを模式的に示す側面図である。
【図１０】別の実施形態に係る回転角・トルクセンサの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１に示すように、本発明が適用される電動パワーステアリング装置１は、操向ハンドル２にステアリングシャフト３を介して連結されたピニオン４と、このピニオン４に噛合して車幅方向に往復動可能に設けられたラック軸５とを有するラック・アンド・ピニオン機構を備え、ラック軸５の両端がタイロッド６を介して操向車輪としての左右の前輪７に連結されて、操向ハンドル２の回転操作に応じて左右の前輪７が転舵されるようになっている。
【００１６】
この電動パワーステアリング装置１には、ドライバが操向ハンドル２に加える操舵力を軽減するための補助操舵力を発生するモータ９が設けられており、モータ９の駆動力は、ギアボックス１１内にピニオン４と共に収容されたウォームギヤ機構１０を介してステアリングシャフト３に入力される。
【００１７】
ギアボックス１１内には、ピニオン４に作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１２が設けられ、ステアリングシャフト３には、操向ハンドル２の操舵角を検出する操舵角センサ１３が設けられている。車体の適所には、車速を検出する車速センサ１４が設けられている。モータ９には、モータ回転角を検出するレゾルバ１５が設けられている。これらの操舵トルクセンサ１２、操舵角センサ１３、車速センサ１４、及びレゾルバ１５の各出力信号は、電動パワーステアリング装置１の動作を統括的に制御するステアリング制御装置（ＥＰＳ−ＥＣＵ）２１に入力される。
【００１８】
ステアリング制御装置２１は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、各センサ１２〜１４の出力信号に基づき、モータ９を駆動制御するための目標電流値Ｉｔ（制御値）を決定し、モータ９の駆動回路２２に入力する。駆動回路２２は、ＦＥＴのブリッジ回路等から構成されており、ステアリング制御装置２１が決定した目標電流値Ｉｔに基づきモータ９に電力を供給し、これによりモータ９の出力トルクが制御される。なお、ステアリング制御装置２１は、この他に、フェールセーフ、セルフダイアグノーシス、モータ出力制限、及び外部診断通信の各機能を備えている。
【００１９】
図２に示すように、ステアリング制御装置２１は、ベース電流算出部３１と、イナーシャ補正電流算出部３２と、ダンパ補正電流算出部３３と、加算器３４と、減算器３５とを有している。なお、このステアリング制御装置２１の各部は、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵで実行することにより実現される。
【００２０】
ベース電流算出部３１は、目標電流値Ｉｔの元になるベース電流値Ｉａを算出するものであり、操舵トルクセンサ１２による操舵トルク、及び車速センサ１４による車速に基づいて、これらとの相関関係を示すマップを参照することによってベース電流値Ｉａを求める。
【００２１】
イナーシャ補正電流算出部３２は、ステアリング系の慣性による影響を補償するものであり、操舵トルクセンサ１２による操舵トルクの時間微分値、及び車速センサ１４による車速に基づいて、これらとの相関関係を示すマップを参照することによってイナーシャ補正電流値Ｉｂを算出する。このイナーシャ補正電流値Ｉｂは、加算器３４にてベース電流値Ｉａに対して加算され、これによりステアリング系の慣性による操舵の応答遅れを改善してすっきりした操舵感を得ることができる。
【００２２】
ダンパ補正電流算出部３３は、ステアリング系の粘性による影響を補償するものであり、レゾルバ１５で検出されたモータ９の回転角から求められるモータ回転速度、及び車速センサ１４による車速に基づいて、これらとの相関関係を示すマップを参照することによってダンパ補正電流値Ｉｃを算出する。このダンパ補正電流値Ｉｃは、減算器３５にてベース電流値Ｉａに対して減算され、これによりモータ９の回転を制限して安定した操舵感を得ると共に車両の安定性を向上させることができる。なお、操向ハンドル２の操舵回転速度がモータ９の回転速度に比例することから、モータ回転速度に代えて、操舵角センサ１３で検出される操向ハンドル２の操舵角を時間微分して得られる操舵角速度を用いるようにしても良い。
【００２３】
次に、図３〜図７を参照して操舵トルクセンサ１２について説明する。図３に示すように、ステアリングシャフト３は、操向ハンドル２側のインプットシャフト４１と、ピニオン４側のアウトプットシャフト４２と、インプットシャフト４１とアウトプットシャフト４２とを同軸に連結するトーションバー４３とを有する。トーションバー４３は、各端部がインプットシャフト４１およびアウトプットシャフト４２と相対回転不能に連結されており、インプットシャフト４１またはアウトプットシャフト４２に回転トルクが入力すると捩じれ、両シャフト４１・４２を相対回転させる。
【００２４】
インプットシャフト４１の下端には、周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材４４が一体に設けられている。アウトプットシャフト４２の上端には、径方向に延出するフランジ部４２ａが設けられ、フランジ部４２ａの上面（インプットシャフト４１側の面）には、所定の間隙をおいて磁性部材４４に対向するように、インプットシャフト４１の軸心４１Ｘを対象軸として１８０度対称となる位置に配置された一対のＭＲセンサ４５が一体に形成されている。そして、磁性部材４４および一対のＭＲセンサ４５によって回転角センサ５０が構成され、一対のＭＲセンサ４５がアウトプットシャフト４２に固定されることにより、インプットシャフト４１とアウトプットシャフト４２との相対回転角が検出される。また、磁性部材４４および一対のＭＲセンサ４５は、それぞれ上下２段に配置され、２つの回転角センサ５０によって図１に示す操舵トルクセンサ１２が構成される。
【００２５】
図４に示すように、各ＭＲセンサ４５は、外部磁界４７を受けると磁束密度の大きさに応じて電気抵抗が変化する特性を有する２つのＭＲ素子４６を備えており、これらＭＲ素子４６を磁性部材４４の周方向に並べて配置し、直列接続した回路に所定の電圧を印加して両ＭＲ素子４６間の電圧を出力する。例えば、一対のＭＲ素子４６の正面にＮ極がある場合、各ＭＲ素子４６は（Ａ）に白抜き矢印で示す磁界を受け、一対のＭＲ素子４６の正面にＮ極とＳ極との境界がある場合、各ＭＲ素子４６が受ける磁界は（Ｂ）に白抜き矢印で示すように変化する。そして、このような磁界の状態に応じて変化した出力が、ステアリング制御装置２１において、磁性部材４４の周方向位置、すなわち回転角に換算される。以下に回転角センサ５０による回転角の検出原理について説明する。
【００２６】
図５は、回転角センサ５０による検出状態の説明図であり、（Ａ）は、ＭＲセンサ４５と磁性部材４４との位置関係を示し、（Ｂ）は、磁性部材４４が（Ａ）に示す位置から反時計周り（図中の実線矢印方向）に回転した場合の各ＭＲセンサ４５における磁界変化を示し、（Ｃ）は、このときの各ＭＲセンサ４５の出力変化を示している。なお、（Ａ）における破線矢印は磁界の向きを示し、（Ｂ），（Ｃ）における（１）は第１ＭＲセンサ４５１側を、（２）は第２ＭＲセンサ４５２側をそれぞれ示している。
【００２７】
磁性部材４４が（Ａ）に示す位置にある場合、（Ｂ）の最上段に示すように、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２は、それぞれ２つのＭＲ素子４６によって図中の白抜き矢印で示す向きの磁界に応じた電圧を出力する。この磁界状態に応じた電圧が出力されたときに、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２による検出値をそれぞれ０とする。この位置から磁性部材４４が（Ａ）の反時計周りに回転すると、磁界は（Ｂ）の最上段に示す状態から順に下段に示す状態へと変化し、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２はそれぞれ＋１を検出する。なお、（Ａ）に示すように例えば磁性部材４４が８つの極を有する場合、検出値における「＋１」は２２．５度を示す。そして、磁性部材４４の回転に伴って各磁界状態が変化すると、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２はそれぞれ「＋２」、「＋３」を検出する。また、「＋３」の状態のから最上段の状態になると、検出値は「＋４」となる。
【００２８】
このように磁性部材４４が（Ａ）に示す位置から実線矢印の方向へ回転すると、（Ｃ）に示すように、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２においてプラス方向の回転が順次検出される。また、実線矢印と反対方向へ磁性部材４４が回転すると、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２においてマイナス方向の回転が検出される。
【００２９】
ところが、回転可能に保持されたインプットシャフト４１およびアウトプットシャフト４２が、保持剛性の不足によって前後左右方向に相互にがたつく（軸ずれする）ことがある。図６に示すように、例えば、インプットシャフト４１またはアウトプットシャフト４２のがたつきによって磁性部材４４がＭＲセンサ４５に対して（Ａ）の白抜き矢印の方向に相対移動すると、インプットシャフト４１とアウトプットシャフト４２とが相対回転していないにも拘わらず、（Ｂ）に示すように、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２における磁界が上段の状態から下段の状態へと変化する。このとき、第１ＭＲセンサ４５１では「−１」が検出され、第２ＭＲセンサ４５２では「＋１」が検出される。この状態で磁性部材４４が（Ａ）の実線矢印の方向へ回転すると、第１ＭＲセンサ４５１の検出値は、（Ｃ）に一点鎖線で示すように、「−１」から「０」、「＋１」、「＋２」へと順次変化し、第２ＭＲセンサ４５２の検出値は、（Ｃ）に二点鎖線で示すように、「＋１」から「＋２」、「＋３」、「＋４」へと順次変化する。すなわち、出力の位相が第１ＭＲセンサ４５１と第２ＭＲセンサ４５２とで逆方向に、絶対値で同量ずれた状態となる。
【００３０】
ここで、第１ＭＲセンサ４５１のみによって回転角センサ５０が構成されていたとすれば、磁性部材４４が（Ａ）の白抜き矢印の方向へ相対移動したことにより、インプットシャフト４１が反時計回りに回転したものと誤検出することになり、第２ＭＲセンサ４５２のみによって回転角センサ５０が構成されていたとすれば、磁性部材４４が（Ａ）の白抜き矢印の方向へ相対移動したことにより、インプットシャフト４１が時計回りに回転したものと誤検出することになる。
【００３１】
そこで、本実施形態では、第１ＭＲセンサ４５１の出力から得られる結果と、第２ＭＲセンサ４５２の出力から得られる結果との平均値をとって回転角を求める。これにより、（Ｃ）に実線で示すように、インプットシャフト４１とアウトプットシャフト４２とのがたつきによる相対回転角の誤差、すなわち回転トルクの誤差が生じないようにすることができる。
【００３２】
また、実施形態に係る操舵トルクセンサ１２は、図７に示すように、磁性部材４４および一対のＭＲセンサ４５からなる回転角センサ５０を上下２段に備えている。上側に配置された回転角センサ５０の磁性部材４４は、下側に配置された回転角センサ５０に比べ、Ｎ極およびＳ極の周方向の寸法が小さくされており、Ｎ極およびＳ極を各１つ多く備えている。つまり、下側の磁性部材４４がＮ極およびＳ極の組み合わせをＮ個備えているのに対し、上側の磁性部材４４はＮ極およびＳ極の組み合わせをＮ＋１個備えている。なお、一対のＭＲセンサ４５は、アウトプットシャフト４２に対して同じ角度位置に配置されている。このように磁性部材４４が上下２段に配置されることにより、感度の高い状態で出力する上下どちらかの回転角センサ５０の検出結果を用いて、操舵トルクセンサ１２の検出精度を高めることができる。
【００３３】
また、上下の磁性部材４４がこのように徐々にずれる構成とされることにより、両回転角センサ５０による出力は、図８に示すように、回転角が大きくなるにつれて位相差Ｄが徐々に大きくなり、磁性部材４４が９０度回転すると位相差が０且つ検出値の差が１になり、磁性部材４４が１回転すると、位相差が０且つ検出値の差が４になる相関関係を有する。つまり、検出値およびその位相差が磁性部材４４の回転角に応じて定まっているため、下側回転角センサ５０の出力と上側回転角センサ５０の出力との位相差Ｄを求めることにより、磁性部材４４つまりインプットシャフト４１の絶対角度を高精度に検出することができる。
【００３４】
このようにしてインプットシャフト４１とアウトプットシャフト４２との相対回転角が求められ、この相対回転角にトーションバー４３のばね定数を乗じることにより、操舵トルクが求められる。
【００３５】
次に、図９を参照して操舵角センサ１３について説明する。図示するように、ステアリングシャフト３には、周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材４４が一体に設けられている。ステアリングシャフト３の周辺には、車体に固定された車体側部材４８が配置されており、この車体側部材４８には、所定の間隙をおいて磁性部材４４に対向するように、ステアリングシャフト３の軸心３Ｘを対象軸として１８０度対称となる位置に配置された一対のＭＲセンサ４５が一体に形成されている。そして、磁性部材４４および一対のＭＲセンサ４５によって回転角センサ５０が構成される。また、磁性部材４４および一対のＭＲセンサ４５は、それぞれ上下２段に配置され、２つの回転角センサ５０によって図１に示す操舵角センサ１３が構成される。
【００３６】
操舵角センサ１３は、車体側部材４８に対するステアリングシャフト３の相対回転角、すなわち操向ハンドル２の操舵角を検出するものである。各回転角センサ５０の検出原理は、操舵トルクセンサ１２について説明したものと同様である。そして、操舵トルクセンサ１２と同様に、上側の回転角センサ５０の磁性部材４４は、下側に配置された回転角センサ５０に比べ、Ｎ極およびＳ極を各１つ多く備えている。つまり、下側の磁性部材４４がＮ極およびＳ極の組み合わせをＮ個備えているのに対し、上側の磁性部材４４はＮ極およびＳ極の組み合わせをＮ＋１個備えている。なお、一対のＭＲセンサ４５は、ステアリングシャフト３に対して同じ角度位置に配置されている。
【００３７】
上下の回転角センサ５０がこのような構成とされることにより、感度の高い状態で出力する上下どちらかの回転角センサ５０の検出結果を用いることで、操舵角センサ１３の検出精度を高めることができる。また、下側回転角センサ５０の出力から上側回転角センサ５０の出力を減じて出力差Ｄを求めることにより、磁性部材４４つまりステアリングシャフト３の絶対角度を高精度に検出することができる。そして、一対のＭＲセンサ４５がステアリングシャフト３の軸心３Ｘを対象軸として１８０度対称となる位置に設置されることにより、ステアリングシャフト３ががたついて車体側部材４８に対して相対移動（軸ずれ）しても、第１ＭＲセンサ４５１の出力から得られる結果と、第２ＭＲセンサ４５２の出力から得られる結果との平均値をとることにより、ステアリングシャフト３の絶対回転角度に誤差が生じないようにすることができる。
【００３８】
また、一対のＭＲセンサ４５の検出結果を用いることでステアリングシャフト３の回転角の誤差をキャンセルできるため、ステアリングシャフト３を高い精度で組み付けなくても回転角を正確に検出することができ、ステアリングシャフト３を高い剛性で組み付けなくても回転角を正確に検出することができる。したがって、組み付け精度および組み付け剛性にかかるコストや作業工数を低減することができる。
【００３９】
次に、図１０を参照して、本発明に係る回転角センサを適用した別の実施形態に係る回転角・トルクセンサ１６について説明する。なお、説明にあたり、上記実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
回転角・トルクセンサ１６は、上記実施形態に係る操舵トルクセンサ１２と操舵角センサ１３の機能を兼ね備えたものであり、ピニオン４（アウトプットシャフト４２側）に作用する操舵トルクと操向ハンドル２（インプットシャフト４１側）の操舵角とを検出する。
【００４１】
インプットシャフト４１の下端には、周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材４４が上下２段に一体に設けられており、アウトプットシャフト４２の上端にも、周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材４４が上下２段に一体に設けられている。ステアリングシャフト３の周辺に配置された車体側部材４８には、所定の間隙をおいて各磁性部材４４に対向するように、ステアリングシャフト３の軸心３Ｘを対象軸として１８０度対称となる位置に配置された各一対、合計８つのＭＲセンサ４５が一体に形成されている。そして、各磁性部材４４およびこれに対応する一対のＭＲセンサ４５によって４つの回転角センサ５０が構成され、これら４つの回転角センサ５０によって回転角・トルクセンサ１６が構成される。
【００４２】
インプットシャフト４１に設けられた２つの回転角センサ５０は、車体側部材４８に対するインプットシャフト４１の相対回転角を検出することで、操向ハンドル２の操舵角を検出する。アウトプットシャフト４２に設けられた２つの回転角センサ５０は、車体側部材４８に対するアウトプットシャフト４２の相対回転角を検出する。そして、インプットシャフト４１の相対回転角からアウトプットシャフト４２の相対回転角を減じることで、両シャフト４１・４２の相対回転角が求められ、この値にトーションバー４３のばね定数を乗じることにより、操舵トルクが求められる。
【００４３】
そして、インプットシャフト４１およびアウトプットシャフト４２にそれぞれに設けられた上下２段の回転角センサ５０では、上側の磁性部材４４のＮ極およびＳ極が、下側の磁性部材４４のＮ極およびＳ極よりも各１つ多く形成されている。これにより、インプットシャフト４１およびアウトプットシャフト４２の絶対角度を高精度に検出することができる。また、一対のＭＲセンサ４５がステアリングシャフト３の軸心３Ｘを対象軸として１８０度対称となる位置に設置されることにより、インプットシャフト４１或いはアウトプットシャフト４２ががたついて車体側部材４８に対して相対移動（軸ずれ）しても、第１ＭＲセンサ４５１の出力から得られる結果と、第２ＭＲセンサ４５２の出力から得られる結果との平均値をとることにより、検出する絶対回転角度に誤差が生じないようにすることができる。そして、インプットシャフト４１およびアウトプットシャフト４３のそれぞれに回転角センサ５０を設けることにより、トーションバーに入る入力が、時間としてアウトプットシャフト側が先に変位する外乱なのか、インプットシャフト側が先に変位する運転者の意思としての操舵なのかを切り分けることもできる。
【００４４】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、１つの回転角センサ５０は１８０度対称に配置された一対のＭＲセンサ４５を備えているが、９０度対称に配置された４つの（２対の）ＭＲセンサ４５を備えてもよい。このようにすれば、シャフトが如何なる方向にずれても軸ずれによる検出誤差を生じないようにすることができる。また、上記実施形態では、磁気検出素子としてＭＲ素子４６を有するＭＲセンサ４５を用いているが、２つの強磁性体層で非磁性体層を挟んだＧＭＲ素子を有するＧＭＲセンサを用いてもよい。さらに、Ｎ極およびＳ極による磁界の変化を検出するものであれば、これら以外の磁気検出素子を有するセンサであってもよい。また、上記実施形態では、回転角センサ５０を上下２段に配置して用いているが、１段のみで用いることも当然に可能である。この場合であっても、磁気検出素子を周方向に複数備えることにより、シャフトのずれによる検出誤差をキャンセルすることができる。これら変更の他、各部材の具体的構成や配置など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 電動パワーステアリング装置
１２ 操舵トルクセンサ
１３ 操舵角センサ
１６ 回転角・トルクセンサ
２１ ステアリング制御装置
４１ インプットシャフト
４１Ｘ 軸心
４２ アウトプットシャフト
４３ トーションバー
４４ 磁性部材
４５ ＭＲセンサ
４６ ＭＲ素子
４７ 外部磁界
４８ 車体側部材
５０ 回転角センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角の検出および回転トルクの検出に適用できる回転角検出装置およびこれを備えたパワーステアリング装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
一般に、パワーステアリング装置を備えた自動車では、運転者による操舵トルクを検出するために、トーションバーを介して互いに連結されたステアリングホイール側のインプットシャフトとステアリングギヤボックス側のアウトプットシャフトとに対し、回転角を検出する回転角検出装置をそれぞれ設け、両者の回転角の差から操舵トルクを求めたり、インプットシャフトとアウトプットシャフトとの相対回転角を回転角検出装置で検出し、検出した回転角から操舵トルクを求めたりしている。
【０００３】
この種の回転角検出装置において、ステアリングシャフトに設けられたターゲットに対し、検出手段がシャフトの軸方向にずれて組み付けられても検出誤差が生じないようにするために、Ｎ極とＳ極とを周方向に交互に配置した円盤状のターゲットをステアリングシャフトに一体に設け、Ｎ極とＳ極との配置間隔に合わせて周方向に並設した一対の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）で検出手段を構成し、両ＭＲ素子間の出力の変化に基づいて回転角を検出するようにした発明が特許文献１に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１４１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、インプットシャフトに回転トルク以外の入力があったり、車輪に加わる外力がアウトプットシャフトに伝達したりすると、ステアリングシャフトが径方向にずれることがある。このような場合、引用文献１に記載の回転角検出装置では検出手段が１箇所にしか設けられていないため、ステアリングシャフトのずれを回転角として検出し、実際の回転角と検出した回転角との間に誤差が生じてしまう。
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、シャフトが径方向にずれた場合に検出誤差を抑制することのできる回転角検出装置およびこれを備えたパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、第１の発明は、回転角検出装置（５０）において、第１シャフト（インプットシャフト４１）に一体に設けられ、第１シャフト（４１）の周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材（４４）と、磁性部材（４４）に対向配置されてＮ極およびＳ極による磁界の変化を検出する磁気検出素子（ＭＲセンサ４５）とを備え、磁気検出素子（４５）が第１シャフト（４１）の周方向に異なる位置に複数配置されたことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、第１シャフトが径方向にずれると、複数の磁気検出素子によって異なる態様で回転角が生じたものとして検出されるため、これら検出素子が検出した回転角の変位から第１シャフトの径方向のずれ量に応じた分をキャンセルすることができる。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明に係る回転角検出装置（５０）において、複数の磁気検出素子（４５）は、トーションバー（４３）を介して第１シャフト（４１）と同軸に連結される第２シャフト（アウトプットシャフト４２）に一体に設けられたことを特徴とする。この発明によれば、互いに同軸に連結された第１シャフトと第２シャフトとの軸心がずれた場合にも、回転角の変位からずれ量に応じた分をキャンセルすることができる。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明に係る回転角検出装置（５０）において、複数の磁気検出素子（４５）は、第１シャフト（４１）の軸中心（４１Ｘ）を通る線を基準として線対称となるように配置されたことを特徴とする。この発明によれば、線対称となる一対の磁気検出素子には、基準線方向へのシャフトのずれが同一の絶対値で正負の異なる回転量として検出される。したがって、検出値の平均値を用いるだけで回転角の変位から対称線方向のずれ量に応じた分をキャンセルすることができる。さらに、第４の発明は、第１〜第３の発明に係る回転角検出装置（５０）において、複数の磁気検出素子（４５）は、第１シャフト（４１）の軸中心（４１Ｘ）を通る線を基準として１８０度対称となるように配置されたことを特徴とする。この発明によれば、１８０度対象となる一対の磁気検出素子には、シャフトのずれが同一の絶対値で正負の異なる回転角として検出される。したがって、量検出値の平均値を用いるだけで回転角の変位からずれ量に応じた分をキャンセルすることができる。
【００１１】
また、第５の発明は、第１〜第４のいずれかの発明に係る回転角検出装置（５０）において、磁気検出素子（４５）がＭＲ素子（４６）またはＧＭＲ素子を含むことを特徴とし、第６の発明は、パワーステアリング装置（１）において、第１〜第５のいずれかの発明に係る回転角検出装置（５０）を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シャフトが径方向にずれた場合にも検出誤差を抑制することのできる回転角検出装置およびこれを備えたパワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が適用される電動パワーステアリング装置を示す模式図である。
【図２】図１に示したステアリング制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図１に示した操舵トルクセンサの概略構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示した回転角センサによる検出原理の説明図である。
【図５】図３に示した回転角センサによる検出状態の説明図である。
【図６】シャフトにずれが生じた場合の図３に示した回転角センサによる検出状態の説明図である。
【図７】図１に示した操舵トルクセンサを模式的に示す側面図である。
【図８】図７に示した上下のトルクセンサによる検出状態の説明図である。
【図９】図１に示した操舵角センサ回転角センサを模式的に示す側面図である。
【図１０】別の実施形態に係る回転角・トルクセンサの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１に示すように、本発明が適用される電動パワーステアリング装置１は、操向ハンドル２にステアリングシャフト３を介して連結されたピニオン４と、このピニオン４に噛合して車幅方向に往復動可能に設けられたラック軸５とを有するラック・アンド・ピニオン機構を備え、ラック軸５の両端がタイロッド６を介して操向車輪としての左右の前輪７に連結されて、操向ハンドル２の回転操作に応じて左右の前輪７が転舵されるようになっている。
【００１６】
この電動パワーステアリング装置１には、ドライバが操向ハンドル２に加える操舵力を軽減するための補助操舵力を発生するモータ９が設けられており、モータ９の駆動力は、ギアボックス１１内にピニオン４と共に収容されたウォームギヤ機構１０を介してステアリングシャフト３に入力される。
【００１７】
ギアボックス１１内には、ピニオン４に作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１２が設けられ、ステアリングシャフト３には、操向ハンドル２の操舵角を検出する操舵角センサ１３が設けられている。車体の適所には、車速を検出する車速センサ１４が設けられている。モータ９には、モータ回転角を検出するレゾルバ１５が設けられている。これらの操舵トルクセンサ１２、操舵角センサ１３、車速センサ１４、及びレゾルバ１５の各出力信号は、電動パワーステアリング装置１の動作を統括的に制御するステアリング制御装置（ＥＰＳ−ＥＣＵ）２１に入力される。
【００１８】
ステアリング制御装置２１は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、各センサ１２〜１４の出力信号に基づき、モータ９を駆動制御するための目標電流値Ｉｔ（制御値）を決定し、モータ９の駆動回路２２に入力する。駆動回路２２は、ＦＥＴのブリッジ回路等から構成されており、ステアリング制御装置２１が決定した目標電流値Ｉｔに基づきモータ９に電力を供給し、これによりモータ９の出力トルクが制御される。なお、ステアリング制御装置２１は、この他に、フェールセーフ、セルフダイアグノーシス、モータ出力制限、及び外部診断通信の各機能を備えている。
【００１９】
図２に示すように、ステアリング制御装置２１は、ベース電流算出部３１と、イナーシャ補正電流算出部３２と、ダンパ補正電流算出部３３と、加算器３４と、減算器３５とを有している。なお、このステアリング制御装置２１の各部は、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵで実行することにより実現される。
【００２０】
ベース電流算出部３１は、目標電流値Ｉｔの元になるベース電流値Ｉａを算出するものであり、操舵トルクセンサ１２による操舵トルク、及び車速センサ１４による車速に基づいて、これらとの相関関係を示すマップを参照することによってベース電流値Ｉａを求める。
【００２１】
イナーシャ補正電流算出部３２は、ステアリング系の慣性による影響を補償するものであり、操舵トルクセンサ１２による操舵トルクの時間微分値、及び車速センサ１４による車速に基づいて、これらとの相関関係を示すマップを参照することによってイナーシャ補正電流値Ｉｂを算出する。このイナーシャ補正電流値Ｉｂは、加算器３４にてベース電流値Ｉａに対して加算され、これによりステアリング系の慣性による操舵の応答遅れを改善してすっきりした操舵感を得ることができる。
【００２２】
ダンパ補正電流算出部３３は、ステアリング系の粘性による影響を補償するものであり、レゾルバ１５で検出されたモータ９の回転角から求められるモータ回転速度、及び車速センサ１４による車速に基づいて、これらとの相関関係を示すマップを参照することによってダンパ補正電流値Ｉｃを算出する。このダンパ補正電流値Ｉｃは、減算器３５にてベース電流値Ｉａに対して減算され、これによりモータ９の回転を制限して安定した操舵感を得ると共に車両の安定性を向上させることができる。なお、操向ハンドル２の操舵回転速度がモータ９の回転速度に比例することから、モータ回転速度に代えて、操舵角センサ１３で検出される操向ハンドル２の操舵角を時間微分して得られる操舵角速度を用いるようにしても良い。
【００２３】
次に、図３〜図７を参照して操舵トルクセンサ１２について説明する。図３に示すように、ステアリングシャフト３は、操向ハンドル２側のインプットシャフト４１と、ピニオン４側のアウトプットシャフト４２と、インプットシャフト４１とアウトプットシャフト４２とを同軸に連結するトーションバー４３とを有する。トーションバー４３は、各端部がインプットシャフト４１およびアウトプットシャフト４２と相対回転不能に連結されており、インプットシャフト４１またはアウトプットシャフト４２に回転トルクが入力すると捩じれ、両シャフト４１・４２を相対回転させる。
【００２４】
インプットシャフト４１の下端には、周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材４４が一体に設けられている。アウトプットシャフト４２の上端には、径方向に延出するフランジ部４２ａが設けられ、フランジ部４２ａの上面（インプットシャフト４１側の面）には、所定の間隙をおいて磁性部材４４に対向するように、インプットシャフト４１の軸心４１Ｘを対象軸として１８０度対称となる位置に配置された一対のＭＲセンサ４５が一体に形成されている。そして、磁性部材４４および一対のＭＲセンサ４５によって回転角センサ５０が構成され、一対のＭＲセンサ４５がアウトプットシャフト４２に固定されることにより、インプットシャフト４１とアウトプットシャフト４２との相対回転角が検出される。また、磁性部材４４および一対のＭＲセンサ４５は、それぞれ上下２段に配置され、２つの回転角センサ５０によって図１に示す操舵トルクセンサ１２が構成される。
【００２５】
図４に示すように、各ＭＲセンサ４５は、外部磁界４７を受けると磁束密度の大きさに応じて電気抵抗が変化する特性を有する２つのＭＲ素子４６を備えており、これらＭＲ素子４６を磁性部材４４の周方向に並べて配置し、直列接続した回路に所定の電圧を印加して両ＭＲ素子４６間の電圧を出力する。例えば、一対のＭＲ素子４６の正面にＮ極がある場合、各ＭＲ素子４６は（Ａ）に白抜き矢印で示す磁界を受け、一対のＭＲ素子４６の正面にＮ極とＳ極との境界がある場合、各ＭＲ素子４６が受ける磁界は（Ｂ）に白抜き矢印で示すように変化する。そして、このような磁界の状態に応じて変化した出力が、ステアリング制御装置２１において、磁性部材４４の周方向位置、すなわち回転角に換算される。以下に回転角センサ５０による回転角の検出原理について説明する。
【００２６】
図５は、回転角センサ５０による検出状態の説明図であり、（Ａ）は、ＭＲセンサ４５と磁性部材４４との位置関係を示し、（Ｂ）は、磁性部材４４が（Ａ）に示す位置から反時計周り（図中の実線矢印方向）に回転した場合の各ＭＲセンサ４５における磁界変化を示し、（Ｃ）は、このときの各ＭＲセンサ４５の出力変化を示している。なお、（Ａ）における破線矢印は磁界の向きを示し、（Ｂ），（Ｃ）における（１）は第１ＭＲセンサ４５１側を、（２）は第２ＭＲセンサ４５２側をそれぞれ示している。
【００２７】
磁性部材４４が（Ａ）に示す位置にある場合、（Ｂ）の最上段に示すように、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２は、それぞれ２つのＭＲ素子４６によって図中の白抜き矢印で示す向きの磁界に応じた電圧を出力する。この磁界状態に応じた電圧が出力されたときに、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２による検出値をそれぞれ０とする。この位置から磁性部材４４が（Ａ）の反時計周りに回転すると、磁界は（Ｂ）の最上段に示す状態から順に下段に示す状態へと変化し、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２はそれぞれ＋１を検出する。なお、（Ａ）に示すように例えば磁性部材４４が８つの極を有する場合、検出値における「＋１」は２２．５度を示す。そして、磁性部材４４の回転に伴って各磁界状態が変化すると、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２はそれぞれ「＋２」、「＋３」を検出する。また、「＋３」の状態のから最上段の状態になると、検出値は「＋４」となる。
【００２８】
このように磁性部材４４が（Ａ）に示す位置から実線矢印の方向へ回転すると、（Ｃ）に示すように、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２においてプラス方向の回転が順次検出される。また、実線矢印と反対方向へ磁性部材４４が回転すると、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２においてマイナス方向の回転が検出される。
【００２９】
ところが、回転可能に保持されたインプットシャフト４１およびアウトプットシャフト４２が、保持剛性の不足によって前後左右方向に相互にがたつく（軸ずれする）ことがある。図６に示すように、例えば、インプットシャフト４１またはアウトプットシャフト４２のがたつきによって磁性部材４４がＭＲセンサ４５に対して（Ａ）の白抜き矢印の方向に相対移動すると、インプットシャフト４１とアウトプットシャフト４２とが相対回転していないにも拘わらず、（Ｂ）に示すように、第１ＭＲセンサ４５１および第２ＭＲセンサ４５２における磁界が上段の状態から下段の状態へと変化する。このとき、第１ＭＲセンサ４５１では「−１」が検出され、第２ＭＲセンサ４５２では「＋１」が検出される。この状態で磁性部材４４が（Ａ）の実線矢印の方向へ回転すると、第１ＭＲセンサ４５１の検出値は、（Ｃ）に一点鎖線で示すように、「−１」から「０」、「＋１」、「＋２」へと順次変化し、第２ＭＲセンサ４５２の検出値は、（Ｃ）に二点鎖線で示すように、「＋１」から「＋２」、「＋３」、「＋４」へと順次変化する。すなわち、出力の位相が第１ＭＲセンサ４５１と第２ＭＲセンサ４５２とで逆方向に、絶対値で同量ずれた状態となる。
【００３０】
ここで、第１ＭＲセンサ４５１のみによって回転角センサ５０が構成されていたとすれば、磁性部材４４が（Ａ）の白抜き矢印の方向へ相対移動したことにより、インプットシャフト４１が反時計回りに回転したものと誤検出することになり、第２ＭＲセンサ４５２のみによって回転角センサ５０が構成されていたとすれば、磁性部材４４が（Ａ）の白抜き矢印の方向へ相対移動したことにより、インプットシャフト４１が時計回りに回転したものと誤検出することになる。
【００３１】
そこで、本実施形態では、第１ＭＲセンサ４５１の出力から得られる結果と、第２ＭＲセンサ４５２の出力から得られる結果との平均値をとって回転角を求める。これにより、（Ｃ）に実線で示すように、インプットシャフト４１とアウトプットシャフト４２とのがたつきによる相対回転角の誤差、すなわち回転トルクの誤差が生じないようにすることができる。
【００３２】
また、実施形態に係る操舵トルクセンサ１２は、図７に示すように、磁性部材４４および一対のＭＲセンサ４５からなる回転角センサ５０を上下２段に備えている。上側に配置された回転角センサ５０の磁性部材４４は、下側に配置された回転角センサ５０に比べ、Ｎ極およびＳ極の周方向の寸法が小さくされており、Ｎ極およびＳ極を各１つ多く備えている。つまり、下側の磁性部材４４がＮ極およびＳ極の組み合わせをＮ個備えているのに対し、上側の磁性部材４４はＮ極およびＳ極の組み合わせをＮ＋１個備えている。なお、一対のＭＲセンサ４５は、アウトプットシャフト４２に対して同じ角度位置に配置されている。このように磁性部材４４が上下２段に配置されることにより、感度の高い状態で出力する上下どちらかの回転角センサ５０の検出結果を用いて、操舵トルクセンサ１２の検出精度を高めることができる。
【００３３】
また、上下の磁性部材４４がこのように徐々にずれる構成とされることにより、両回転角センサ５０による出力は、図８に示すように、回転角が大きくなるにつれて位相差Ｄが徐々に大きくなり、磁性部材４４が９０度回転すると位相差が０且つ検出値の差が１になり、磁性部材４４が１回転すると、位相差が０且つ検出値の差が４になる相関関係を有する。つまり、検出値およびその位相差が磁性部材４４の回転角に応じて定まっているため、下側回転角センサ５０の出力と上側回転角センサ５０の出力との位相差Ｄを求めることにより、磁性部材４４つまりインプットシャフト４１の絶対角度を高精度に検出することができる。
【００３４】
このようにしてインプットシャフト４１とアウトプットシャフト４２との相対回転角が求められ、この相対回転角にトーションバー４３のばね定数を乗じることにより、操舵トルクが求められる。
【００３５】
次に、図９を参照して操舵角センサ１３について説明する。図示するように、ステアリングシャフト３には、周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材４４が一体に設けられている。ステアリングシャフト３の周辺には、車体に固定された車体側部材４８が配置されており、この車体側部材４８には、所定の間隙をおいて磁性部材４４に対向するように、ステアリングシャフト３の軸心３Ｘを対象軸として１８０度対称となる位置に配置された一対のＭＲセンサ４５が一体に形成されている。そして、磁性部材４４および一対のＭＲセンサ４５によって回転角センサ５０が構成される。また、磁性部材４４および一対のＭＲセンサ４５は、それぞれ上下２段に配置され、２つの回転角センサ５０によって図１に示す操舵角センサ１３が構成される。
【００３６】
操舵角センサ１３は、車体側部材４８に対するステアリングシャフト３の相対回転角、すなわち操向ハンドル２の操舵角を検出するものである。各回転角センサ５０の検出原理は、操舵トルクセンサ１２について説明したものと同様である。そして、操舵トルクセンサ１２と同様に、上側の回転角センサ５０の磁性部材４４は、下側に配置された回転角センサ５０に比べ、Ｎ極およびＳ極を各１つ多く備えている。つまり、下側の磁性部材４４がＮ極およびＳ極の組み合わせをＮ個備えているのに対し、上側の磁性部材４４はＮ極およびＳ極の組み合わせをＮ＋１個備えている。なお、一対のＭＲセンサ４５は、ステアリングシャフト３に対して同じ角度位置に配置されている。
【００３７】
上下の回転角センサ５０がこのような構成とされることにより、感度の高い状態で出力する上下どちらかの回転角センサ５０の検出結果を用いることで、操舵角センサ１３の検出精度を高めることができる。また、下側回転角センサ５０の出力から上側回転角センサ５０の出力を減じて出力差Ｄを求めることにより、磁性部材４４つまりステアリングシャフト３の絶対角度を高精度に検出することができる。そして、一対のＭＲセンサ４５がステアリングシャフト３の軸心３Ｘを対象軸として１８０度対称となる位置に設置されることにより、ステアリングシャフト３ががたついて車体側部材４８に対して相対移動（軸ずれ）しても、第１ＭＲセンサ４５１の出力から得られる結果と、第２ＭＲセンサ４５２の出力から得られる結果との平均値をとることにより、ステアリングシャフト３の絶対回転角度に誤差が生じないようにすることができる。
【００３８】
また、一対のＭＲセンサ４５の検出結果を用いることでステアリングシャフト３の回転角の誤差をキャンセルできるため、ステアリングシャフト３を高い精度で組み付けなくても回転角を正確に検出することができ、ステアリングシャフト３を高い剛性で組み付けなくても回転角を正確に検出することができる。したがって、組み付け精度および組み付け剛性にかかるコストや作業工数を低減することができる。
【００３９】
次に、図１０を参照して、本発明に係る回転角センサを適用した別の実施形態に係る回転角・トルクセンサ１６について説明する。なお、説明にあたり、上記実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
回転角・トルクセンサ１６は、上記実施形態に係る操舵トルクセンサ１２と操舵角センサ１３の機能を兼ね備えたものであり、ピニオン４（アウトプットシャフト４２側）に作用する操舵トルクと操向ハンドル２（インプットシャフト４１側）の操舵角とを検出する。
【００４１】
インプットシャフト４１の下端には、周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材４４が上下２段に一体に設けられており、アウトプットシャフト４２の上端にも、周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材４４が上下２段に一体に設けられている。ステアリングシャフト３の周辺に配置された車体側部材４８には、所定の間隙をおいて各磁性部材４４に対向するように、ステアリングシャフト３の軸心３Ｘを対象軸として１８０度対称となる位置に配置された各一対、合計８つのＭＲセンサ４５が一体に形成されている。そして、各磁性部材４４およびこれに対応する一対のＭＲセンサ４５によって４つの回転角センサ５０が構成され、これら４つの回転角センサ５０によって回転角・トルクセンサ１６が構成される。
【００４２】
インプットシャフト４１に設けられた２つの回転角センサ５０は、車体側部材４８に対するインプットシャフト４１の相対回転角を検出することで、操向ハンドル２の操舵角を検出する。アウトプットシャフト４２に設けられた２つの回転角センサ５０は、車体側部材４８に対するアウトプットシャフト４２の相対回転角を検出する。そして、インプットシャフト４１の相対回転角からアウトプットシャフト４２の相対回転角を減じることで、両シャフト４１・４２の相対回転角が求められ、この値にトーションバー４３のばね定数を乗じることにより、操舵トルクが求められる。
【００４３】
そして、インプットシャフト４１およびアウトプットシャフト４２にそれぞれに設けられた上下２段の回転角センサ５０では、上側の磁性部材４４のＮ極およびＳ極が、下側の磁性部材４４のＮ極およびＳ極よりも各１つ多く形成されている。これにより、インプットシャフト４１およびアウトプットシャフト４２の絶対角度を高精度に検出することができる。また、一対のＭＲセンサ４５がステアリングシャフト３の軸心３Ｘを対象軸として１８０度対称となる位置に設置されることにより、インプットシャフト４１或いはアウトプットシャフト４２ががたついて車体側部材４８に対して相対移動（軸ずれ）しても、第１ＭＲセンサ４５１の出力から得られる結果と、第２ＭＲセンサ４５２の出力から得られる結果との平均値をとることにより、検出する絶対回転角度に誤差が生じないようにすることができる。そして、インプットシャフト４１およびアウトプットシャフト４３のそれぞれに回転角センサ５０を設けることにより、トーションバーに入る入力が、時間としてアウトプットシャフト側が先に変位する外乱なのか、インプットシャフト側が先に変位する運転者の意思としての操舵なのかを切り分けることもできる。
【００４４】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、１つの回転角センサ５０は１８０度対称に配置された一対のＭＲセンサ４５を備えているが、９０度対称に配置された４つの（２対の）ＭＲセンサ４５を備えてもよい。このようにすれば、シャフトが如何なる方向にずれても軸ずれによる検出誤差を生じないようにすることができる。また、上記実施形態では、磁気検出素子としてＭＲ素子４６を有するＭＲセンサ４５を用いているが、２つの強磁性体層で非磁性体層を挟んだＧＭＲ素子を有するＧＭＲセンサを用いてもよい。さらに、Ｎ極およびＳ極による磁界の変化を検出するものであれば、これら以外の磁気検出素子を有するセンサであってもよい。また、上記実施形態では、回転角センサ５０を上下２段に配置して用いているが、１段のみで用いることも当然に可能である。この場合であっても、磁気検出素子を周方向に複数備えることにより、シャフトのずれによる検出誤差をキャンセルすることができる。これら変更の他、各部材の具体的構成や配置など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 電動パワーステアリング装置
１２ 操舵トルクセンサ
１３ 操舵角センサ
１６ 回転角・トルクセンサ
２１ ステアリング制御装置
４１ インプットシャフト
４１Ｘ 軸心
４２ アウトプットシャフト
４３ トーションバー
４４ 磁性部材
４５ ＭＲセンサ
４６ ＭＲ素子
４７ 外部磁界
４８ 車体側部材
５０ 回転角センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シャフトに一体に設けられ、該第１シャフトの周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材と、
前記磁性部材に対向配置されて前記Ｎ極および前記Ｓ極による磁界の変化を検出する磁気検出素子と
を備え、
前記磁気検出素子が前記第１シャフトの周方向に異なる位置に複数配置されたことを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
前記複数の磁気検出素子は、トーションバーを介して前記第１シャフトと同軸に連結される第２シャフトに一体に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記複数の磁気検出素子は、前記第１シャフトの軸中心を通る線を基準として線対称に配置されたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
前記複数の磁気検出素子は、前記第１シャフトの軸中心を通る線を基準として１８０度対称となるように配置されたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項５】
前記磁気検出素子がＭＲ素子またはＧＭＲ素子を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の回転角検出装置を備えたことを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項１】
第１シャフトに一体に設けられ、該第１シャフトの周方向に所定の間隔をもってＮ極およびＳ極が着磁された磁性部材と、
前記磁性部材に対向配置されて前記Ｎ極および前記Ｓ極による磁界の変化を検出する磁気検出素子と
を備え、
前記磁気検出素子が前記第１シャフトの周方向に異なる位置に複数配置されたことを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
前記複数の磁気検出素子は、トーションバーを介して前記第１シャフトと同軸に連結される第２シャフトに一体に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記複数の磁気検出素子は、前記第１シャフトの軸中心を通る線を基準として線対称に配置されたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
前記複数の磁気検出素子は、前記第１シャフトの軸中心を通る線を基準として１８０度対称となるように配置されたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項５】
前記磁気検出素子がＭＲ素子またはＧＭＲ素子を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の回転角検出装置を備えたことを特徴とする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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１６９７１６（Ｐ２０１１−１６９７１６Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３３１３９（Ｐ２０１０−３３１３９）
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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