DE60133506T2

DE60133506T2 - Drehwinkelgeber

Info

Publication number: DE60133506T2
Application number: DE60133506T
Authority: DE
Inventors: Hironori Kato; Yoshio Sanpei; Toshiyuki Hoshi; Hirofumi Okumura; Ichiro Tokunaga; Toshio Ogawa
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: JP2001241942A; DE60133506D1; EP1845343B1; US6539329B2; US20010020832A1; EP1128165A1; EP1128165B1; EP1845343A3; EP1845343A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehwinkeldetektionsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff aus Anspruch 1. Eine solche Vorrichtung kann mit einem Drehelement, wie z. B. einer Lenkwelle eines Fahrzeugs, gekoppelt sein, um zu bewirken, dass zwei oder mehr auf dem Drehwinkel und der Drehrichtung eines Lenkrads basierende Detektionssignale ausgegeben werden, um durch Verwenden der Detektionssignale den Drehwinkel des Drehelements zu detektieren.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
In einer herkömmlichen Drehwinkeldetektionsvorrichtung verwendet ein Drehdetektor einen Drehsensor. Als ein Beispiel für den Drehsensor wurde der folgend beschriebene Drehsensor vorgeschlagen (dieser Drehsensor wird nachstehend als "der vorgeschlagene Drehsensor" bezeichnet).
Der vorgeschlagene Drehsensor ist aus einem ortsfesten Basiselement, einem in Bezug auf das Basiselement drehbaren Rotor und einem Drehdetektor gebildet, der ein erstes sinusförmiges Detektionssignal und ein zweites sinusförmiges Detektionssignal, die zwischen dem Basiselement und dem Rotor positioniert sind und eine vorbestimmte Amplitude, den gleichen Zyklus und einen Phasenunterschied von einer viertel Wellenlänge haben, und ein drittes Detektionssignal, das über die gesamte Drehspanne des Rotors den gleichen Zyklus beibehält und im Spannungswert linear zunimmt, ausgibt. Während eines Betriebs ist der Rotor mit einem Drehelement, z. B. einer Lenkwelle eines Fahrzeugs, gekoppelt. In diesem Fall ist der Drehdetektor aus einem ersten Magneten und einem zweiten Magneten, die auf dem Basiselement angeordnet sind, einem ersten Hall-Element und einem zweiten Hall-Element, die so angeordnet sind, dass sie dem ersten Magneten gegenüber liegen, und mit einem Winkel von etwa 90 Grad angeordnet sind, und einem dritten Hall-Element, das dem zweiten Magneten gegenüber liegend angeordnet ist, gebildet, wobei die drei Hall-Elemente in dem Rotor vorgesehen sind.
In einer solchen Konstruktion dreht sich, wenn das Lenkrad gedreht wird, um die damit verbundene Lenkwelle zu drehen, der mit der Lenkwelle gekoppelte Rotor. Dies bewirkt, dass der Drehdetektor auf der Basis des Drehwinkels und der Drehrichtung der Lenkwelle das erste Detektionssignal, das zweite Detektionssignal und das dritte Detektionssignal erzeugt.
Das erste Detektionssignal, zweite Detektionssignal und dritte Detektionssignal, die erzeugt wurden, werden an eine an ein Auto montierte Steuereinheit geliefert. Auf der Basis des gelieferten dritten Detektionssignals detektiert die Steuereinheit einen groben Drehwinkel und die Drehrichtung des Lenkrads oder der Lenkwelle von einer neutralen Position aus. Auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals, die geliefert wurden, detektiert die Steuereinheit ferner den feinen Drehwinkel des Lenkrads oder der Lenkwelle von der neutralen Position aus. Der detektierte Drehwinkel und die Drehrichtung des Lenkrads oder der Lenkwelle von der neutralen Position aus werden als Detektionsinformation an eine Steuereinrichtung geliefert. Auf der Basis der gelieferten Detektionsinformation entscheidet die Steuereinrichtung über Aufhängungssteuerung oder Traktionssteuerung des Autos und führt sie detailliert aus.
7 ist ein Kenndiagramm, das die Beziehung zwischen dem Drehwinkel des Lenkrads und den Ausgangsspannungen des ersten Detektionssignals, des zweiten Detektionssignals und des dritten Detektionssignals darstellt.
Mit Bezug auf 7 bezeichnet Bezugszahl 71 das erste Detektionssignal, bezeichnet Bezugszahl 72 das zweite Detektionssignal und bezeichnet Bezugszahl 73 das dritte Detektionssignal. Das Diagramm stellt die Änderungen in den Ausgangsspannungen des ersten bis dritten Detektionssignals 71 bis 73 in der Spanne des Drehwinkels von 0 Grad bis +225 Grad bezüglich des Drehwinkels von 0 Grad (neutraler Position) des Lenkrads dar.
In diesem Fall bestehen das erste Detektionssignal 71 und das zweite Detekti onssignal 72 aus Sinuswellen, die die gleiche Amplitude und den gleichen Zyklus haben, sich aber in der Wellenlängenphase um ein Viertel unterscheiden. Die Spannungswerte sowohl des ersten Detektionssignals 71 als auch des zweiten Detektionssignals 72 sind 4,5 V bei einer Maximalamplitude und 0,5 V bei einer Minimalamplitude. Das erste Detektionssignal 71 erreicht seine Minimalamplitude (Spannungswert: 0,5 V) bei den Drehwinkeln von +67,5 Grad und +157,5 Grad. Das zweite Detektionssignal 72 erreicht seine Minimalamplitude (Spannungswert: 0,5 V) bei den Drehwinkeln von 0 Grad, +90,0 Grad und +180,0 Grad. Der Spannungswert des dritten Detektionssignals 73 nimmt linear zu, bis der Drehwinkel von Null Grad aus +225 Grad erreicht. Der Spannungswert ist 2,5 V, wenn der Drehwinkel Null Grad ist, und 3,0 V, wenn der Drehwinkel +180 Grad ist.
Mit Bezug auf das in 7 gezeigte Kenndiagramm wird die in der Steuereinheit ausgeführte Operation zum Detektieren des Drehwinkels und der Drehrichtung des Lenkrads beschrieben.
Zuerst detektiert die Steuereinheit mittels des Spannungswerts des dritten gelieferten Detektionssignals 73 die Richtung, in die sich das Lenkrad in Bezug auf die neutrale Position dreht (Drehwinkel: 0 Grad). Genauer detektiert dann, wenn der Spannungswert des dritten Detektionssignals 73 2,5 V übersteigt, die Steuereinheit, dass das Lenkrad in eine Richtung, nämlich in die Richtung eines positiven Drehwinkels, dreht. Wenn der Spannungswert des dritten Detektionssignals 73 unterhalb 2,5 V liegt, dann detektiert die Steuereinheit, dass sich das Lenkrad in die andere Richtung, nämlich in die Richtung eines negativen Drehwinkels, dreht.
Als Nächstes wird, wie in 7 gezeigt, der Gesamtdrehwinkel des Lenkrads, z. B. 1440 Grad (±720 Grad), in Winkelabschnitte (von z. B. 90 Grad) unterteilt, von denen jeder einer Wellenlänge des ersten Detektionssignals 71 und des zweiten Detektionssignals 72 entspricht, ..., N – 1, N, N + 1, ..., wodurch es ermöglicht wird, auf der Basis der Spannungswerte des gelieferten dritten Detektionssignals 73 die groben Drehwinkel zu detektieren, die die Entsprechung zwischen den Drehwinkeln des Lenkrads und den Winkelabschnitten anzeigen. Zum Beispiel wird dann, wenn die Steuereinheit 2,8 V als den Spannungswert des dritten Detektionssignals 73 detektiert, ein Winkelsegment N als das dem Spannungswert entsprechende detektiert.
Anschließend bestimmt die Steuereinheit einen ersten Spannungswert V₁ und einen zweiten Spannungswert V₂, bei denen die Spannungswerte des ersten gelieferten Detektionssignals 71 und des zweiten gelieferten Detektionssignals 72 in dem detektierten Winkelsegment N übereinstimmen. Dann verwendet die Steuereinheit den ersten bestimmten Spannungswert V₁ und den zweiten bestimmten Spannungswert V₂, um ein Detektionssignal, das außerhalb der Spanne des ersten Spannungswerts V₁ und des zweiten Spannungswerts V₂ liegt, und das andere Detektionssignal, das innerhalb der Spanne des ersten Spannungswerts V₁ und des zweiten Spannungswerts V₂ liegt, zu identifizieren.
Die Steuereinheit bestimmt dann, ob das andere Detektionssignal, das innerhalb der Spanne des ersten Spannungswerts V₁ und des zweiten Spannungswerts V₂ liegt, das erste Detektionssignal 71 oder das zweite Detektionssignal 72 ist. Zur gleichen Zeit bestimmt die Steuereinheit, ob das eine Detektionssignal, das außerhalb der Spanne des ersten Spannungswerts V₁ und des zweiten Spannungswerts V₂ liegt, kleiner als der erste Spannungswert V₁ oder größer als der zweite Spannungswert V₂ ist. Die Steuereinheit bestimmt ferner, ob das andere Detektionssignal, das innerhalb des Bereichs des ersten Spannungswerts V₁ und des zweiten Spannungswerts V₂ liegt, in einem ersten Teilwinkelsegment H1, einem zweiten Teilwinkelsegment H2, einem dritten Teilwinkelsegment H3 oder einem vierten Teilwinkelsegment H4 liegt (Winkelsegmente H1 bis H4 werden durch Unterteilen des einzelnen Winkelabschnitts N in vier Segmente gebildet). Folglich wird der feine Drehwinkel des Lenkrads durch Bestimmen, in welchem der Teilwinkelsegmente H1 bis H4 in dem einzelnen Winkelsegment N das andere Detektionssignal liegt, detektiert.
In diesem Fall hat das andere Detektionssignal, das innerhalb der Spanne des ersten Spannungswerts V₁ und des zweiten Spannungswerts V₂ liegt, das erste Winkelsegment H1, das einen linear ansteigenden (Neigungs- oder Steigungs-)Teil 71U des ersten Detektionssignals 71 bildet, das zweite Winkelsegment H2, das einen linear ansteigenden (Neigungs- oder Steigungs-)Teil 72U des zweiten Detektionssignals 72 bildet, das dritte Winkelsegment H3, das einen linear ab fallenden (Neigungs- oder Steigungs-)Teil 71D des ersten Detektionssignals 71 bildet, und das vierte Winkelsegment H4, das einen linear abfallenden (Neigungs- oder Steigungs-)Teil 72D des zweiten Detektionssignals 72 bildet.
In der Drehwinkeldetektionsvorrichtung mit dem vorgeschlagenen Drehsensor oder dem oben dargelegten Drehdetektor werden das erste Detektionssignal, das zweite Detektionssignal und das dritte Detektionssignal von dem Drehdetektor ausgegeben, wenn sich das Drehelement oder der Rotor dreht. Um den Drehwinkel und die Drehrichtung des Drehelements auf der Basis des ersten gelieferten bis dritten gelieferten Detektionssignals zu detektieren, detektiert die Steuereinheit die Drehrichtung und den groben Drehwinkel des Drehelements auf der Basis der Amplitude oder des Spannungswerts des dritten Detektionssignals und detektiert auch den feinen Drehwinkel des Drehelements auf der Basis der Teile linearer Steigung des ersten und des zweiten Detektionssignals. Somit können die Drehrichtung und der Drehwinkel des Drehelements über eine breite Spanne hin mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
In der mit dem vorgeschlagenen Drehsensor oder dem Drehdetektor ausgestatteten Drehwinkeldetektionsvorrichtung verwendet die Steuereinheit die Teile linearer Steigung 71U, 71D, 72U, und 72D des ersten und des zweiten Detektionssignals in dem ersten Winkelsegment H1 bis vierten Winkelsegment H4, um den feinen Drehwinkel des Drehelements zu detektieren. Deshalb bricht, wenn der zu detektierende feine Drehwinkel von einem Winkelsegment (z. B. dem ersten Winkelsegment H1) in ein anderes Winkelsegment (z. B. das zweite Winkelsegment H2) verschoben wird, die Kontinuität der Amplitude zwischen dem vorangehenden Teil linearer Steigung (z. B. 71U) und dem folgenden Teil linearer Steigung (z. B. 72U) am Verschiebungspunkt.
Im Allgemeinen enthält dann, wenn der vorangehende Teil linearer Steigung 71U und der folgende Teil linearer Steigung 72U keinen Drehwinkeldetektionsfehler enthalten, der Drehwinkeldetektionswert, der auf dem vorangehenden Teil linearer Steigung 71U und dem folgenden Teil linearer Steigung 72U basiert, keinen Fehler.
Allerdings enthalten die Teile linearer Steigung normalerweise kleine Drehwinkeldetektionsfehler und schwanken die Drehwinkeldetektionswerte in Abhängigkeit von der Fehlerrichtung der Drehwinkeldetektionsfehler vorübergehend, wenn sie sich zwischen dem vorangehenden Teil linearer Steigung 71U und dem folgenden Teil linearer Steigung 72U verschieben.
8 ist eine schematische Darstellung, die die Änderungen in den Drehwinkeldetektionswerten in Bezug auf die Änderungen in der Amplitude der Teile linearer Steigung zeigt, die zu beobachten sind, wenn eine Verschiebung von einem Winkelsegment zu einem anderen Winkelsegment stattfindet. Die schematische Darstellung stellt Fälle dar, in denen die Fehlerrichtungen der Drehwinkeldetektionsfehler in den Teilen linearer Steigung unterschiedlich sind.
Mit Bezug auf 8A sind dann, wenn sich der zu detektierende feine Drehwinkel von dem ersten Winkelsegment H1 zu dem zweiten Winkelsegment H2 und von dem Teil linearer Steigung 71U zu dem Teil linearer Steigung 72U verschiebt, wenn ein Drehwinkeldetektionsfehler von –0,8% in dem Teil linearer Steigung 71U vorhanden ist und der gleiche Drehwinkeldetektionsfehler von –0,8% in dem Teil linearer Steigung 72U vorhanden ist, wie in 8B gezeigt, oder wenn ein Drehwinkeldetektionsfehler von +0.8% in dem Teil linearer Steigung 71U vorhanden ist und der gleiche Drehwinkeldetektionsfehler von +0.8% in dem Teil linearer Steigung 72U vorhanden ist, wie in 8E gezeigt, die Drehwinkeldetektionswerte, die erlangt werden, wenn die Verschiebung von der linearen Neigung 71U zu der linearen Neigung 72U stattfindet, folgende Drehwinkeldetektionswerte, die die gleichen –0,8% oder +0.8% enthalten. Somit zeigen die Drehwinkeldetektionswerte keine vorübergehenden Änderungen bei Verschiebungen an.
Wie in 8C gezeigt, werden jedoch dann, wenn der Teil linearer Steigung 71U einen Drehwinkeldetektionsfehler von –0,8% enthält und der Teil linearer Steigung 72U einen Drehwinkeldetektionsfehler von +0.8% enthält oder der Teil linearer Steigung 71U einen Drehwinkeldetektionsfehler von +0.8% enthält und der Teil linearer Steigung 72U einen Drehwinkeldetektionsfehler von –0,8% enthält, die Fehler zu den Drehwinkeldetektionswerten addiert, wenn eine Verschiebung von dem Teil linearer Steigung 71U zu dem Teil linearer Steigung 72U stattfindet. Demzufolge ändert sich bei einer Verschiebung der Drehwinkeldetektionswert (Zunahme oder Abnahme) um den Drehwinkeldetektionsfehler von 1,6% oder den Drehwinkeldetektionsfehler von –1,6%.
Folglich kann gemäß der Drehwinkeldetektionsvorrichtung mit dem vorgeschlagenen Drehsensor oder Drehdetektor, wenn die Steuereinheit einen feinen Drehwinkel detektiert, auf Grund der Drehwinkeldetektionsfehler in den Teilen linearer Steigung 71U, 71D, 72U und 72D eine leichte Änderung in einem Drehwinkeldetektionswert auftreten, was eine dementsprechende Verschlechterung der Genauigkeit der Drehwinkeldetektierung bewirkt.
Gemäß dem Oberbegriff aus Anspruch 1 offenbart US-A-6 018 318 eine Drehwinkeldetektionsvorrichtung, in der ein Gewichtungsfaktor für sowohl das erste und als auch das zweite Detektionssignal ausgewählt wird, so dass das erste Detektionssignal mit „0" multipliziert wird und das zweite Detektionssignal mit „1" multipliziert wird oder umgekehrt. Aus diesem Grund leidet diese Detektionsvorrichtung des Standes der Technik an den oben mit Bezug auf 7 und 8 beschriebenen Problemen.
DE-A-19548385 offenbart eine Drehwinkeldetektionsvorrichtung, in der ein erstes und ein zweites Detektionssignal erzeugt werden. Die Betriebsspanne ist zwischen 0 und 360° und ist in vier Quadranten I–IV unterteilt. Der Drehwinkel wird auf der Basis des ersten und des zweiten Detektionssignals und in Abhängigkeit von dem Quadranten, in den das erste und das zweite Detektionssignal fallen, bestimmt.
EP-A-0 856 720 offenbart einen Lenkwinkelsensor, der zum Detektieren des tatsächlichen Lenkwinkels des Lenkrads eines Autos geeignet ist. Der Sensor erzeugt zwei Detektionssignale.
DE-A-197 39 823 offenbart einen Winkeldetektor, der von einer Mikrosteuereinrichtung gesteuert wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehwinkeldetektionsvorrichtung bereitzustellen, die den Einfluss eines Drehwinkeldetektionsfehlers, der in einem Teil linearer Steigung enthalten ist, wenn ein feiner Drehwinkel detektiert wird, reduziert, wodurch eine hochgradig genaue Drehwinkeldetektierung erreicht wird.
Zu diesem Zweck stellt die vorliegende Erfindung eine Drehwinkeldetektionsvorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 bereit.
Mit dieser Anordnung wird beim Detektieren des feinen Drehwinkels des Drehelements auf der Basis der Amplituden des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals eine Gewichtung auf das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal angewendet und wird die Gewichtung entsprechend dem Bereich des Drehwinkels des Drehelements so geändert, dass der Gewichtungskoeffizient eines Detektionssignals mit einem höheren Linearitätsgrad zwischen den Detektionssignalen so eingestellt wird, dass er größer ist als der Gewichtungskoeffizient eines Detektionssignals mit einem niedrigeren Linearitätsgrad. Somit können durch Auswählen geeigneter Gewichtungskoeffizienten und Drehwinkelbereiche Drehwinkeldetektionswerte mit weniger Einflüssen eines Drehwinkeldetektionsfehlers erlangt werden, selbst wenn ein leichter Drehwinkeldetektionsfehler in dem Teil linearer Steigung eines Detektionssignals oder des anderen Detektionssignals enthalten ist. Dies erlaubt das Erreichen einer Drehwinkeldetektionsvorrichtung mit hoher Genauigkeit.
Vorzugsweise wird in der oben beschriebenen Konstruktion die Gewichtung des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals auf der Basis von drei Bereichen entschieden. Die drei Bereiche umfassen einen ersten Bereich innerhalb der Spanne, die durch einen sechstel Zyklus definiert ist, der dem Punkt vorangeht und folgt, an dem entweder das erste Detektionssignal oder das zweite Detektionssignal seine Mittelamplitude erreicht, einen zweiten Bereich innerhalb der Spanne eines zwölftel Zyklus eines Detektionssignals, der außerhalb des ersten Bereichs liegt, und einen dritten Bereich innerhalb der Spanne eines zwölftel Zyklus des einen Detektionssignals, der außerhalb des zweiten Bereichs liegt. Vorzugsweise wird der Drehwinkel eines Drehelements auf der Basis der Amplitude eines Detektionssignals detektiert, wenn ein Detektionssignal in dem ersten Bereich vorhanden ist, auf der Basis der Amplitude, die durch Mitteln der Amplitude eines Detektionssignals und der Amplitude des anderen Detektionssignals mit einem Verhältnis von 7 zu 3 erlangt wird, detektiert, wenn ein Detektionssignal in dem zweiten Bereich vorhanden ist, und auf der Basis der Amplitude, die durch Mitteln der Amplitude eines Detektionssignals und der Amplitude des anderen Detektionssignals mit einem Verhältnis von 5 zu 5 erlangt wird, detektiert, wenn ein Detektionssignal in dem dritten Bereich vorhanden ist.
Mit dieser Anordnung werden, wenn die Steuereinheit unter Verwendung des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals, die von dem Drehdetektor ausgegeben werden, einen feinen Drehwinkel detektiert, die drei Bereiche, nämlich der erste Bereich, der zweite Bereich und der dritte Bereich, für den Zyklus eines Detektionssignals definiert. Ferner werden in Abhängigkeit davon, ob ein Detektionssignal in dem ersten Bereich, dem zweiten Bereich oder dem dritten Bereich liegt, die Amplitude des einen Detektionssignals und die Amplitude des anderen Detektionssignals mit einem vorbestimmten Verhältnis, vorzugsweise 10 zu 0, 7 zu 3 oder 5 zu 5 gemittelt, um den feinen Drehwinkel des Drehelements durch Verwenden der erlangten Durchschnittswerte zu bestimmen. Daher kann, wenn der Teil linearer Steigung eines Detektionssignals oder des anderen Detektionssignals einen kleinen Drehwinkeldetektionsfehler enthält, ein Drehwinkeldetektionswert mit weniger Einflüssen des Drehwinkeldetektionsfehlers erhalten werden, wodurch das Erreichen einer Drehwinkeldetektionsvorrichtung mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.
In einer bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung ist das Drehelement eine Lenkwelle eines Fahrzeugs und das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal detektieren den Lenkwinkel der Lenkwelle in Zusammenwirkung mit dem dritten Detektionssignal, das den groben Drehwinkel der vollen Drehung der Lenkwelle anzeigt.
Mit dieser Anordnung kann der Drehwinkel einer Lenkwelle eines Fahrzeugs mit hoher Genauigkeit detektiert werden, was das Erreichen von einem Lenkhilfemechanismus mit hoher Drehsteuerungsleistungsfähigkeit erlaubt.
Vorzugsweise wird ein Lenkwinkeldetektionssignal über eine in einem Auto vorgesehene Busleitung eines lokalen Netzwerks an eine Steuereinrichtung ge liefert.
Mit dieser Anordnung können der Steuereinrichtung Detektionssignale geliefert werden, ohne von Umgebungsrauschen oder Ähnlichem betroffen zu sein, so dass eine Störung der Steuereinrichtung verhindert werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines wesentlichen Abschnitts, das eine Ausführungsform einer Drehwinkeldetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 zeigt Schnittansichten, die ein Beispiel einer speziellen Konfiguration eines Drehsensors zeigen, der einen Drehdetektor bildet;
3 ist ein Signalwellenformdiagramm, das die Detektionssignale zeigt, die von dem in 2 gezeigten Drehsensor ausgegeben werden, wenn ein Lenkrad eines Fahrzeugs gedreht wird;
4 ist ein vergrößertes Signalwellenformdiagramm, das einen ersten bis dritten in dem Signalwellenformdiagramm aus 3 gezeigten Bereich darstellt;
5 ist ein vergrößertes Signalwellenformdiagramm, das eine vergrößerte Ansicht des Winkelbereichs zeigt, der einem Zyklus von jedem eines ersten Detektionssignals und eines zweiten Detektionssignals entspricht;
6 ist ein Kenndiagramm, das eine Tabelle der Amplituden in Form von Spannungswerten, Winkelwerte und Neigungen in Form von Differenzwerten des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals in den in 5 gezeigten Winkelbereichen zeigt;
7 ist ein Kenndiagramm, das die Beziehung zwischen den Drehwinkeln des Lenkrads und den Ausgangsspannungen des ersten Detektionssignals, des zweiten Detektionssignals und eines dritten Detektionssignals zeigt; und
8 ist eine schematische Darstellung, die die Änderungen der Drehwinkeldetektionswerte zeigt, die in Reaktion auf die Änderungen in der Amplitude eines Teils linearer Steigung bei einer Verschiebung zwischen Winkelsegmenten stattfinden.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm eines wesentlichen Abschnitts, das eine Ausführungsform einer Drehwinkeldetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung ist dafür ausgebildet, den Drehwinkel eines Lenkrads eines Fahrzeugs zu detektieren.
Mit Bezug auf 1 ist die Drehwinkeldetektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform aus einem Drehdetektor 1, einer Steuereinheit (Mikrocomputer) 2, einer Datensicherungseinrichtung (Speicher) 3, einer Steuereinrichtung 4, einer gesteuerten Vorrichtung 5 und einer Busleitung 6 eines lokalen Netzwerks (LAN) gebildet. Eine (nicht gezeigte) Lenkwelle eines Fahrzeugs ist mit dem Drehdetektor 1 verbunden. Die gesteuerte Vorrichtung 5 besteht aus einer Aufhängungsvorrichtung eines Fahrzeugs oder einer Automatikgetriebevorrichtung.
In dieser Ausführungsform ist der Drehdetektor 1 mit der Steuereinheit 2 verbunden. Die Steuereinheit 2 ist über die LAN-Busleitung 6 mit der Steuereinrichtung 4 verbunden und auch mit dem Speicher 3 verbunden.
2A ist eine Querschnittsansicht und 2B ist eine Schnittansicht entlang der Linie IIB-IIB aus 2A, wobei beide Ansichten ein Beispiel einer speziellen Konfiguration eines Drehsensors zeigen, der den Drehdetektor 1 bildet.
Wie in 2A und 2B gezeigt, hat der Drehsensor eine Umschließung 7, einen Rotor 8, eine Drehwelle 9, ein Lager 10, ein Schneckenrad 11, ein Gleitelement 12, einen ersten Magneten 13₁ , einen zweiten Magneten 13₂ , ein erstes Hall-Element 14₁ , ein zweites Hall-Element 14₂ , ein drittes Hall-Element 14₃ und eine Leiterplatte 15.
Die Umschließung 7 ist aus einem Gehäuse 7A und einer Abdeckung 7B gebildet. Die Öffnung des Gehäuses 7A wird von der Abdeckung 7B abgedeckt, um die Umschließung 7 zu bilden. Ein ringförmiger Vorsprung 7C ist an dem unteren Teil des Gehäuses 7A gebildet und ein anderer ringförmiger Vorsprung 7D ist auch auf der Innenseite der Abdeckung 7B gebildet. Der Rotor 8 ist trommelförmig und an einer (nicht gezeigten) Lenkwelle eines Fahrzeugs befestigt, die in die zentrale Öffnung des Rotors 8 eingeführt wurde. Eine schmale Ausstülpung 8A ist in der Mitte der Breite der äußeren Peripherie des Rotors 8 gebildet und eine Schnecke 8B ist über der gesamten Peripherie der Ausstülpung 8A gebildet. Wenn die Umschließung 7 gebildet wird, werden beide äußeren peripheren Randteile des Rotors 8 in die ringförmigen Vorsprünge 7C und 7D eingepasst und wird der Rotor 8 drehbar so in der Umschließung 7 gehalten, dass die schmale Ausstülpung 8A zwischen den ringförmigen Vorsprüngen 7C und 7D nach außen hervorragt. Ein Ende der Drehwelle 9 wird mittels des Lagers 10 an dem Gehäuse 7A angebracht und das andere Ende davon wird mittels einer Scheibe 10A an dem Gehäuse 7A befestigt. Die Drehwelle 9 hat eine Gewindenut in einem peripheren Teil davon, wo das nachstehend erörterte Gleitelement 12 eingepasst wird. Das Schneckenrad 11 wird an die Drehwelle 9 angepasst und greift in eine Schnecke 8B ein. Ein zylinderförmiger Magnethalter 11A wird mit dem Schneckenrad 11 gekoppelt und der erste Magnet 13₁ mit einer zylinderförmigen Form wird an den Umfang des Magnethalters 11A angepasst. In diesen Fall bilden die gegenüberliegenden Umfangsteile des ersten Magneten 13₁ den Nord- bzw. Südpol. Das zylinderförmige Gleitelement 12 hat eine (nicht gezeigte) Gewindenut in seinem inneren peripheren Teil, in den die Drehwelle 9 eingepasst wird. Wenn das Gleitelement 12 an die Drehwelle 9 angepasst wird, greifen die Gewindenuten der zwei Komponenten ineinander. Die äußere Peripherie des Gleitelements 12 ist mit einer (nicht gezeigten) vorspringenden Führung versehen, die in eine (nicht gezeigte) Führungsnut der Umschließung 7 eingepasst wird, um zu verhindern, dass sich das Gleitelement 12 mit der Drehwelle 9 dreht, wenn sich die Drehwelle 9 dreht. Ferner wird der zweite Magnet 13₂ , der balkenförmig ist, in der axialen Richtung der Drehwelle 9 montiert. In diesem Fall bilden in dem ersten Magneten 13₁ die gegenüberliegenden Umfangsteile den Nord- bzw. den Südpol, während in dem zweiten Magneten 13₂ ein Ende den Nordpol bildet und das andere Ende den Südpol bildet. Das erste Hall-Element 14₁ und das zweite Hall-Element 14₂ sind so auf eine Leiterplatte 15 montiert, dass sie nahe an dem zylinderförmigen ersten Magneten 13₁ sind und in Bezug auf die Achse der Drehwelle 9 in einem 90 Gradwinkel installiert sind. Das dritte Hall-Element 14₃ ist so auf die Leiterplatte 15 montiert, dass es sich in der Nachbarschaft des balkenförmigen zweiten Magneten 13₂ befindet. Wenn die Umschließung 7 gebildet wird, werden beide Enden der Leiterplatte 15 von einem Schaltungshalter (ohne Bezugszahl) in der Umschließung 7 gehalten.
In der oben genannten Konfiguration bilden die Umschließung 7 und die Leiterplatte 15 ein Basiselement, während der Rotor 8 und die Drehwelle 9 usw. die Rotoranordnung bilden.
3 ist ein Signalwellenformdiagramm, das das erste bis dritte Detektionssignal zeigt, die von dem in 2A und 2B gezeigten Drehsensor ausgegeben werden, wenn das Lenkrad eines Fahrzeugs gedreht wird. 4 ist eine vergrößerte Ansicht von Signalwellenformen, die den ersten bis dritten in 3 gezeigten Bereich darstellt.
In 3 und 4 zeigt die Abszissenachse die Drehwinkel des Lenkrads an und zeigt die Ordinatenachse die Spannungswerte oder Amplituden von Detektionssignalen an.
Jetzt wird mit Bezug auf die in 1 und 2A und 2B gezeigten Blockdiagramme und die in 3 und 4 gezeigten Signalwellenformdiagramme die Arbeitsweise der Drehwinkeldetektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform beschrieben.
Wenn das Lenkrad eines Fahrzeugs gedreht wird und die mit dem Lenkrad gekoppelte Lenkwelle gedreht wird, dreht sich der Rotor 8, in den die Lenkwelle eingeführt ist, in dem Drehdetektor 1. Die Drehung des Rotors 8 bewirkt, dass sich das Schneckenrad 11, in das die Schnecke 8B des Rotors 8 eingreift, und die Drehwelle 9, an der das Schneckenrad 11 montiert ist, gleichzeitig drehen. Die Drehung des Schneckenrads 11 bewirkt, dass sich der Magnethalter 11A, der mit dem Schneckenrad 11 gekoppelt ist, und der erste Magnet 13₁ , der an dem Magnethalter 11A montiert ist, gleichzeitig drehen. Dann ändert sich, wenn sich der erste Magnet 13₁ dreht, die Entfernung zwischen dem Nord- und dem Südpol des ersten Magneten 13₁ und dem ersten Hall-Element 14₁ und dem zweiten Hall-Element 14₂ , die in der Nachbarschaft des ersten Magneten 13₁ installiert sind, periodisch. Das erste Hall-Element 14₁ und das zweite Hall-Element 14₂ geben ein erstes Detektionssignal a und ein zweites Detektionssignal b mit der gleichen Amplitude und dem gleichen Zyklus und einem Phasenunterschied von einer viertel Wellenlänge aus, wie in 3 gezeigt. Auf ähnliche Weise gleitet, wenn sich die Drehwelle 9 dreht, das Gleitelement 12, dessen Gewindenut in die Drehwelle 9 eingreift, in die axiale Richtung der Drehwelle 9 und gleitet der zweite Magnet 13₂ , der an dem Gleitelement 12 montiert ist, auch in die axiale Richtung der Drehwelle 9. Wenn der zweite Magnet 13₂ gleitet, ändert sich die Entfernung zwischen dem Nord- und dem Südpol des zweiten Magneten 13₂ und dem dritten Hall-Element 14₃ . Folglich gibt das dritte Hall-Element 14₃ ein drittes Detektionssignal c aus, das linear zunimmt oder abnimmt, wenn sich der Drehwinkel des Lenkrads ändert, wie in 3 gezeigt. Das erste Detektionssignal a, das zweite Detektionssignal b und das dritte Detektionssignal c, die von dem Drehdetektor 1 ausgegeben werden, werden an die Steuereinheit 2 geliefert.
In dieser Ausführungsform haben das erste Detektionssignal a und das zweite Detektionssignal b, die von dem Drehdetektor 1 ausgegeben werden, eine Spitze-zu-Spitze-Amplitude von 4,0 V, einen Zyklus von 90 Grad in Bezug auf den Drehwinkel des Lenkrads und einen Phasenunterschied von einer viertel Wellenlänge oder 22,5 Grad in Bezug auf den Drehwinkel des Lenkrads, wie in 3 gezeigt. Das dritte, auch von dem Drehdetektor 1 ausgegebene Detektionssignal c hat einen Minimalamplitudenwert von 0,5 V und einen Maximalamplitudenwert von 4,5 V und einen Zyklus von 1440 Grad in Bezug auf den Drehwinkel des Lenkrads, wie in 3 gezeigt. In diesem Fall ist die Amplitude als ein Wert definiert, der durch Subtrahieren der Durchschnittswerte der Maximal werte und der Minimalwerte der Ausgangsspannungswerte des ersten Detektionssignals a bzw. des zweiten Detektionssignals b von den Ausgangsspannungswerten des ersten Detektionssignals bzw. des zweiten Detektionssignals erlangt wird.
Im Übrigen kann das Lenkrad eines Fahrzeugs normalerweise aus einer neutralen Position (Drehwinkel: 0 Grad) ungefähr zweimal (Drehwinkel: etwa +720 Grad) in eine Richtung (im Uhrzeigersinn) und auch ungefähr zweimal (Drehwinkel: etwa –720 Grad) in die andere Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) gedreht werden. Um die Drehwinkel des Lenkrads oder der Lenkwelle durch den Drehdetektor 1 zu detektieren, wird ein Drehwinkelbereich von ±720 Grad, wenn die neutrale Position als Bezugspunkt verwendet wird, und ein Drehwinkelbereich von 1440 Grad insgesamt vorausgesetzt. In diesem Fall hat der Drehdetektor 1 das vorangehende erste Detektionssignal a, das zweite Detektionssignal b und das dritte Detektionssignal c für die Gesamtdrehwinkelspanne von 1440 Grad des Lenkrads, was es dem Drehdetektor 1 ermöglicht, alle Drehwinkel eines Standardlenkrads abzudecken.
Das erste Detektionssignal a, das zweite Detektionssignal b und das dritte Detektionssignal c, die von dem Drehdetektor 1 ausgegeben werden, werden an die Steuereinheit 2 geliefert.
Die Steuereinheit 2 überträgt das erste gelieferte Detektionssignal a, das zweite gelieferte Detektionssignal b und das dritte gelieferte Detektionssignal c an den Speicher 3, um das erste Detektionssignal a, das zweite Detektionssignal b und das dritte Detektionssignal c, die schon in dem Speicher 3 gespeichert wurden, mit dem ersten aktualisierten Detektionssignal a, dem zweiten aktualisierten Detektionssignal b, und dem dritten aktualisierten Detektionssignal c zu überschreiben, wodurch die gespeicherte Information des Speichers 3 durch das erste neue Detektionssignal a, das zweite neue Detektionssignal b und das dritte neue Detektionssignal c aktualisiert wird.
Ferner verwendet die Steuereinheit 2 das erste aktuellste Detektionssignal a, das zweite aktuellste Detektionssignal b und das dritte aktuellste Detektionssignal c, um die Drehrichtung, den groben Drehwinkel und den feinen Drehwin kel des Lenkrads zu detektieren. In diesem Fall ist die Detektierung der Drehrichtung und des groben Drehwinkels von der neutralen Position (der Drehwinkel: Null Grad) des Lenkrads aus, die durch Verwendung des dritten Detektionssignals c in der Steuereinheit 2 ausgeführt wird, die gleiche wie die Detektierung der Drehrichtung des Lenkrads und die Detektierung des groben Drehwinkels von der neutralen Position aus in dem vorgeschlagenen Drehsensor, der in Verbindung mit dem in 7 gezeigten Kenndiagramm beschrieben wurde. Aus diesem Grund wird keine weitere Beschreibung der Detektierung der Drehrichtung und des groben Drehwinkels gemäß der Ausführungsform gegeben.
Die Detektierung des feinen Drehwinkels des Lenkrads, die durch Verwendung des ersten Detektionssignals a und des zweiten Detektionssignals b in der Steuereinheit 2 ausgeführt wird, ist im Grunde die gleiche wie die Detektierung des feinen Drehwinkels des Lenkrads in dem vorgeschlagenen Drehsensor, die in Verbindung mit dem in 7 gezeigten Kenndiagramm beschrieben wurde, außer dem folgenden Aspekt. Um einen feinen Drehwinkel zu detektieren, wird die Amplitude des ersten Detektionssignals a oder die Amplitude des zweiten Detektionssignals b nicht direkt verwendet. Stattdessen wird eine Amplitude verwendet, die durch Gewichten der Amplitude des ersten Detektionssignals a und der Amplitude des zweiten Detektionssignals b unter Verwendung von vorbestimmten Koeffizienten gemäß dem ersten bis dritten Bereich, die durch die Amplituden der zugehörigen Detektionssignale bestimmt werden, gemittelt wurde, wie nachstehend erörtert wird.
Genauer definiert die Steuereinheit 2 wie folgend drei Bereiche: Auf der Basis der Amplitude eines von dem ersten Detektionssignal a und dem zweiten Detektionssignal b, das heißt in dieser Ausführungsform dem zweiten Detektionssignal b, wird ein Bereich, in dem die Amplitude des zweiten Detektionssignals b in der Spanne des sechstel Zyklus vor und nach dem Punkt liegt, an dem das zweite Detektionssignal b die Mittelamplitude (Spannungswert: 2,5 V) erreicht, als ein erster Bereich E1 definiert, wird ein Bereich, in dem die Amplitude des zweiten Detektionssignals b außerhalb des ersten Bereichs E1 liegt und innerhalb der Spanne eines zwölftel Zyklus des zweiten Detektionssignals b liegt, als ein zweiter Bereich E2 definiert, und wird ein Bereich, in dem die Amplitude des zweiten Detektionssignals b außerhalb des zweiten Bereichs E2 liegt und innerhalb der Spanne eines zwölftel Zyklus des zweiten Detektionssignals b liegt, als ein dritter Bereich E3 definiert, wie in 4 gezeigt.
Wenn die Steuereinheit 2 detektiert, dass die Amplitude des zweiten Detektionssignals b in dem ersten Bereich E1 liegt, dann liest die Steuereinheit 2 das zweite Detektionssignal b aus dem Speicher 3 und bestimmt einen Berechnungswinkel auf der Basis von nur dem gelesenen zweiten Detektionssignal b. Wenn die Steuereinheit 2 detektiert, dass das zweite Detektionssignal b in dem zweiten Bereich E2 liegt, dann liest die Steuereinheit 2 das erste Detektionssignal a und das zweite Detektionssignal b aus dem Speicher 3 und bestimmt einen gemittelten Berechnungswinkel, so dass der Berechnungswinkel des gelesenen zweiten Detektionssignals b in Bezug auf den Berechnungswinkel des gelesenen ersten Detektionssignals a, der 3 ist, 7 ist. Ferner liest dann, wenn die Steuereinheit 2 detektiert, dass der Berechnungswinkel des zweiten Detektionssignals b in dem dritten Bereich E3 liegt, die Steuereinheit 2 das erste Detektionssignal a und das zweite Detektionssignal b aus dem Speicher 3 und bestimmt eine gemittelte Amplitude, so dass der Berechnungswinkel des gelesenen zweiten Detektionssignals b in Bezug auf den Berechnungswinkel des gelesenen ersten Detektionssignals a, der 5 ist, 5 ist.
Folglich detektiert die Steuereinheit 2 den feinen Drehwinkel des Lenkrads in dem ersten Bereich E1 bis dritten Bereich E3 durch Verwenden der Berechnungswinkel, die jeweils für den ersten Bereich E1 bis dritten Bereich E3 bestimmt werden.
Danach schafft die Steuereinheit 2 auf der Basis der detektierten Drehrichtung, dem groben Drehwinkel und dem feinen Drehwinkel des Lenkrads Detektionsinformation, die die Drehrichtung und den Drehwinkel in Bezug auf die neutrale Position des Lenkrads anzeigt, und liefert die Detektionsinformation über die LAN-Busleitung 6 an die Steuereinrichtung 4.
Auf der Basis der gelieferten Detektionsinformation entscheidet die Steuereinrichtung 4 über die Steuerung der gesteuerten Vorrichtung 5, z. B. einer Fahrzeugaufhängung, oder über die Steuerung eines Automatikgetriebes und führt sie detailliert aus.
In dieser Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, in dem der erste Bereich E1, der zweite Bereich E2 und der dritte Bereich E3 auf der Basis der Amplitude des zweiten Detektionssignals b definiert werden. Alternativ können jedoch der erste Bereich E1 bis dritte Bereich E3 auf der Basis der Amplitude des ersten Detektionssignals a definiert werden.
Wenn jedoch die Amplitude des ersten Detektionssignals a verwendet wird, dann werden die Gewichtungskoeffizienten, die auf die Amplituden des ersten Detektionssignals a bzw. des zweiten Detektionssignals b angewendet werden, gegenüber denjenigen in dem oben beschriebenen Fall umgedreht, um die gemittelten Berechnungswinkel in dem ersten Bereich E1 bis dritten Bereich E3 zu bestimmen.
Folglich werden gemäß der Ausführungsform, um den feinen Drehwinkel des Lenkrads durch die Steuereinheit 2 zu detektieren, der erste Bereich E1 bis dritte Bereich E3 für die Amplituden des zweiten oder des ersten Detektionssignals definiert. Der feine Drehwinkel des Lenkrads wird durch Verwenden des gemittelten Berechnungswinkels detektiert, der durch Anwenden vorbestimmter Gewichtungskoeffizienten auf den Berechnungswinkel des zweiten oder des ersten Detektionssignals und auf den Berechnungswinkel des ersten oder des zweiten Detektionssignals, wenn das zweite oder das erste Detektionssignal im ersten Bereich E1 bis dritten Bereich E3 liegt, erlangt wird. Deshalb kann, selbst wenn der Teil linearer Steigung des zweiten oder des ersten Detektionssignals oder der Teil linearer Steigung des ersten oder des zweiten Detektionssignals einen kleinen Drehwinkeldetektionsfehler enthält, der Drehwinkeldetektionswert mit weniger Einfluss des Drehwinkeldetektionsfehlers erlangt werden.
In der oben erörterten Ausführungsform werden, um die Amplitude des ersten Detektionssignals a und die Amplitude des zweiten Detektionssignals b zu gewichten, der erste Bereich E1, der zweite Bereich E2 und der dritte Bereich E3 auf der Basis der Amplitude von einem der oben genannten Detektionssignale definiert und die Gewichtungskoeffizienten für den ersten Bereich E1 bis dritten Bereich E3 eingestellt. In einer anderen Ausführungsform können jedoch die Gewichtungskoeffizienten auf der Basis der Neigung oder Steigung in Form von Differenzwerten der Amplituden des ersten Detektionssignals a und des zweiten Detektionssignal b eingestellt und bestimmt werden, wie nachstehend erörtert wird.
5 ist ein vergrößertes Signalwellenformdiagramm, das eine vergrößerte Ansicht der Winkelbereiche (360 Grad) zeigt, die einem Zyklus von jedem des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals entsprechen.
Mit Bezug auf 5 zeigt die Ordinatenachse den Amplituden- oder Spannungswert in Volt (V) an und zeigt die Abszissenachse den Winkelwert in Grad an. Bezugszeichen a bezeichnet das erste Detektionssignal (ein Sinuswellensignal) und Bezugszeichen b bezeichnet das zweite Detektionssignal (ein Kosinuswellensignal).
6 ist ein Kenndiagramm, das eine Tabelle der Amplituden in Form von Spannungswerten, Winkelwerte und Neigungen in Form von Differentialwerten des ersten Detektionssignals a und des zweiten Detektionssignals b in den in 5 gezeigten Winkelbereichen zeigt.
In 6 zeigen die Zahlenspalten auf der linken Seite die Amplituden (in Spannungswerten), die Winkelwerte und Neigungen (in Differenzwerten) des ersten Detektionssignals a (des Sinuswellensignals) an, während die Zahlenspalten auf der rechten Seite die Amplituden (in Spannungswerten), die Winkelwerte und Neigungen (in Differentialwerten) des zweiten Detektionssignals b (des Sinuswellensignals) anzeigen.
Wie in 5 und 6 gezeigt, wird der Null-Grad-Winkelwert in dem ersten Detektionssignal a bei einem Spannungswert von 2,5 V erlangt, während der Null-Grad-Winkelwert in dem zweiten Detektionssignal b bei einem Spannungswert von 0,5 V erlangt wird. Wie aus 6 offensichtlich wird, ergibt sich, wenn der Spannungswert des zweiten Detektionssignals b 0,5 V ist, eine 2,5 Grad-Winkel-Verschiebung, selbst wenn eine Spannungswertverschiebung nur 0,0019 V beträgt. Im Fall des ersten Detektionssignals a erfordert die 2,5 Grad-Winkelverschiebung eine Spannungswertverschiebung von 0,0872 V. Folglich haben das erste Detektionssignal a und das zweite Detektionssignal b verschiedene Winkelverschiebungen bezüglich der Verschiebungen in dem Spannungswert. Vorzugsweise wird deshalb das Detektionssignal mit einer kleineren Winkelverschiebung bezüglich der Verschiebung in dem Spannungswert verwendet, um einen Winkel zu detektieren. Zu diesem Zweck müssen das erste Detektionssignal a und das zweite Detektionssignal b wiederum ersetzt werden, um Winkeldetektierung auszuführen.
Jedoch wird Winkeldetektierung durch Ersetzen des ersten Detektionssignals a und des zweiten Detektionssignals b ausgeführt, wenn ein Fehler in einem auf dem ersten Detektionssignal a basierenden Winkeldetektionswert und/oder in einem auf dem zweiten Detektionssignal b basierenden Winkeldetektionswert an einem Ersatzpunkt enthalten ist, dann wird ein diskontinuierlicher Winkeldetektionswert an einem Ersatzpunkt erlangt, wodurch verhindert wird, dass ein genauer Winkeldetektionswert erlangt wird.
Um das oben erwähnte Problem zu vermeiden, werden in dieser Ausführungsform die Neigungen des ersten Detektionssignals a und des zweiten Detektionssignals b berechnet und werden die Gewichtungskoeffizienten für das erste Detektionssignal a und das zweite Detektionssignal b auf der Basis der berechneten Neigungswerte bestimmt, um die Diskontinuität in den Winkeldetektionswerten an einem Ersatzpunkt zu beseitigen.
Genauer kann dann, wenn der auf der Basis des Spannungswerts des ersten Detektionssignals a berechnete Winkelwert als θA bezeichnet wird, die Neigung als ΔA bezeichnet wird, der auf der Basis des Spannungswerts des zweiten Detektionssignals b berechnete Winkelwert als θB bezeichnet wird und die Neigung als ΔB bezeichnet wird, der zu bestimmende Winkel, der als θ bezeichnet wird, durch die unten gegebene Gleichung erlangt werden: θ = θA × ΔA/(ΔA + ΔB) + θB × ΔB/(ΔA + ΔB).
Genauer ist, wie in 6 von der von einem Kreis gekennzeichneten Zahlenreihe gezeigt, wenn der Spannungswert des ersten Detektionssignals a 2,5 V ist, der Winkelwert θA Null Grad und die Neigung ΔA 1,0000. Ferner ist, wenn der Spannungswert des zweiten Detektionssignals b 0,5 V ist, der Winkelwert θB Null Grad, und die Neigung ΔB 0,0000. Deshalb: θ = 0 × 1/(1 + 0) + 0 × 0/(1 + 0).
Folglich ist die Neigung ΔA des ersten Detektionssignals a groß und ist seine Winkelverschiebung bezüglich der Spannungswertschwankungen klein, während die Neigung ΔB des zweiten Detektionssignals b klein ist und die Winkelverschiebung bezüglich der Spannungswertschwankungen groß ist. Auf der Basis der Ergebnisse ist der Gewichtungskoeffizient des ersten Detektionssignals a 1 und der Gewichtungskoeffizient des zweiten Detektionssignals b 0.
Wieder mit Bezug auf 6 ist, wie von der von zwei Kreisen gekennzeichneten Zahlenreihe in der Tabelle gezeigt, wenn der Spannungswert des ersten Detektionssignals a 3,9142 V ist, der Winkelwert (θA 45,0 Grad und die Neigung ΔA 0,7071. Ferner ist, wenn der Spannungswert des zweiten Detektionssignals b 1,0858 V ist, der Winkelwert θB 54,0 Grad und die Neigung ΔB 0,7071. Deshalb: θ = 45 × 0,7071/(0,7071 + 0,7071) + 45 × 0,7071/(0,7071 + 0,7071).
Folglich ist die Neigung ΔA des ersten Detektionssignals a gleich der Neigung ΔB des zweiten Detektionssignals b; somit sind die Winkelverschiebungen bezüglich der Spannungswertschwankungen die gleichen. Auf der Basis der Ergebnisse ist der Gewichtungskoeffizient des ersten Detektionssignals a 0,5 und der Gewichtungskoeffizient des zweiten Detektionssignals b 0,5.
Wie von der von den drei Kreisen in 6 gekennzeichneten Zahlenreihe gezeigt, ist, wenn der Spannungswert des ersten Detektionssignals a 4,5 V ist, der Winkelwert θA 90,0 Grad und die Neigung ΔA 0,0000. Ferner ist, wenn der Spannungswert des zweiten Detektionssignals b 2,5 V ist, der Winkelwert θB 90,0 Grad und die Neigung ΔB 1,0000. Deshalb: θ = 90 × 0/(0 + 1) + 90 × 1/(0 + 1).
Folglich ist die Neigung ΔA des ersten Detektionssignals a klein und ist seine Winkelverschiebung bezüglich der Spannungswertschwankungen groß, während die Neigung ΔB des zweiten Detektionssignals b groß ist und die Winkelverschiebung bezüglich der Spannungswertschwankungen klein ist. Auf der Basis der Ergebnisse ist der Gewichtungskoeffizient des ersten Detektionssignals a 0 und der Gewichtungskoeffizient des zweiten Detektionssignals b 1.
Ferner können die Gewichtungskoeffizienten für das erste Detektionssignal a und das zweite Detektionssignal b durch Ausführen der vorangehenden Berechnung auf jedem der Winkelwerte θA und θB bestimmt werden, die von 0 Grad bis 45,0 Grad bzw. von 45,0 Grad bis 90,0 Grad reichen. Dementsprechend können die Berechnungswinkel des ersten Detektionssignals a und des zweiten Detektionssignals b in einem Zustand ersetzt werden, in dem es keine Diskontinuität in Winkeldetektionswerten an Ersatzpunkten gibt.
Folglich werden gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die feinen Drehwinkel eines Drehelements auf der Basis der Amplituden des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals detektiert werden, das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal gewichtet und wird die Gewichtung entsprechend dem Bereich des Drehwinkels des Drehelements geändert. Deshalb können durch Auswählen geeigneter Gewichtungskoeffizienten und Drehwinkelbereiche Drehwinkeldetektionswerte mit weniger Einflüssen eines Drehwinkeldetektionsfehlers erlangt werden, selbst wenn ein leichter Drehwinkeldetektionsfehler in dem Teil linearer Steigung eines Detektionssignals oder des anderen Detektionssignals enthalten ist. Dies erlaubt das Erreichen einer Drehwinkeldetektionsvorrichtung mit hoher Genauigkeit.

Claims

Drehwinkeldetektionsvorrichtung, aufweisend: einen Rotor (8), der mit einem Drehelement verbunden ist; einen Drehdetektor (1) zum erfolgreichen Detektieren, wenn sich der Rotor (8) dreht, eines ersten sinusförmigen Detektionssignals und eines zweiten sinusförmigen Detektionssignals, die eine vorbestimmte Amplitude, den gleichen Zyklus und einen Phasenunterschied von im Wesentlichen einer viertel Wellenlänge haben; einen Speicher (3) zum Speichern des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals; und eine Steuereinheit (2) zum Bestimmen des Drehwinkels des Drehelements auf der Basis eines ersten Detektionssignals und eines zweiten Detektionssignals; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) eine Mehrzahl von Drehwinkelbereichen auswählt und die Gewichtung des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals für jeden Bereich so ändert, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Detektionssignal für den gleichen Drehwinkel ein Gewichtungskoeffizient des Detektionssignals mit einem höheren Linearitätsgrad so eingestellt wird, dass er größer ist als ein Gewichtungskoeffizient des Detektionssignals mit einem niedrigeren Linearitätsgrad.
Drehwinkeldetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Mehrheit von Drehwinkelbereichen ausgewählt wird, wobei der Punkt, an dem entweder das erste Detektionssignal oder das zweite Detektionssignal seine Mittelamplitude erreicht, die Mitte der ausgewählten Bereiche ist, und der Drehwinkel (θ) des Drehelements für jeden Bereich auf der Basis der Durchschnittsamplitude bestimmt wird, die unter Verwendung der Gewichtungskoeffizienten des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals für den gleichen Drehwinkel berechnet ist.
Drehwinkeldetektionsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein erster Bereich in der Spanne eines sechstel Zyklus, der dem Punkt vorangeht und folgt, an dem entweder das erste Detektionssignal oder das zweite Detektionssignal seine Mittelamplitude erreicht, ein zweiter Bereich in der Spanne eines zwölftel Zyklus des einen Detektionssignals außerhalb des ersten Bereichs und ein dritter Bereich in der Spanne eines zwölftel Zyklus des einen Detektionssignals außerhalb des zweiten Bereichs definiert sind, und der Drehwinkel eines Drehelements auf der Basis der Amplitude des einen Detektionssignals, wenn das eine Detektionssignal in dem ersten Bereich vorhanden ist, oder der Amplitude, die durch das Mitteln der Amplitude des einen Detektionssignals und der Amplitude des anderen Detektionssignals bei einem Verhältnis von 7 zu 3 erhalten wird, wenn das eine Detektionssignal in dem zweiten Bereich vorhanden ist, oder der Amplitude, die durch das Mitteln der Amplitude des einen Detektionssignals und der Amplitude des anderen Detektionssignals bei einem Verhältnis von 5 zu 5 erhalten wird, wenn das eine Detektionssignal in dem dritten Bereich vorhanden ist, detektiert wird.
Drehwinkeldetektionsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Drehelement eine Lenkwelle eines Fahrzeugs ist und das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal in Zusammenwirkung mit einem dritten Detektionssignal, das einen groben Drehwinkel der vollen Drehung der Lenkwelle anzeigt, den Lenkwinkel der Lenkwelle detektieren.
Drehwinkeldetektionsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Detektionssignal des Lenkwinkels über eine in einem Auto vorhandene Busleitung eines lokalen Netzwerks einer Steuereinrichtung zugeführt wird.