JP4746461B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転体の回転角度を検出する角度センサの異常（角度センサの出力端子間がショートしているかどうか）を検出可能な回転角度検出装置に関する。

従来、回転体の回転角度を検出する装置として、図５に示すようなものがある。
これは、第１角度センサ１００と第２角度センサ２００とを図示しない回転体に対向させて配置し、回転体の回転に応じて第１角度センサ１００、第２角度センサ２００から出力された出力波形をそれぞれ第１信号増幅器１０１、第２信号増幅器２０１によって増幅した後、演算部３００が、第１信号増幅器１０１から出力された信号（Ｖｏ１）、第２信号増幅器２０１から出力された信号（Ｖｏ２）とにもとづいて回転体の回転角度を検出するものである。
ここで、第１角度センサ１００と第２角度センサ２００は、互いに９０度角度がずらされて配置されている。これにより演算部３００には、図６に示すように、信号Ｖｏ１と信号Ｖｏ２とで９０度位相の異なる波形が入力される。

また演算部３００は、第１信号増幅器１０１、第２信号増幅器２０１から出力された信号Ｖｏ１、Ｖｏ２との差分を算出し、算出した差分が所定値以上であるかどうかを判断することによって、第１信号増幅器１０１と演算部３００とを接続する配線１０５（信号Ｖｏ１が通る線）等に断線やショート等の異常が発生しているかどうかを検出しようとするものである。
このような、２つの角度センサから出力された信号を比較することによって装置の異常を検出する構成が、たとえば特開平９−１７８５１２号公報に記載されている。
特開平９−１７８５１２号公報

しかしながら、このような従来の回転角度検出装置においては、第１信号増幅器１０１と演算部３００とを接続する配線１０５の異常を検出することはできるが、第１角度センサ１００の出力端子１０２と、第２角度センサ２００の出力端子２０２とがショートした場合など、第１角度センサ１００の出力端子１０２、１０３、第２角度センサ２００の出力端子２０２、２０３間でのショートを検出することができない。
たとえば、第１角度センサ１００の出力端子１０２と第２角度センサ２００の出力端子２０２とがショートした場合には、第１信号増幅器１０１および第２信号増幅器２０１から出力される信号Ｖｏ１’、Ｖｏ２’は、図６に示すように、正常時の信号Ｖｏ１、Ｖｏ２と比較して振幅、位相がずれたものとなる。

しかしながら、図６に示すように、正常時と異常時の信号Ｖｏ１、Ｖｏ２、Ｖｏ１’、Ｖｏ２’の電圧は、たとえば回転体の角度が４５度と２２５度の付近で同じ値となる。
したがってこの角度の付近では、信号Ｖｏ１’、Ｖｏ２’を比較しただけでは出力端子１０２、１０３、２０２、２０３の断線やショート等の異常を検出することができない。
また、信号Ｖｏ１、Ｖｏ２が変化することによって初めて異常または正常の判断を行うことができるため、回転体が回転するまで正常、または異常の判断を行うことができない。
さらに、第１角度センサ１００や第２角度センサ２００に用いられている素子特性のばらつきにより、信号Ｖｏ１、Ｖｏ２が信号Ｖｏ１’、Ｖｏ２’に近づいた場合には、信号Ｖｏ１、Ｖｏ２を比較することによって配線に断線やショート等の異常が発生しているものとして誤検出をしてしまうといった問題があった。

そこで本発明はこのような問題点に鑑み、回転体を回転させることなく速やかに角度センサの異常を検出可能な回転角度検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、回転体の回転角度に応じた信号を出力する第１の検出部および第２の検出部と、第１の検出部と第２の検出部の各々から出力された信号に基づいて回転体の回転角度を検出する角度検出手段と、第１の検出部の出力信号線と第２の検出部の出力信号線との間の短絡を検出する異常検出手段と、第１の検出部と第２の検出部に電力を供給する電力供給手段と、を備えた回転角度検出装置であって、
電力供給手段は、
回転角度検出装置がオンされた後の所定時間の間、第１の検出部への電力の供給と第２の検出部への電力の供給とが交互に行われるように、第１の検出部と第２の検出部への電力の供給と遮断を繰り返し実行し、
異常検出手段は、
電力の供給と遮断を実行するたびに、電力の供給と遮断を実行したときに第１の検出部と第２の検出部から出力された信号を、それぞれ、第１の検出部の出力信号線と第２の検出部の出力信号線の間の短絡が無い正常状態で電力の供給と遮断を行ったときに第１の検出部と第２の検出部から出力された基準信号と比較して、第１の検出部の出力信号線と第２の検出部の出力信号線との間の短絡の有無を判断するものとした。

本発明によれば、電力の供給と遮断を実行したときに第１の検出部と第２の検出部から出力された信号と、第１の検出部の出力信号線と第２の検出部の出力信号線の間の短絡が無い正常状態で電力の供給と遮断を行ったときに第１の検出部と第２の検出部から出力された基準信号とを比較することによって、第１の検出部の出力信号線と第２の検出部の出力信号線の間の短絡の有無を判断するものとしたので、回転体が回転していなくとも、電力の供給と遮断を行うだけで速やかに異常の検出を行うことができる。

次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１に、実施例における回路図を示す。
なお本実施例における角度センサは、車両のステアリングシャフトの回転角度を検出するものである。
図示しない回転体（ステアリングシャフト）に対向して配置された第１角度センサ２、第２角度センサ４と、第１角度センサ２から出力された信号＋Ｖｏ１、―Ｖｏ１とを受け取り信号の増幅を行う第１信号増幅器３と、第２角度センサ４から出力された信号＋Ｖｏ２、―Ｖｏ２とを受け取り信号の増幅を行う第２信号増幅器５と、第１信号増幅器３によって増幅された信号Ｖｏ１と、第２信号増幅器５によって増幅された信号Ｖｏ２とを受け取り、回転体の回転角度の検出を行う演算部６とより、回転角度検出装置１が構成される。

演算部６は、第１角度センサ２と第１信号増幅器３とを接続する配線と第２角度センサ４と第２信号増幅器５とを接続する配線間のショートや断線等の異常検出を行うこともできる。
また演算部６は、第１角度センサ２および第２角度センサ４に対してそれぞれ独立して電源Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ２を供給可能である。
第１角度センサ２と第２角度センサ４とは、互いに９０度角度がずらされて配置されている。
また、第１角度センサ２と第１信号増幅器３とを接続し、信号＋Ｖｏ１が通る配線を配線２Ａ、信号―Ｖｏ１が通る配線を配線２Ｂとし、第２角度センサ４と第２信号増幅器５とを接続し、信号＋Ｖｏ２が通る配線を配線４Ａ、信号―Ｖｏ２が通る配線を配線４Ｂとする。
さらに、第１信号増幅器３と演算部６とを接続し、信号Ｖｏ１が通る配線を配線３Ａとし、第２信号増幅器５と演算部６とを接続し、信号Ｖｏ２が通る配線を配線５Ａとする。

次に、演算部６が行う異常検出処理について説明する。
ここで演算部６は、車両のイグニッションがＯＮとなってから所定時間が経過するまでの間（以下、異常検出期間とも呼ぶ）だけ、第１角度センサ２および第２角度センサ４に、交互に電源の供給と遮断を行い、配線２Ａと配線４Ａとがショートしていないかどうかなどを判断する。異常検出期間の経過後は、第１角度センサ２および第２角度センサ４に常時電圧を供給し、通常時における回転体の角度検出処理を行うものとする。

図２に、演算部６が行う異常検出処理の流れを示し、図３に、各部の電圧波形を示す。
まず、配線間にショートなどの異常がない場合について説明する。
なお、配線間にショートなどの異常がない場合における第１信号増幅器３および第２信号増幅器５から出力される信号Ｖｏ１、Ｖｏ２を正常時の信号増幅器出力として図３に示す。
車両のイグニッションがＯＮとなることによって、図２に示す異常検出処理がスタートする。なお図３に示すように、イグニッションがＯＮとなったときを時刻ｔ０とする。
ステップ２００において演算部６は、第１角度センサ２と第２角度センサ４に、電源Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ２を交互に供給する。
なお本実施例では、電源Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ２の電圧は５Ｖとし、第２角度センサ４から先に電源Ｖｃｃ２を供給するものとする。

これにより、図３に示すように時刻ｔ０以降において電源Ｖｃｃ２（５Ｖ）が第２角度センサ４に供給され、第２信号増幅器５から所定の値を有する信号Ｖｏ２が出力される。
なお、この信号Ｖｏ２の値は、ステアリングの位置に応じて変動する値となる。
具体的には、図４に示すように第２信号増幅器５は、入力された信号＋Ｖｏ２、―Ｖｏ２を１Ｖ〜４Ｖの間に増幅した信号Ｖｏ２を出力するものである。
一方、第２角度センサ４に電源Ｖｃｃ２が供給されている間、第１角度センサ２へは電源Ｖｃｃ１が供給されていないので、第１信号増幅器３から出力される信号Ｖｏ１は０Ｖとなる。
次の時刻ｔ１〜ｔ２において、電源Ｖｃｃ１が第１角度センサ２に供給されている場合、信号Ｖｏ１は信号Ｖｏ２と同様に１Ｖ〜４Ｖの間の値となる。
このように、配線＋Ｖｏ１、−Ｖｏ１間などにショート等の異常が発生していない場合には電源が供給されている側の第１信号増幅器３または第２信号増幅器５から、電圧値１Ｖ〜４Ｖの信号（基準信号）Ｖｏ１またはＶｏ２が出力され、電源が供給されていない側の信号Ｖｏ１またはＶｏ２は電圧値が０Ｖ（基準信号）となる。

図２に戻り、ステップ２０１において演算部６は、入力された信号Ｖｏ１、Ｖｏ２にもとづいて、配線＋Ｖｏ１、−Ｖｏ１間などにショートなどの異常が発生していないかどうかを判定する。
具体的には、電源を供給している側の角度センサ（２、４）につながる信号増幅器（３、５）から出力された信号Ｖｏ１または信号Ｖｏ２の電圧値が、１Ｖ〜４Ｖの間であり、かつ電源を供給していない側の信号増幅器（３、５）から出力された信号Ｖｏ１またはＶｏ２の電圧値が０Ｖであるかどうかを判断するものである。
配線２Ａ、２Ｂ間などにショートなどの異常がなく、第２角度センサ４に電源Ｖｃｃ２を供給している場合、図３の正常時の信号増幅器出力に示すように、信号Ｖｏ１は０Ｖ、信号Ｖｏ２は１Ｖ〜４Ｖの間の値となるので、演算部６は配線２Ａ、２Ｂ間等にショート等の異常がなく、正常であるものと判断する。

次にステップ２０２において演算部６は、車両のイグニッションがＯＮとなった時刻ｔ０から、異常検出期間経過したかどうかを判断する。
異常検出期間が経過していない場合にはステップ２００へ戻り、第１角度センサ２と第２角度センサ４に交互に電源の供給と遮断とを行い、角度センサの異常検出処理を続ける。
これにより、図３に示すように時刻ｔ０から時刻ｔ１までは第２角度センサ４に電源Ｖｃｃ２が供給され、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは第１角度センサ２に電源Ｖｃｃ１が供給される。

一方、図３に示すように時刻ｔ３となり、ステップ２０２において異常検出期間が経過したと判断された場合には、ステップ２０３へ進む。
時刻ｔ３以降、ステップ２０３において、演算部６は第１角度センサ２と第２角度センサ４に対して常時電源Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ２を供給し、通常のステアリングシャフトの角度検出を行う。

次に、配線２Ｂ、４Ｂ間等にショートが発生した場合における信号増幅器出力を示す。
まず、配線２Ｂ、４Ｂ間がショートした場合について説明する。
配線２Ｂ、４Ｂ間がショートした場合の信号増幅器出力を異常ケース１として図３に示す。
演算部６は、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間、電源Ｖｃｃ２を第２角度センサ４に供給する。
この場合、配線２Ｂ、４Ｂ間がショートしているため、図３に示すように第２信号増幅器５から出力される信号Ｖｏ２は５Ｖの値が出力される。（なお図３中に、破線によって、正常時の信号波形を示してある。）
第１信号増幅器３から出力される信号Ｖｏ１は、正常時と同じ０Ｖとなる。
したがって、正常時であれば図４に示すように信号Ｖｏ２が１Ｖ〜４Ｖの電圧値となるが、配線２Ｂ、４Ｂ間のショートによって信号Ｖｏ２が５Ｖの電圧値となっているため、演算部６は配線２Ｂ、４Ｂ間等にショート等の異常が発生しているものと判断することができる。
なお図４は、時刻ｔ０〜ｔ１の間の所定区間内の信号Ｖｏ２の変化を示してある。
異常が検出された場合には、演算部６は、車両の乗員に回転角度検出装置１に異常が発生していることを報知するなど、所定の動作を行う。

次に、配線２Ａ、４Ａ間がショートした場合について説明する。
配線２Ａ、４Ａ間がショートした場合の信号増幅器出力を異常ケース２として図３に示す。
演算部６は、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間、電源Ｖｃｃ２を第２角度センサ４に供給する。
この場合、配線２Ａ、４Ａ間がショートしているため、図３に示すように第１信号増幅器３から出力される信号Ｖｏ１は５Ｖの値が出力され、第２信号増幅器５から出力される信号Ｖｏ２は０Ｖとなる。
したがって演算部６は、正常時とは異なる電圧値を有する信号Ｖｏ１、Ｖｏ２が入力されるため、配線２Ａ、４Ａ間等にショート等の異常が発生しているものと判断することができる。

次に、配線３Ａ、５Ａ間がショートした場合について説明する。
配線３Ａ、５Ａ間がショートした場合の信号増幅器出力を異常ケース３として図３に示す。
演算部６は、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間、電源Ｖｃｃ２を第２角度センサ４に供給する。
この場合、配線３Ａ、５Ａ間がショートしているため、図３に示すように第１信号増幅器３から出力される信号Ｖｏ１と、第２信号増幅器５から出力される信号Ｖｏ２とは同じ値が出力される。
したがって演算部６は、正常時とは異なる電圧値を有する信号Ｖｏ１、Ｖｏ２が入力されるため、配線３Ａ、５Ａ間等にショート等の異常が発生しているものと判断することができる。

また、異常検出期間が経過したときの通常の検出処理時に配線２Ａ、２Ｂ間等にショートが発生した場合には、演算部６によって演算されているステアリングシャフトの回転角度が急激に、かつ大きく変化するため、演算部６はショート等の異常を検出することができる。
なお本実施例において、第１角度センサ２が本発明における第１の検出部を構成し、第２角度センサ４が本発明における第２の検出部を構成する。また、ステップ２０３が本発明における角度検出手段を構成し、ステップ２０１が本発明における異常検出手段を構成する。ステップ２００が本発明における電力供給手段を構成する。また本発明における検出部の出力系統は、本実施例における第１角度センサ２、第２角度センサ４内の角度検出素子から第１角度センサ２、第２角度センサ４の出力端子までの間と、第１角度センサ２、第２角度センサ４の出力端子から演算部６に接続するための配線２Ａ、２Ｂ、３Ａ、４Ａ、４Ｂ、５Ａを含むものとする。

本実施例は以上のように構成され、車両のイグニッションがオンとなった後、第１角度センサ２、第２角度センサ４に交互に電源の供給と遮断を行い、第１角度センサ２または第２角度センサ４から出力されて第１信号増幅器３または第２信号増幅器５によって増幅された信号Ｖｏ１または信号Ｖｏ２を、配線間にショート等の異常が無い状態における信号Ｖｏ１または信号Ｖｏ２と比較することによって、配線間にショート等の異常が無いかどうかを判断するものとしたので、演算部６は、第１角度センサ２または第２角度センサ４に電源を供給するだけで即座にショート等の異常を検出することができる。
したがって車両のステアリングシャフトにつながるステアリングハンドルが操作される前に、回転角度検出装置１の異常を検出することができる。
また第１角度センサ２や第２角度センサ４の素子特性にばらつきがあり、たとえば信号Ｖｏ１、Ｖｏ２の振幅が小さいような場合であっても、正確に配線間のショート等の異常を検出することができる。

なお実施例において、配線２Ｂ、４Ｂ間がショートした場合（異常ケース１）、配線２Ａ、４Ａ間がショートした場合（異常ケース２）、配線３Ａ、５Ａ間がショートした場合（異常ケース３）に、演算部６がショート等の異常を検出するものとしたが、これ以外にも、たとえば配線２Ａと配線２Ｂとがショートした場合や、配線４Ａと配線４Ｂとがショットした場合、さらに配線２Ｂと配線４Ａとがショートした場合や、配線２Ａと配線４Ｂとがショートした場合にも、第１信号増幅器３および第２信号増幅器５から出力される信号Ｖｏ１およびＶｏ２の電圧値が正常時と異なるため、演算部６は配線間のショート等の異常を検出することができる。
また第１角度センサ２、第２角度センサ４内の角度検出素子から第１角度センサ２、第２角度センサ４の出力端子までの間の配線間で発生したショート等の異常についても、演算部６によって検出可能である。
さらに実施例において、配線間がショートした場合における異常検出手順について説明したが、配線が断線したような場合であっても、第１信号増幅器３および第２信号増幅器５から出力される信号Ｖｏ１およびＶｏ２の電圧値が正常時と異なるため、演算部６は配線の異常を検出することができる。

実施例を示す回路図である。 異常検出処理の流れを示す図である。 各部の電圧変化を示す図である。 正常時における信号の変化を示す図である。 従来の回転角度検出装置を示す回路図である。 信号の変化を示す図である。

符号の説明

１ 回転角度検出装置
２ 第１角度センサ
３ 第１信号増幅器
４ 第２角度センサ
５ 第２信号増幅器
６ 演算部
２Ａ、２Ｂ、３Ａ、４Ａ、４Ｂ、５Ａ 配線

Claims (1)

1. 回転体の回転角度に応じた信号を出力する第１の検出部および第２の検出部と、
   前記第１の検出部と第２の検出部の各々から出力された信号に基づいて前記回転体の回転角度を検出する角度検出手段と、
   前記第１の検出部の出力信号線と第２の検出部の出力信号線との間の短絡を検出する異常検出手段と、
   前記第１の検出部と第２の検出部に電力を供給する電力供給手段と、を備えた回転角度検出装置であって、
   前記電力供給手段は、
   前記回転角度検出装置がオンされた後の所定時間の間、
   前記第１の検出部への電力の供給と前記第２の検出部への電力の供給とが交互に行われるように、前記第１の検出部と前記第２の検出部への電力の供給と遮断を繰り返し実行し、
   前記異常検出手段は、
   前記電力の供給と遮断を実行するたびに、
   前記電力の供給と遮断を実行したときに前記第１の検出部と前記第２の検出部から出力された信号を、それぞれ、前記第１の検出部の出力信号線と前記第２の検出部の出力信号線との間で短絡が無い正常状態で前記電力の供給と遮断を行ったときに前記第１の検出部と前記第２の検出部から出力された基準信号と比較して、
   前記第１の検出部の出力信号線と前記第２の検出部の出力信号線との間の短絡の有無を判断することを特徴とする回転角度検出装置。
   

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