JP2002148015A - 舵角センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＩＧキーオフ時に舵角情報を検出し続けるこ
となく、ＩＧキーのオンとほぼ同時に操舵角度を検出す
ることができる舵角センサを提供すること。 【解決手段】 ステアリングシャフトの全回転角度範囲
を双方向において１回転未満の回転角度範囲に変換する
ギア機構の出力軸２１にヨーク２２を介して取り付けら
れ、半径方向に磁化された円環帯状磁石２３と、前記円
環帯状磁石の外周囲に、それぞれが所定のギャップ２５
を置いて９０度間隔で固定配置される固定子２４と、前
記４個のギャップのうち隣接する２個のギャップに設け
られる磁気センサ２６、２７とを備え、前記２つの磁気
センサの一方を９０度間隔の領域判定用として使用し、
他方を角度信号取得用として使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両のステアリン
グシャフトの回転位置を検出する舵角センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】舵角センサは、ステアリングシャフトの
回転位置を真のニュートラル位置を基準とした角度（絶
対操舵角度）として検出するものである。この舵角セン
サは、自動車などでの車両制御において用いられるセン
サの１つとして重要であることから、従来から各種の提
案がなされている。

【０００３】例えば、特開平１１−２６４７２５号公報
（従来例１）では、エンジン停止中におけるステアリン
グシャフトの回転方向・回転角度の情報を検出し記憶で
きる回転角度検出装置が開示されている。この回転角度
検出装置では、信号のオン・オフの数をカウントするイ
ンクリメンタル方式が採用されている。

【０００４】また、特開平５−３２２５９９号公報（従
来例２）では、主電源遮断時においても高速応答が可能
なバックアップ式多回転型絶対位置検出器が開示されて
いる。この多回転型絶対位置検出器では、検出素子によ
り“０”か“１”かのデジタル値が検出できるような情
報が付与された回転ディスクを用い、検出素子で検出さ
れる“０”と“１”の組み合わせにより角度を検出する
グレイコード方式が採用されている。

【０００５】また、特開平１１−２８７６０８号公報
（従来例３）では、イグニッションスイッチ（以下「Ｉ
Ｇキー」という）のオン後の早期に正確な絶対操舵角度
を検出できる車両用ステアリングセンサが開示されてい
る。この車両用ステアリングセンサでは、ステアリング
・ホイールの回転全領域が検出できるようにするため、
ギアの減速機構を用いた回転数検出部が設けられてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１では、ＩＧキーオフ時にも舵角を検出し続ける必要が
あり、このときの電力消費に対する配慮が必要である。

【０００７】また、従来例２では、高分解能に伴い、回
転ディスクに付与するコードの緻密化が必要であり、そ
のため検出素子の数が増える。

【０００８】また、従来例１と２では、コード化された
デジタル信号を処理することになるので、舵角センサを
取り付けるステアリングシャフトの径や、角度分解可能
の仕様に応じて全体設計を変更する必要が出てくる。

【０００９】さらに、従来例３では、回転数検出部の数
が増えるので、詳細角度検出部と回転数検出部の基準位
置との整合を取る必要があるという問題がある。

【００１０】本発明は、このよう事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、ＩＧキーオフ時に舵角情報を
検出し続けることなく、ＩＧキーのオンとほぼ同時に操
舵角度を検出することができる舵角センサを提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の舵角センサは、ステアリングシャ
フトの全回転角度範囲を双方向において１回転未満の回
転角度範囲に変換するギア機構と、前記ギア機構の出力
軸にヨークを介して取り付けられ、半径方向に磁化され
た円環帯状磁石と、前記円環帯状磁石の外周囲に、それ
ぞれが所定のギャップを置いて９０度間隔で固定配置さ
れる固定子と、前記固定子間に形成された４個のギャッ
プのうち隣接する２個のギャップに設けられ、一方が９
０度間隔の領域判定用として、他方が角度信号取得用と
してそれぞれ使用される磁気センサと、を具備すること
を特徴としている。

【００１２】また、請求項２に記載の舵角センサは、ス
テアリングシャフトの全回転角度範囲を双方向において
１回転未満の回転角度範囲に変換するギア機構と、前記
ギア機構の出力軸に取り付けられた円盤状ヨークの側面
上に配置され、肉厚方向に磁化された円盤状磁石と、前
記円盤状磁石の一側面上に、それぞれが所定のギャップ
を置いて９０度間隔で固定配置される固定子と、前記固
定子間に形成された４個のギャップのうち隣接する２個
のギャップに設けられ、一方が９０度間隔の領域判定用
として、他方が角度信号取得用としてそれぞれ使用され
る磁気センサと、を具備することを特徴としている。

【００１３】また、請求項３に記載の舵角センサは、ス
テアリングシャフトの全回転角度範囲を左右の双方向に
おいて１回転未満の回転角度範囲に変換するギア機構
と、前記ギア機構の出力軸に取り付けられた円筒状ヨー
クの内周面上に配置され、半径方向に磁化された円環帯
状磁石と、前記円環帯状磁石の内周面に対向し、それぞ
れが所定のギャップを置いて９０度間隔で固定配置され
る固定子と、前記固定子間に形成された４個のギャップ
のうち隣接する２個のギャップに設けられ、一方が９０
度間隔の領域判定用として、他方が角度信号取得用とし
てそれぞれ使用される磁気センサと、を具備することを
特徴としている。

【００１４】本発明によれば、ステアリングシャフトの
回転角度範囲をギア機構により１回転未満の範囲内に変
換し、この１回転角度範囲を４等分する各領域間のギャ
ップのうち隣接する２つのギャップに磁気センサが設け
られる。２つの磁気センサの出力それぞれは、０〜１８
０度の範囲と１８０〜３６０度の範囲では、変化方向が
逆となる直線状変化を示すが、９０度位相が異なるの
で、一方を９０度間隔の領域判定用として使用し、他方
を角度信号取得用として使用する。これにより、９０度
間隔の各領域において、角度情報がアナログ信号の形で
得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による舵角センサ
の実施の形態ヲ示す構成図である。図１に示すように、
ステアリングシャフト１には、減速ギア機構２が取り付
けられている。減速ギア機構２は、ステアリングシャフ
ト１の全回転角度範囲（例えば左右２回転の角度範囲；
±７２０度）を双方向において１回転（３６０度）未満
の回転角度範囲に変換する。

【００１６】この減速ギア機構は、図示例では、ステア
リングシャフト１と一体的に回転する最大半径歯車２ａ
と、最大半径歯車２ａに噛み合って回転する大半径歯車
２ｂと、大半径歯車２ｂの回転軸に取り付けられ、大半
径歯車２ｂと一体的に回転する小半径歯車２ｃと、小半
径歯車２ｃに噛み合って回転する中半径歯車２ｄとで構
成されている。

【００１７】この構成により、出力軸を構成する中半径
歯車２ｄの回転軸が左右１回転未満の角度範囲内で回転
する。この中半径歯車２ｄの回転軸に検出部３が取り付
けられ、検出部３の出力が信号処理回路４に導かれてい
る。

【００１８】検出部３は、図２〜図４に示すように構成
されている。図２は、検出部３の第１構成例である。図
３は、検出部３の第２構成例である。図４は、検出部３
の第３構成例である。

【００１９】図２において、（１）は平面図、（２）は
斜視図である。図２に示すように、中半径歯車２ｄの回
転軸２１には、円環帯状ヨーク２２が固定され、円環帯
状ヨーク２２の外周側面には、円環帯状磁石２３が接着
されている。円環帯状ヨーク２２は、軟鉄などの軟磁性
材料で作られている。円環帯状磁石２３は、半径方向に
磁化されている。

【００２０】４個の固定子２４は、この円環帯状磁石２
３の外周囲に、その外周面に所定の間隔を置いて対向配
置されている。４個の固定子２４は、それぞれ所定のギ
ャップ２５を置いて９０度間隔で固定配置されている。
そして、４個のギャップ２５のうち隣接する２個のギャ
ップ２５には、磁気センサであるホール素子２６、２７
がそれぞれ設けられている。ホール素子２６、２７の出
力端は、信号処理回路４に接続される。

【００２１】次に、図３において、（１）は平面図、
（２）は斜視図である。図３に示すように、中半径歯車
２ｄの回転軸２１には、円盤状ヨーク３２が固定され、
円盤状ヨーク３２の一盤面には、円盤状磁石３３が接着
されている。円盤状ヨーク３２は、軟鉄などの軟磁性材
料で作られている。円盤状磁石３３は、肉厚方向に磁化
されている。

【００２２】４個の固定子３４は、この円盤状磁石２３
の一盤面上に、その盤周面に所定の間隔を置いて対向配
置されている。４個の固定子３４は、それぞれ所定のギ
ャップ２５を置いて９０度間隔で固定配置されている。
そして、４個のギャップ２５のうち隣接する２個のギャ
ップ２５には、磁気センサであるホール素子２６、２７
がそれぞれ設けられている。ホール素子２６、２７の出
力端は、信号処理回路４に接続される。

【００２３】次に、図４において、（１）は平面図、
（２）は斜視図である。図４に示すように、中半径歯車
２ｄの回転軸２１には、円筒状ヨーク４２が固定され、
円筒状ヨーク４２の内周面には、円環帯状磁石４３が接
着されている。円筒状ヨーク４２は、軟鉄などの軟磁性
材料で作られている。円環帯状磁石４３は、半径方向に
磁化されている。

【００２４】４個の固定子４４は、この円環帯状磁石４
３の内部に、その内周面に所定の間隔を置いて対向配置
されている。４個の固定子４４は、それぞれ所定のギャ
ップ２５を置いて９０度間隔で固定配置されている。そ
して、４個のギャップ２５のうち隣接する２個のギャッ
プ２５には、磁気センサであるホール素子２６、２７が
それぞれ設けられている。ホール素子２６、２７の出力
端は、信号処理回路４に接続される。

【００２５】以上の３つの検出部の構成において、円環
帯状磁石２３や円盤状磁石３３、円環帯状磁石４３が回
転すると、回転角度に応じて、あるギャップ２５での磁
束密度が直線的に変化するので、そこに設けたホール素
子２６または２７により回転角度に応じた出力をアナロ
グ的に取り出すことができる。

【００２６】しかし、１つのギャップ２５においては、
例えば、０〜１８０度（deg）までの角度変化で磁束密
度が増加した場合、１８０〜３６０度（deg）の角度範
囲では磁束密度が減少するので、１回転中で２つの角度
に対応した出力が得られてしまう。そのため、隣接する
２個のギャップ２５のそれぞれにホール素子２６、２７
を設け、位相の異なる２つのホール素子２６、２７の出
力によって、３６０度内の１つの角度情報を得るように
している。

【００２７】次に、図５、図６を用いて信号処理回路４
の動作を説明する。これにより、信号処理回路４がどの
ように構成されるかが明らかになる。図５は、２つのホ
ール素子２６、２７の出力特性図である。図６は、２つ
のホール素子出力の用い方の説明図である。

【００２８】図５において、左１回転と右１回転での角
度範囲は、それぞれ９０度間隔で区分されるので、０〜
９０degの角度範囲を領域１、９０〜１８０degの角度範
囲を領域２、１８０〜degの角度範囲を領域３、２７０
〜３６０degの角度範囲を領域４とする。

【００２９】ホール素子２６の出力とホール素子２７の
出力との位相の進遅は、ステアリングシャフト１の回転
方向によって決まる。今、ホール素子２６の出力がホー
ル素子２７の出力よりも位相が進んでいるとする。図５
に示すように、ホール素子２６の出力（イ）は、領域１
に最大値ａを持ち領域３に最小値ｂを持つ三角波信号と
なる。ホール素子２７の出力（ロ）は、領域２に最大値
ｃを持ち領域４に最小値ｄを持つ三角波信号となる。

【００３０】即ち、領域１と２には、最大値ａ、ｃがあ
り、領域３と４には、最小値ｂ、ｄがある。これらは、
ホール素子２６の出力（イ）とホール素子２７の出力
（ロ）により交互に示される。

【００３１】また、領域の境界に注目すると、０deg
（３６０deg）と１８０degでは、共に同方向に増加し、
減少する過程にあり、一方が中間値ＭＶを超えた所定値
ｅを示し、他方が中間値ＭＶを下回る所定値ｆを示して
いる。９０degと２７０degでは、一方が増加する過程に
あると他方が減少する過程にあり、方向が逆になってい
るが、双方の値は等値であって、中間値ＭＶを超えた所
定値ｇまたは中間値ＭＶを下回る所定値ｈを示してい
る。

【００３２】この場合、領域１では、ホール素子２７の
出力（ロ）が、中間値ＭＶを下回る所定値ｆから中間値
ＭＶを超えた所定値ｅまで直線的に増加している。領域
２では、ホール素子２６の出力（イ）が、中間値ＭＶを
超えた所定値ｅから中間値ＭＶを下回る所定値ｆまで直
線的に減少している。領域３では、ホール素子２７の出
力（ロ）が、中間値ＭＶを超えた所定値ｅから中間値Ｍ
Ｖを下回る所定値ｆまで直線的に減少している。また、
領域４では、ホール素子２６の出力（イ）が、中間値Ｍ
Ｖを下回る所定値ｆから中間値ＭＶを超えた所定値ｅま
で直線的に増加している。

【００３３】以上のことから、最大値ａ、ｃまたは最小
値ｂ、ｄを示す方のホール素子出力を角度領域判定用に
用い、他方のホール素子出力からその判定した領域にお
ける角度情報を取得すればよいということが理解でき
る。

【００３４】図５の例で言えば、図６に示すように、領
域１では、ホール素子２６の出力（イ）が領域１の判定
信号となり、ホール素子２７の出力（ロ）が領域１の詳
細角度信号となる。領域２では、ホール素子２７の出力
（ロ）が領域２の判定信号となり、ホール素子２６の出
力（イ）が領域２の詳細角度信号となる。領域３では、
ホール素子２６の出力（イ）が領域３の判定信号とな
り、ホール素子２７の出力（ロ）が領域３の詳細角度信
号となる。また、領域４では、ホール素子２７の出力
（ロ）が領域２の判定信号となり、ホール素子２６の出
力（イ）が領域４の詳細角度信号となる。

【００３５】そして、信号処理回路４では、以上のよう
にして求めた角度値を減速ギア機構２により変換した分
により補正する。例えば、ステアリングシャフト１の回
転量を１／４に減速した場合には、求めた角度値を４倍
する。これにより、信号処理回路４の出力には、舵角全
領域の角度（絶対操舵角度）が得られる。なお、以上説
明した絶対操舵角度を求める動作は、ＩＧキーのオンと
ほぼ同時に実行されることは言うまでもない。

【００３６】なお、本実施の形態では、磁気センサとし
てホール素子を用いたが、その他、例えば抵抗値が変化
する素子も同様に使用することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡素な構成でＩＧキーオン時に瞬時に現在の舵角情報を
検出することができる。また、ステアリングシャフトの
寸法変更に対しては、ギア機構の変更のみで対処でき
る。得られる角度値は、アナログ的に得られるので、要
求される分解能毎の設計変更は不要であり、簡単に対応
できる。したがって、本発明によれば、汎用性の高い舵
角センサが提供できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による舵角センサの実施の形態を示す構
成図である。

【図２】検出部の第１構成例である。（１）は平面図、
（２）は斜視図である。

【図３】検出部の第２構成例である。（１）は平面図、
（２）は斜視図である。

【図４】検出部の第３構成例である。（１）は平面図、
（２）は斜視図である。

【図５】２つのホール素子の出力特性図である。

【図６】２つのホール素子出力の用い方の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ステアリングシャフト ２ 減速ギア機構 ２ａ 最大半径歯車 ２ｂ 大半径歯車 ２ｃ 小半径歯車 ２ｄ 中半径歯車 ３ 検出部 ４ 信号処理回路 ２１ 回転軸 ２２ 円環帯状ヨーク ２３、４３ 円環帯状磁石 ２４、３４，４４ 固定子 ２５ ギャップ ２６、２７ ホール素子 ３２ 円盤状ヨーク ３３ 円盤状磁石 ４２ 円筒状ヨーク （イ） ホール素子２６の出力特性 （ロ） ホール素子２７の出力特性 ＭＶ 中間値 ａ、ｃ 最大値 ｂ、ｄ 最小値 ｅ、ｇ 中間値ＭＶを超えた所定値 ｆ、ｈ 中間値ＭＶを下回る所定値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA36 BA08 BD16 CA40 DA02 DB07 DD03 EA03 GA52 GA61 GA68 LA02 3D030 DC29 3D033 CA29 DB05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングシャフトの全回転角度範囲
   を左右の双方向において１回転未満の回転角度範囲に変
   換するギア機構と、 前記ギア機構の出力軸に円環帯状ヨークを介して取り付
   けられ、半径方向に磁化された円環帯状磁石と、 前記円環帯状磁石の外周囲に、それぞれが所定のギャッ
   プを置いて９０度間隔で固定配置される固定子と、 前記固定子間に形成された４個のギャップのうち隣接す
   る２個のギャップに設けられ、一方が９０度間隔の領域
   判定用として、他方が角度信号取得用としてそれぞれ使
   用される磁気センサと、 を具備することを特徴とする舵角センサ。
2. 【請求項２】 ステアリングシャフトの全回転角度範囲
   を左右の双方向において１回転未満の回転角度範囲に変
   換するギア機構と、 前記ギア機構の出力軸に取り付けられた円盤状ヨークの
   側面上に配置され、肉厚方向に磁化された円盤状磁石
   と、 前記円盤状磁石の一側面上に、それぞれが所定のギャッ
   プを置いて９０度間隔で固定配置される固定子と、 前記固定子間に形成された４個のギャップのうち隣接す
   る２個のギャップに設けられ、一方が９０度間隔の領域
   判定用として、他方が角度信号取得用としてそれぞれ使
   用される磁気センサと、 を具備することを特徴とする舵角センサ。
3. 【請求項３】 ステアリングシャフトの全回転角度範囲
   を左右の双方向において１回転未満の回転角度範囲に変
   換するギア機構と、 前記ギア機構の出力軸に取り付けられた円筒状ヨークの
   内周面上に配置され、半径方向に磁化された円環帯状磁
   石と、 前記円環帯状磁石の内周面に対向し、それぞれが所定の
   ギャップを置いて９０度間隔で固定配置される固定子
   と、 前記固定子間に形成された４個のギャップのうち隣接す
   る２個のギャップに設けられ、一方が９０度間隔の領域
   判定用として、他方が角度信号取得用としてそれぞれ使
   用される磁気センサと、 を具備することを特徴とする舵角センサ。