JP2002303507A - 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精度良
く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１／２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に半径方向に磁化された円環
状磁石２２が取り付けられ、この円環状磁石の外周囲に
は固定子２３が所定のギャップ２４を置いて９０度間隔
で固定配置されている。隣接する２つのギャップには磁
気センサ２５，２６が設けられている。１／２回転未満
の回転角度範囲を２等分割する２つの角度領域において
２つの磁気センサを交互に一方を角度領域判定用、他方
を角度信号取得用として使用する。角度の取得では出力
調節を行って角度領域の切替点で検出角度に不連続がな
いようにする。

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左右の双方向において１／２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、半径方向に磁化された円
環状磁石と、前記円環状磁石の外周囲に、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個のギャップにそれぞれ設けられる２個の磁
気センサと、前記２個の磁気センサを交互に一方を前記
１／２回転未満の回転角度範囲を２等分割した２つの角
度領域の領域判定用として、他方を角度信号取得用とし
て使用する際に、前記２つの角度領域の境界線に対し一
方の磁気センサの上り勾配出力特性と他方の磁気センサ
の下り勾配出力特性とが左右対称となるように調整し、
前記角度信号取得用となった磁気センサの前記調整した
上り勾配または下り勾配の出力特性と角度との換算式か
ら角度を求める手段とを具備することを特徴とする。

【００１２】請求項１に記載の本発明によれば、磁気セ
ンサとして２個用いるが、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１／２回転未満の範囲内に変
換し、その１／２回転角度範囲を２等分割した２つの角
度領域での角度検出が出力調節した状態で行えるので、
組み付け誤差の影響を少なくすることができ、また角度
領域との切替点での検出角度に不連続が生ずるのを防止
でき、正確な角度信号を得ることができる。

【００１３】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左右の双方向において
１／２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、半径方向に磁化
された円環状磁石と、前記円環状磁石の外周囲に、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
プのうちの３個のギャップにそれぞれ設けられる３個の
磁気センサと、前記３個の磁気センサのうち、中央に位
置する磁気センサを第１磁気センサ、その左右に位置す
る磁気センサを第２磁気センサ，第３磁気センサとすれ
ば、前記１／２回転未満の回転角度範囲を３等分割した
３つの角度領域における中央の角度領域の判定を前記第
２磁気センサ及び第３磁気センサを用いて行い、前記中
央の角度領域の左右の角度領域の判定を前記第１磁気セ
ンサを用いて行うようにし、前記中央の角度領域での角
度を前記第１磁気センサの出力から求め、前記中央の角
度領域の左右の角度領域での角度を前記第２磁気センサ
と第３磁気センサの対応する出力から求める場合に、前
記３つの角度領域における前記３個の磁気センサの上り
勾配出力特性と下り勾配出力特性の一方の同方向勾配出
力特性が互いにほぼ平行移動した関係となるように調整
し、その調整した同方向勾配出力特性と角度との換算式
から角度を求める手段とを具備することを特徴とする。

【００１４】請求項２に記載の本発明によれば、磁気セ
ンサとして３個用いるが、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１／２回転未満の範囲内に変
換し、その１／２回転角度範囲を３等分割した３つの角
度領域での角度検出が出力調節した状態で行えるので、
組み付け誤差の影響を少なくすることができ、また角度
領域との切替点での検出角度に不連続が生ずるのを防止
でき、正確な角度信号を得ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施の形態による舵角
センサの構成図である。

【００１７】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１／２回転（１８０度）未満の回転角度範囲に
変換する。

【００１８】この減速ギア機構２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２
ａ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。

【００１９】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１／２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。

【００２０】検出部３は、例えば図２または図３に示す
ように構成されている。

【００２１】図２において、中半径歯車２ｄの回転軸２
１には、円環状磁石２２が接着されている。円環状磁石
２２は、半径方向に磁化されている。４個の固定子２３
は、この円環状磁石２２の外周囲に、それぞれ所定のギ
ャップ２４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２４のうち隣接する２つのギャ
ップ２４には、それぞれ、磁気センサであるホール素子
２５，２６が設けられている。２個のホール素子２５，
２６の出力端は、信号処理回路４に接続される。

【００２２】また、図３に示す検出部では、４個のギャ
ップ２４のうちの３つのギャップ２４には、それぞれ、
磁気センサであるホール素子３５，３６，３７が設けら
れている。３個のホール素子３５，３６，３７の出力端
は、信号処理回路４に接続される。

【００２３】次に、本実施の形態の動作を説明する。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。ここで、理解を容易にするため、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１回転
（３６０度）未満の回転角度範囲に変換するものとす
る。そして、検出部３は、図２に示す構成であるとす
る。但し、ここでは、２つのホール素子の一方をホール
素子Ａ、他方をホール素子Ｂとする。

【００２４】図４は、減速ギア機構が全周１回転の角度
範囲に変換する場合における２つのホール素子の出力特
性図である。図５は、減速ギア機構が全周１回転の角度
範囲に変換する場合における２つのホール素子出力の用
い方の説明図である。

【００２５】以上の構成において、円環状磁石２２が回
転すると、回転角度に応じて、あるギャップ２４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２４においては、
例えば図４に示すように、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。

【００２７】そのため、図５に示すように、隣接する２
個のギャップ２４に設けた位相の異なる２つのホール素
子の出力によって、３６０度内の１つの角度情報を得る
ようにしている。

【００２８】以下、具体的に説明する。なお、“度”
は、“deg”と表記する。

【００２９】図４において、全周１回転での角度範囲
は、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、
１８０〜２７０degの角度範囲を領域３、２７０〜３６
０degの角度範囲を領域４とする。

【００３０】ホール素子Ａの出力特性（イ）とホール素
子Ｂの出力特性（ロ）は、９０degずつ位相がずれたも
のとなっている。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。、図４では、ホール素子
Ａの出力特性（イ）がホール素子Ｂの出力特性（ロ）よ
りも位相が進んでいるとしている。

【００３１】図４の例では、ホール素子Ａの出力特性
（イ）は、領域２に最大値ａを持ち領域４に最小値ｂを
持つ三角波信号となる。ホール素子Ｂの出力特性（ロ）
は、領域１に最小値ｃを持ち領域３に最大値ｄを持つ三
角波信号となっている。

【００３２】即ち、領域２と３には、最大値ａ、ｄがあ
り、領域１と４には、最小値ｃ、ｂがある。これらは、
ホール素子Ａの出力特性（イ）とホール素子Ｂの出力特
性（ロ）により交互に示される。

【００３３】また、領域の境界に注目すると、０deg
（３６０deg）と１８０deg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を下回る所
定値ｅまたは中間値ＭＶを超えた所定値ｆを示してい
る。

【００３４】９０degと２７０deg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ｇを示し、他方が中間値ＭＶを下回る所定値ｈを
示している。

【００３５】この場合、領域１では、ホール素子Ａの出
力特性（イ）が、中間値ＭＶを下回る所定値ｅから中間
値ＭＶを超えた所定値ｇまで直線的に増加している。領
域２では、ホール素子Ｂの出力特性（ロ）が、中間値Ｍ
Ｖを下回る所定値ｈから中間値ＭＶを超えた所定値ｆま
で直線的に増加している。

【００３６】領域３では、ホール素子Ａの出力特性
（イ）が、中間値ＭＶを超えた所定値ｆから中間値ＭＶ
を下回る所定値ｈまで直線的に減少している。また、領
域４では、ホール素子Ｂ出力特性（ロ）が、中間値ＭＶ
を超えた所定値ｇから中間値ＭＶを下回る所定値ｅまで
直線的に減少している。

【００３７】以上のことから、最大値ａ、ｄまたは最小
値ｃ、ｂ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。

【００３８】図４の例で言えば、図５に示すように、領
域１では、ホール素子Ｂの出力特性（ロ）が領域１の判
定信号となり、ホール素子Ａの出力特性（イ）が領域１
の詳細角度信号となる。領域２では、ホール素子Ａの出
力特性（イ）が領域２の判定信号となり、ホール素子Ｂ
の出力特性（ロ）が領域２の詳細角度信号となる。

【００３９】領域３では、ホール素子Ｂの出力特性
（ロ）が領域３の判定信号となり、ホール素子Ａの出力
特性（イ）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Ａの出力特性（イ）が領域４の判定
信号となり、ホール素子Ｂの出力特性（ロ）が領域４の
詳細角度信号となる。

【００４０】次に、具体的な角度の算出方法を説明す
る。ここで、円環状磁石２２が均等に着磁できていて、
ホール素子などの各部品の組み付け誤差がなければ、固
定子２３間のギャップ２４における磁界発生状態が理想
的となる。この場合には、それぞれのホール素子の出力
特性は、上り勾配と下り勾配の切り替わり点（上記最大
値、最小値）を基準に対称となり、中間値ＭＶを超えた
所定値ｇ、ｆはほぼ等値となり、また中間値ＭＶを下回
る所定値ｅ、ｈもはほぼ等値となる。

【００４１】この状態であれば、例えば、０〜９０deg
に用いるホール素子出力・角度換算式を、 角度＝（９０／０〜９０deg範囲でのホール素子の出力
フルスケール）×（実際のホール素子出力−０degのと
きのホール素子出力） とすると、１８０〜２７０degでは、 角度＝（９０／１８０〜２７０deg範囲でのホール素子
の出力フルスケール）×（１８０degのときのホール素
子出力−実際のホール素子出力）＋１８０ と求められる。

【００４２】そして、ホール素子が、固定子２３間のギ
ャップ２４に発生する磁界強度に対して出力がある程度
任意に設定して感度調節ができ、かつこの操作が実際に
ギャップ２４に装着した状態で可能であれば、実際にギ
ャップ２４に装着した状態でホール素子の感度調節（キ
ャリブレーション）が行える。

【００４３】このキャリブレーションは、中間値ＭＶを
超えた所定値ｇ、ｆを結ぶラインをキャリブレーション
ｈｉｇｈとし、中間値ＭＶを下回る所定値ｅ、ｈを結ぶ
ラインをキャリブレーションｌｏｗとし、この間で増加
・減少する信号が対称となるように調節する。図６に一
例を示してある。

【００４４】図６では、キャリブレーションｈｉｇｈの
レベル値をＶｈ、キャリブレーションｌｏｗのレベル値
をＶｌ、中間値ＭＶをＶｏｑとして示してある。また、
ホール素子の出力は、Ｖｈを超えた所定値（Clump Hig
h）でクランプされ、Ｖｌ以下の所定値（Clump Low）で
クランプされるようになっている。

【００４５】また、キャリブレーションポイント６１
は、各角度領域において、上り勾配特性及び下り勾配特
性とＶｈ、Ｖｌとの交点である。それらは、上記所定値
ｇ、ｆ、ｅ、ｈの位置である。１８０degでは、ホール
素子Ａの出力特性（イ）とホール素子Ｂの出力特性
（ロ）の双方についてキャリブレーションｈｉｇｈのレ
ベル値Ｖｈでキャリブレーションされる。

【００４６】上述したように対称性のあるホール素子出
力が得られる場合には、各角度範囲でのホール素子出力
範囲は、同じとなるので、換算式は、図６に示す記号を
用いると、０〜９０degの範囲では、 角度＝９０／｛（Ｖｈ−Ｖｌ）×（Ｖｏｕｔ−Ｖｌ）｝ となり、１８０〜２７０degの範囲では、 角度＝９０／｛（Ｖｈ−Ｖｌ）×（Ｖｏｕｔ−Ｖｌ）｝
＋１８０ となる。

【００４７】このように、固定子２３間のギャップ２４
における磁界発生状態が理想的であれば、各ホール素子
にかかる磁界が対称となるので、簡単な処理により、角
度を算出することができる。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。

【００４８】しかし、実際には、円環状磁石２２の着磁
が不均一であったり、ホール素子などの部品の組み付け
誤差などがあるので、ホール素子にかかる磁界の変化は
対称とはならない場合が殆どである。

【００４９】したがって、ホール素子のキャリブレーシ
ョン（磁界強度に対するホール素子の出力の設定）は、
出力特性の上り勾配か下り勾配かの一方しか設定できな
いので、ホール素子は２つであるので、キャリブレーシ
ョンに用いなかった角度領域が存在する。そのキャリブ
レーションに用いなかった角度領域では、非対称性に応
じた出力誤差が出てしまうのが実状である。

【００５０】図７は、測定結果を示す図である。図７に
おいて、ホール素子Ａの出力特性（イ）については、０
〜９０degでの上り勾配についてキャリブレーションポ
イントｌｏｗとキャリブレーションポイントｈｉｇｈに
てキャリブレーションを行い、１８０〜２７０degの下
り勾配ではキャリブレーションしないことが示されてい
る。

【００５１】また、ホール素子Ｂの出力特性（ロ）につ
いては、９０〜１８０degでの上り勾配についてキャリ
ブレーションポイントｌｏｗとキャリブレーションポイ
ントｈｉｇｈにてキャリブレーションを行い、２７０〜
３６０degの下り勾配ではキャリブレーションしないこ
とが示されている。

【００５２】図７に示すように、ホール素子Ｂの出力特
性（ロ）において、キャリブレーションしていない２７
０〜３６０degの角度範囲では、２７０degにおいて誤差
ΔＶが生じた。

【００５３】このように、２つのホール素子で３６０度
の範囲で角度を検出する場合には、キャリブレーション
に用いなかった角度領域が存在するので、角度領域の切
り替わり点において、角度の飛びが生じてしまうことが
ある。

【００５４】そこで、本実施の形態では、このような角
度領域の切り替わり点における角度の飛びを無くし、出
力特性の非対称性の影響を無くすために、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１／２回転（１８０度）未満の回転角度範囲に変換す
るものとしている。

【００５５】このようにすれば、図２に示すように２つ
のホール素子によっても、キャリブレーションに用いな
かった角度領域が存在しないようにすることができるの
で、角度の飛びを無くすことができ（図８参照）、更
に、図３に示すように、３つのホール素子を用いた構成
も可能となる（図９参照）。

【００５６】図８は、減速ギア機構が左右１／２回転未
満の角度範囲に変換する場合における２つのホール素子
の出力特性図及びキャリブレーションによる角度算出の
説明図である。図８では、３６０degの範囲を操舵の左
右回転をイメージし易くするために−１８０〜＋１８０
degで表している。

【００５７】本実施の形態では、減速ギア機構２は、減
速比が“６”のものを用いている。即ち、ステアリング
シャフト１の全回転角度範囲である±７２０degが±１
２０degの範囲に減速されるとしている。

【００５８】ホール素子２５の出力特性（ハ）とホール
素子２６の出力特性（ニ）は、９０degずつ位相がずれ
たものとなっている。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が、図８では、ホール
素子２５の出力特性（ハ）がホール素子２６の出力特性
（ニ）よりも位相が進んでいるとしている。

【００５９】ホール素子２５の出力特性（ハ）は、−１
２０〜０degの角度領域において最大値を示し、０〜＋
１２０degの角度領域において下り勾配特性８１を示し
ている。また、ホール素子２６の出力特性（ニ）は、−
１２０〜０degの角度領域において上り勾配特性８２を
示し、０〜＋１２０degの角度領域において最大値を示
している。

【００６０】したがって、前述した説明から理解できる
ように、角度領域の判定信号と詳細角度信号は、次のよ
うに定められる。

【００６１】−１２０〜０degの角度領域では、判定信
号にホール素子２５の出力特性（ハ）を用い、詳細角度
信号にホール素子２６の出力特性（ニ）における上り勾
配特性８２をキャリブレーションしたものを用いること
ができる。

【００６２】また、０〜＋１２０degの角度領域では、
判定信号にホール素子２６の出力特性（ニ）を用い、詳
細角度信号にホール素子２５の出力特性（ハ）における
下り勾配特性８１をキャリブレーションしたものを用い
ることができる。

【００６３】このキャリブレーションは次のようにして
行う。即ち、−１２０〜０degの角度領域では、ホール
素子２６の出力特性（ニ）における上り勾配特性８２の
下端を−１２０degとキャリブレーションｌｏｗのレベ
ル値Ｖｌとの交点（上記したキャリブレーションポイン
トである、以下同じ）８３に一致させ、上端を０degと
キャリブレーションｈｉｇｈのレベル値Ｖｈとの交点８
４に一致させる。

【００６４】また、０〜＋１２０degの角度領域では、
ホール素子２５の出力特性（ハ）における下り勾配特性
８１の上端を０degとキャリブレーションｈｉｇｈのレ
ベル値Ｖｈとの交点８４に一致させ、下端を＋１２０de
gとキャリブレーションｌｏｗのレベル値Ｖｌとの交点
８５に一致させる。

【００６５】このようにキャリブレーションしたホール
素子２６の出力特性（ニ）における上り勾配特性８２と
ホール素子２５の出力特性（ハ）における下り勾配特性
８１とは、０degを中心に左右対称になっている。その
ような上り勾配特性８２と下り勾配特性８１とを利用し
て−１２０〜＋１２０degの全範囲の角度を算出するの
である。

【００６６】これによれば、−１２０〜＋１２０degの
全範囲がキャリブレーションされた出力により角度計算
がなされるので、ホール素子の出力が非対称であっても
角度計算には影響を受けなくなる。また、組付け状態な
どによって各ホール素子ごとに角度に対する磁界変化が
同様でない場合があっても、全ての角度領域それぞれの
ホール素子の出力はキャリブレーションによって感度調
整されているため、正確な角度信号が得られる。

【００６７】このとき、減速比とホール素子２５，２６
が検出する角度範囲との関係は、減速比がどれだけ大き
くできるかと、ホール素子２５，２６の出力特性におけ
るリニアリティがどれだけ得られるかによって変えるこ
とができる。例えば、減速比を大きくすれば、ホール素
子２５，２６で検出する角度領域は小さくすることがで
きる。

【００６８】次に、図９は、減速ギア機構が左右１／２
回転未満の角度範囲に変換する場合における３つのホー
ル素子の出力特性図及びキャリブレーションによる角度
算出の説明図である。図９では、３６０degの範囲を操
舵の左右回転をイメージし易くするために−１８０〜＋
１８０degで表している。

【００６９】本実施の形態では、減速ギア機構２は、減
速比が“５”のものを用いている。即ち、ステアリング
シャフト１の全回転角度範囲である±７２０degが±１
４４degの範囲に減速されるとしている。

【００７０】ホール素子３５の出力特性（ホ）とホール
素子３６の出力特性（ヘ）とホール素子３７の出力特性
（ト）とは、９０degずつ位相がずれたものとなってい
る。位相の進遅は、ステアリングシャフト１の回転方向
によって決まるが、図９では、この順序で位相が遅れて
いるとしている。

【００７１】ホール素子３５の出力特性（ホ）は、−１
４４〜−４５degの角度領域において上り勾配特性９１
を示し、−４５〜＋４５degの角度領域において正の最
大値を示し、＋４５〜＋１４４の角度領域において下り
勾配特性を示している。

【００７２】ホール素子３６の出力特性（ヘ）は、−１
４４〜−４５degの角度領域において負の最大値を示
し、−４５〜＋４５の角度領域において上り勾配特性９
２を示し、＋４５〜＋１４４degの角度領域において正
の最大値を示している。

【００７３】また、ホール素子３７の出力特性（ト）
は、−１４４〜−４５degの角度領域において下り勾配
特性を示し、−４５〜＋４５の角度領域において負の最
大値を示し、＋４５〜＋１４４degの角度領域において
上り勾配特性９３を示している。

【００７４】したがって、前述した説明から理解できる
ように、角度領域の判定信号と詳細角度信号は、次のよ
うに定められる。

【００７５】−１４４〜−４５degの角度領域の判定信
号には、ホール素子３６の出力特性（ヘ）を用い、−４
５〜＋４５degの角度領域の判定信号には、ホール素子
３５の出力特性（ホ）とホール素子３７の出力特性
（ト）とを用い、＋４５〜＋１４４degの角度領域の判
定信号には、ホール素子３６の出力特性（ヘ）を用いる
ことができる。

【００７６】また、−１４４〜−４５degの角度領域の
詳細角度信号には、ホール素子３５の出力特性（ホ）に
おける上り勾配特性９１をキャリブレーションしたもの
を用い、−４５〜＋４５degの角度領域の詳細角度信号
には、ホール素子３６の出力特性（ヘ）における上り勾
配特性９２をキャリブレーションしたものを用い、＋４
５〜＋１４４degの角度領域の詳細角度信号には、ホー
ル素子３７の出力特性（ト）における上り勾配特性９３
をキャリブレーションしたものを用いることができる。

【００７７】このキャリブレーションは次のようにして
行う。即ち、中央にあるホール素子３６の出力特性
（ヘ）における上り勾配特性９２の中心位置を０degに
設定し、その上り勾配特性９２の下端を−４５degとキ
ャリブレーションｌｏｗのレベル値Ｖｌとの交点９４に
一致させ、上端を＋４５degとキャリブレーションｈｉ
ｇｈのレベル値Ｖｈとの交点９５に一致させる。

【００７８】そして、−１４４〜−４５degの角度領域
では、ホール素子３５の出力特性（ホ）における上り勾
配特性９１の下端を−１４４degとキャリブレーション
ｌｏｗのレベル値Ｖｌ２との交点９６に一致させ、上端
を−４５degとキャリブレーションｈｉｇｈのレベル値
Ｖｈとの交点９７に一致させる。

【００７９】また、＋４５〜＋１４４degの角度領域で
は、ホール素子３７の出力特性（ト）における上り勾配
特性９３の下端を＋４５degとキャリブレーションｌｏ
ｗのレベル値Ｖｌとの交点９８に一致させ、上端を＋１
４４degとキャリブレーションｈｉｇｈのレベル値Ｖｈ
２との交点９９に一致させる。

【００８０】このようにキャリブレーションしたホール
素子３５の出力特性（ホ）における上り勾配特性９１と
ホール素子３６の出力特性（ヘ）における上り勾配特性
９２とホール素子３７の出力特性（ト）における上り勾
配特性９３とは、互いに平行移動した関係になってい
る。そのような上り勾配特性９１，９２，９３を利用し
て−１４４〜＋１４４degの全範囲の角度を算出するの
である。

【００８１】これによれば、−１４４〜＋１４４degの
全範囲がキャリブレーションされた出力により角度計算
がなされるので、ホール素子の出力が非対称であっても
角度計算には影響を受けなくなる。また、組付け状態な
どによって各ホール素子ごとに、角度に対する磁界変化
が同様でない場合があっても、全ての角度領域それぞれ
のホール素子の出力はキャリブレーションによって感度
調整されているため、正確な角度信号が得られる。

【００８２】このとき、減速比とホール素子３５，３
６，３７が検出する角度範囲との関係は、減速比がどれ
だけ大きくできるかと、ホール素子３５，３６，３７の
出力特性におけるリニアリティがどれだけ得られるかに
よって変えることができる。例えば、減速比を大きくす
れば、ホール素子３５，３６，３７で検出する角度領域
は小さくすることできる。

【００８３】なお、３つのホール素子を用いる場合に、
上り勾配特性を用いて説明したが、下り勾配特性を用い
ることでもよい。

【００８４】また、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。

【００８５】

【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
少ない誤差で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、組み付け誤差などに
起因する測定誤差の少ないアナログ値として得られるの
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、しかも測定誤差の少な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】本発明の一実施の形態による舵角センサの構成
図である。

【図２】２つのホール素子を用いた検出部の構成例であ
る。

【図３】３つのホール素子を用いた検出部の構成例であ
る。

【図４】減速ギア機構が全領域で１回転角度範囲に変換
する場合における２つのホール素子の出力特性図であ
る。

【図５】減速ギア機構が全領域で１回転の角度範囲に変
換する場合における２つのホール素子出力の用い方の説
明図である。

【図６】キャリブレーションによる角度算出の説明図で
ある。

【図７】キャリブレーションできないホール素子の出力
に誤差が生ずることを説明する図（測定結果）である。

【図８】減速ギア機構が左右１／２回転未満の角度範囲
に変換する場合における２つのホール素子の出力特性図
及びキャリブレーションによる角度算出の説明図であ
る。

【図９】減速ギア機構が左右１／２回転未満の角度範囲
に変換する場合における３つのホール素子の出力特性図
及びキャリブレーションによる角度算出の説明図であ
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 円環状磁石 ２３ 固定子 ２４ ギャップ ２５，２６，３５，３６，３７ ホール素子 （ハ） ホール素子２５の出力特性 （ニ） ホール素子２６の出力特性 （ホ） ホール素子３５の出力特性 （ヘ） ホール素子３６の出力特性 （ト） ホール素子３７の出力特性 Ｖｈ，Ｖｈ２ キャリブレーションｈｉｇｈのレベル値 Ｖｌ，Ｖｌ２ キャリブレーションｌｏｗのレベル値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA36 BA08 BC04 CA14 CA34 DB01 DB07 DC03 DD03 DD04 GA43 GA52 GA58 2F077 AA36 AA37 AA49 DD05 JJ01 JJ08 JJ23 QQ05 TT06 TT21 TT52 3D030 DC29 3D033 CA29

Claims (2)

【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１／２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、半径方向に磁化
   された円環状磁石と、 前記円環状磁石の外周囲に、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個のギャップにそれぞれ設けられる２個の磁気セン
   サと、 前記２個の磁気センサを交互に一方を前記１／２回転未
   満の回転角度範囲を２等分割した２つの角度領域の領域
   判定用として、他方を角度信号取得用として使用する際
   に、前記２つの角度領域の境界線に対し一方の磁気セン
   サの上り勾配出力特性と他方の磁気センサの下り勾配出
   力特性とが左右対称となるように調整し、前記角度信号
   取得用となった磁気センサの前記調整した上り勾配また
   は下り勾配の出力特性と角度との換算式から角度を求め
   る手段と、 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１／２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、半径方向に磁化
   された円環状磁石と、 前記円環状磁石の外周囲に、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の３個
   のギャップにそれぞれ設けられる３個の磁気センサと、 前記３個の磁気センサのうち、中央に位置する磁気セン
   サを第１磁気センサ、その左右に位置する磁気センサを
   第２磁気センサ，第３磁気センサとすれば、前記１／２
   回転未満の回転角度範囲を３等分割した３つの角度領域
   における中央の角度領域の判定を前記第２磁気センサ及
   び第３磁気センサを用いて行い、前記中央の角度領域の
   左右の角度領域の判定を前記第１磁気センサを用いて行
   うようにし、前記中央の角度領域での角度を前記第１磁
   気センサの出力から求め、前記中央の角度領域の左右の
   角度領域での角度を前記第２磁気センサと第３磁気セン
   サの対応する出力から求める場合に、前記３つの角度領
   域における前記３個の磁気センサの上り勾配出力特性と
   下り勾配出力特性の一方の同方向勾配出力特性が互いに
   ほぼ平行移動した関係となるように調整し、その調整し
   た同方向勾配出力特性と角度との換算式から角度を求め
   る手段と、 を具備することを特徴とする舵角センサ。