JP2005037302A

JP2005037302A - 相対舵角センサ

Info

Publication number: JP2005037302A
Application number: JP2003276213A
Authority: JP
Inventors: Setsu Sakabe; 節坂部
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】簡単な構成で中立点検出用のパルス信号の位置、及びパルス幅を設定することができる相対舵角センサを提供する。
【解決手段】ステアリングシャフト１と共に回転する第１のギヤ２と、第１のギヤ２に対して所望の加速比で回転駆動する第２のギヤ３と、第２のギヤ３の回転角度及び回転方向を示すＡ相パルス信号及びＢ相パルス信号と、ステアリングシャフト１の舵角が中立位置となる点を示すＺ相パルス信号を出力する磁気センサ６を備え、Ｚ相パルス信号の位置、及びパルス幅を変更可能としたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両のステアリングシャフトのような回転体の舵角を検出する相対舵角センサに係り、特に、中立点の位置、及び中立点の幅を変更する技術に関する。

従来より用いられている相対舵角センサとして、例えば、特開２０００−１８０１１３号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。図４は、特許文献１に記載された相対舵角センサの構成を示す分解斜視図であり、同図に示すように、この相対舵角センサは、ステアリングシャフト１０１と連動して回転する着磁リング１０２を、カム部材１０３を用いて固定する。着磁リング１０２は、図５に示すように、Ｓ極とＮ極が交互に配置された着磁部１０２ａと、Ｎ極単独の着磁部１０２ｂを有している。そして、図６に示すように、着磁リング１０２と対向する固定側に磁気センサ１０４を設け、該磁気センサ１０４を用いて、着磁部１０２ａによる磁界の変化を検出することにより、ステアリングシャフト１０１の回転角度を検出する。また、着磁部１０２ｂを検出することにより、中立位置（例えば、ステアリングシャフトが直進方向を向いたときの位置）におけるパルス信号を検出することができるので、この位置を中立点とすることにより、ステアリングシャフト１０１の舵角を測定することができる。
特開２０００−１８０１１３号公報

しかしながら、上述した如くの、従来における相対舵角センサでは、中立位置を求めるために、スイッチングホールＩＣ等の磁気センサ１０４、及び着磁部１０２ｂを用いているので、着磁部１０２ｂや磁気センサ１０４の温度特性、バラツキ、及びこれらの組み付け精度やガタにより、中立点にて得られるパルス信号が変動する場合がある。また、中立点検出用の着磁部１０２ｂにより生じた磁界が角度検出特性（着磁部１０２ａ側での検出特性）に影響を与える場合がある。

更には、各種の舵角センサの仕様により、中立点を示すパルス信号のパルス幅を変更する必要があるため、各仕様に応じて、着磁部１０２ｂの大きさを変更する必要があるという問題が生じていた。

この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で中立点検出用のパルス信号の位置、及びパルス幅を設定することができる相対舵角センサを提供することにある。

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、回転体の舵角を検出する相対舵角センサにおいて、前記回転体と共に回転する第１のギヤと、前記第１のギヤに対して所望の加速比で回転駆動する第２のギヤと、前記第２のギヤの回転角度及び回転方向を示す第１のパルス信号及び第２のパルス信号と、前記回転体の舵角が中立位置となる点を示す第３のパルス信号を出力する第２ギヤ角度検出手段と、を備え、前記第３のパルス信号の位置、及びパルス幅を変更可能としたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記第１のパルス信号及び第２のパルス信号の分解能を変更可能であり、当該分解能で決定されるステップの単位で前記中立位置となる点を設定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記第１のパルス信号及び第２のパルス信号の分解能を変更可能であり、当該分解能で決定されるステップの単位で、前記第３のパルス信号のパルス幅を設定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記第２ギヤ角度検出手段は、前記第２のギヤと共に回転する２極着磁の磁石と、この磁石と対向する固定側に設けられた磁気センサを備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記磁気センサは、ホールアレイまたはＡＭＲ（異方性磁気抵抗素子）のいずれかであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、前記回転体はステアリングシャフトであることを特徴とする。

本発明に係る相対舵角センサでは、第１のパルス信号、及び第２のパルス信号にて設定された分解能で分割される角度のうちの、任意の位置の１ステップ分、或いは複数ステップ分を中立点検出用の位置として設定することができるので、回転体の中立点位置を高精度に設定することができる。また、ステップ数を設定することにより、中立点位置とするパルス幅を任意に変更することができるので、各種の仕様に応じたパルス幅を、ソフト的な変更のみにより、設定することができる。

このため、各種の部品を変更することなく、設計変更に対応することができるようになり、部品の共用化、組み付け工数の低減化を図ることができるようになる。

また、磁気センサ６として、ホールアレイ、或いはＡＭＲを用いることにより、磁気センサ及び磁石のバラツキや温度特性、或いは、磁気センサと磁石の相対位置に起因するＺ相パルスの位置ズレ、幅の変動を防止することができる。

更に、回転体を、車両に搭載されるステアリングシャフトとし、該ステアリングシャフトの舵角検出に用いることにより、ステアリング舵角を高精度に求めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る相対舵角センサの構成を示す説明図である。同図に示すように、該相対舵角センサ５０は、車両に搭載されるステアリングシャフト（回転体）１の舵角を測定するものであり、収納ケース４内に取り付けられステアリングシャフト１と同軸的に取り付けられる第１のギヤ２と、この第１のギヤ２と噛合する第２のギヤ３と、第２のギヤ３の中央部に取り付けられた２極着磁の磁石５を有している。本実施形態では、第１のギヤ２の歯数を「１３５」とし、第２のギヤ３の歯数を「４８」としている。従って、その加速比は、１３５／４８＝２．８１２５である。

また、図２に示すように、磁石５と対向する固定側には、磁石５により発生する磁界の方向を検出するための磁気センサ（第２ギヤ角度検出手段）６が設けられている。磁気センサ６としては、ホールアレイ、或いはＡＭＲ（異方性磁気抵抗素子）を用いることができ、これらを用いることにより、検出精度を向上させることができる。

そして、磁気センサ６には、所定の分解能が設定され、この分解能で第２のギヤ３の回転角度を測定する。例えば、分解能が６ビット（６４）に設定されている場合には、第２のギヤ３の１回転（３６０°）を６４分割で測定することができるので、その分解能は、「５．６２５°」となる。

従って、磁気センサ６は、第２のギヤ３が１回転すると、図３に示すように、６４段階（２進数で「００００００」〜「１１１１１１」）の信号を出力する。このときの１目盛りは、５．６２５°となる。

そして、磁気センサ６は、第２のギヤ３の回転に伴い、同図（ａ）に示す如くのＡ相信号（第１のパルス信号）、及び同図（ｂ）に示す如くのＡ相とは１／４波長位相がずれたＢ相信号（第２のパルス信号）を出力する。これにより、上位システム（図示省略）では、これらのＡ相信号、及びＢ相信号により、第２のギヤ３の回転角度、及びその回転方向（時計回りＣＷ、或いは反時計回りＣＣＷ）を検出することができる。

更に、６４分割された信号のうちの１つ、または複数を、中立点検出用の信号として設定することができる。つまり、図３（ｃ）に示すＺ相を設定することができる。図３に示す例では、２進数で「０００１０１」のデジタル信号が、中立点となるように設定されている。

また、中立点を複数とすることにより、中立点として設定する角度範囲の幅を任意に設定することができる。例えば、上述した２進数の「０００１０１」に対し、その左右の信号「０００１００」、「０００１１０」を設定し、左右の信号を含む３つの信号で示される角度（即ち、５．６２５°×３＝１６．８７５°）の範囲を中立位置として設定することができる。

また、上述の例では、磁気センサ６の分解能が６ビットであり、第２のギヤ３の第１のギヤ２に対する加速比が２．８１２５である例について説明したが、分解能、及び加速比を適宜変更することにより、以下の表１，表２，表３に示すように、ステアリングシャフト１の分解能を設定することができる。

ここで、磁気センサ６の分解能と、ギヤの加速比との関係は、適宜設定することができるが、上記の表１〜表３に示したように、（磁気センサ６の分解能）／（加速比）の値が、割り切れること、即ち、有限小数となることが望ましい。このように設定すれば、端数（割り切れないことにより切り捨てる値）が生じないので、ステアリングシャフト１の舵角検出時の分解能を、高精度に設定することができる。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る相対舵角センサ５０の、Ｚ相の設定手順について説明する。図１に示した相対舵角センサ５０を、スパイラルケーブル、或いはステアリングシャフト１に対して組み付けた後、第１のギヤ２が有するリブ１１の位置に留意し、スパイラルケーブル或いはステアリングシャフト１が中立となる位置（舵角が０°の位置）となるまで、第１のギヤ２を回転移動させる。

次いで、この位置において、Ｚ相のパルス信号が出力されるように、磁気センサ６をプログラムする。更に、Ｚ相のパルス幅を設定する。つまり、図３（ｃ）に示したＺ相のパルス信号の位置を、磁気センサ６のデジタル信号値に対応するように設定し、更に、その幅を設定する。

そして、このように設定された相対舵角センサ５０より出力される三相のパルス信号（Ａ相、Ｂ相、Ｚ相）に基づいて、上位システムによりステアリングシャフト１の舵角が求められる。

即ち、本実施形態に係る舵角センサの出力信号を受ける上位システムでは、ステアリングシャフト１の舵角を検出する際に、車両が一定速度（例えば、２０ｋｍ／ｈ）以上となったことが検出された状態で、磁気センサ６よりＺ相のパルス信号が一定時間以上出力された場合に、この位置が中立位置（舵角が０°の位置）として認識し、その後、磁気センサ６より出力されるＡ相、及びＢ相（図３参照）のパルス信号に基づいて、ステアリングシャフト１の舵角を測定する。

なお、ステアリングシャフト１が中立位置であることを認識するための条件として、上記では、車両が一定速度以上であることを用いたが、例えば、所定の時間内でＡ相パルス信号、Ｂ相パルス信号の変化が小さい場合に、ステアリングシャフト１が中立位置であるように設定する等、他の手法を用いることも可能である。

このようにして、本実施形態に係る相対舵角センサ５０では、第２のギヤ３の分解能（Ａ相、Ｂ相のパルス信号の分解能）により設定される１ステップ分（この例では、５．６２５°）を選択して中立位置を設定することができるので、極めて簡単な方法で中立点を設定することができる。

また、中立点として設定するステップ数を１または複数とすることにより、Ｚ相のパルス幅を広くしたり、或いは狭くすることができるので、各種の仕様に応じた、Ｚ相パルス幅を容易に設定することができる。

従って、Ｚ相検出用に、別途磁石（図５に示した着磁１０２ｂ）を設ける必要がないので、Ｚ相検出用の磁石の組み付け誤差、或いはガタに起因する検出精度に低下を防止することができる。更には、Ｚ相検出用の磁石が不要となることにより、部品点数を削減することができると共に、この磁石がＡ相、Ｂ相の検出に影響を与えることを防止することができ、舵角の検出精度を著しく向上させることができるようになる。

また、中立点幅の仕様が異なる場合には、従来のように、磁石形状を変更するといった煩わしい作業が不要となり、製作時の作業工数を著しく低減することができる。

以上、本発明の相対舵角センサを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。例えば、上述した実施形態では、回転体として車両に搭載されるステアリングシャフト１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の回転体についても適用することができるものである。

本発明の一実施形態に係る相対舵角センサの構成を示す説明図である。第２のギヤに取り付けられる磁石と、磁気センサの配置関係を示す説明図である。第２のギヤの１回転を６ビットの分解能で検出する際に出力されるデジタル信号を示す説明図であり、（ａ）はＡ相パルス、（ｂ）はＢ相パルス、（ｃ）はＺ相パルスを示す。従来における相対舵角センサの分解斜視図である。従来における相対舵角センサに用いられる着磁リングの構成を示す説明図である。従来における舵角センサに用いられる磁気センサの構成を示す説明図である。

符号の説明

１ステアリングシャフト（回転体）
２第１のギヤ
３第２のギヤ
４収納ケース
５磁石
６磁気センサ（第２ギヤ角度検出手段）
１１リブ
５０相対舵角センサ
１０１ステアリングシャフト
１０２着磁リング
１０３カム部材
１０４磁気センサ

Claims

回転体の舵角を検出する相対舵角センサにおいて、
前記回転体と共に回転する第１のギヤと、
前記第１のギヤに対して所望の加速比で回転駆動する第２のギヤと、
前記第２のギヤの回転角度及び回転方向を示す第１のパルス信号及び第２のパルス信号と、前記回転体の舵角が中立位置となる点を示す第３のパルス信号を出力する第２ギヤ角度検出手段と、を備え、
前記第３のパルス信号の位置、及びパルス幅を変更可能としたことを特徴とする相対舵角センサ。
前記第１のパルス信号及び第２のパルス信号の分解能を変更可能であり、当該分解能で決定されるステップの単位で前記中立位置となる点を設定することを特徴とする請求項１に記載の相対舵角センサ。
前記第１のパルス信号及び第２のパルス信号の分解能を変更可能であり、当該分解能で決定されるステップの単位で、前記第３のパルス信号のパルス幅を設定することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の相対舵角センサ。
前記第２ギヤ角度検出手段は、前記第２のギヤと共に回転する２極着磁の磁石と、この磁石と対向する固定側に設けられた磁気センサを備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の相対舵角センサ。
前記磁気センサは、ホールアレイまたはＡＭＲ（異方性磁気抵抗素子）のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の相対舵角センサ。
前記回転体はステアリングシャフトであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の相対舵角センサ。