JP2017087750A

JP2017087750A - ストロークセンサ

Info

Publication number: JP2017087750A
Application number: JP2015215463A
Authority: JP
Inventors: 神川　晃幸; Akiyuki Kamikawa; 晃幸神川; 裕二稲垣; Yuji Inagaki
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2017-05-25

Abstract

【課題】ブレーキ踏み出し時の応答性に優れたストロークセンサを提供する。【解決手段】回転軸１２を中心にして回転駆動されるマグネット１０と、マグネット１０に対向して配置され、マグネット１０による磁界の変化を検出する磁気検出部２０と、磁気検出部２０で検出された磁界の変化により回転軸の回転角に対応する出力値を算出する出力演算部３０と、出力値において、回転角の立ち上がり部分の出力特性（出力値／回転角）を大きくする補正処理を行なう補正処理部４０と、を有して構成する。【選択図】図１

Description

ストロークセンサに関する。

従来の技術として、ブレーキペダルの操作に基づいて制動にかかわる制御信号を出力するストロークセンサが知られている。例えば、このストロークセンサは、磁石、２つの検知部、第１の出力部、及び第２の出力部を備える。磁石は、軸に固定されており、ブレーキペダルの踏み込み動作に応じて、軸を中心に回転動作を行う。２つの検知部は、磁石の回転動作をそれぞれ独立して検知する。第１の出力部は、２つの検知部でそれぞれ検知された２つの結果から、回転動作の変化を連続的に表した２つのリニア信号を生成して出力する。また、第２の出力部は、２つの検知部でそれぞれ検知された２つの結果から、各々の結果に対して設けられた閾値を基準に回転動作の変化を二値で表した２つのＯＮ／ＯＦＦ信号を生成して出力するものである（特許文献１参照）。

ストロークセンサは、アクチュエータと、第１の検知判断部、第２の検知判断部と、第１の演算処理部、第２の演算処理部と、リニア信号出力部と、ＯＮ／ＯＦＦ信号出力部と、外部入力判断部とを備える。演算処理部において、第１の演算処理部は、第１の検知部から出力される検知信号及び第２の検知部から出力される検知信号をそれぞれ入力し、これらの検知信号から所定の電圧範囲（例えば０Ｖ〜５Ｖ）を採るリニア信号をそれぞれ生成する。リニア信号出力部は、第１の演算処理部で生成された２つのリニア信号をブレーキ電子制御ユニットに出力する。

特開２０１２−９１７００号公報

特許文献１のストロークセンサは、上記したように、リニア信号出力部からブレーキペダルの操作量に基づいて生成されるリニア信号を出力する。このリニア信号は、ブレーキＥＣＵに出力され、ブレーキランプの点灯制御等に使用される。しかし、ストロークセンサからのリニア信号を、バイワイヤ方式のブレーキ装置の制御信号に使用する場合には、ブレーキペダルの踏み出し時の応答性に問題があった。すなわち、ストロークセンサからの信号がリニア信号である場合、ブレーキペダルの踏み出し時に油圧機構の応答性が悪いため、ブレーキシステムへの素早いフィードバックが難しいという問題があった。

従って、本発明の目的は、ブレーキ踏み出し時の応答性に優れたストロークセンサを提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するために、回転軸を中心にして回転駆動されるマグネットと、前記マグネットに対向して配置され、前記マグネットによる磁界の変化を検出する磁気検出部と、前記磁気検出部で検出された磁界の変化により前記回転軸の回転角に対応する出力値を算出する出力演算部と、前記出力値において、前記回転角の立ち上がり部分の出力特性（出力値／回転角）を大きくする補正処理を行なう補正処理部と、を有することを特徴とするストロークセンサを提供する。

［２］前記回転軸は、ブレーキペダル機構に接続され、前記ブレーキペダル機構の動きに連動して回転駆動されることを特徴とする上記［１］に記載のストロークセンサであってもよい。

［３］また、前記回転角の立ち上がり部分は、前記ブレーキペダルの踏み出し時に対応した領域であることを特徴とする上記［２］に記載のストロークセンサであってもよい。

本発明によれば、ブレーキ踏み出し時の応答性に優れたストロークセンサを提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサを有する車両のブレーキシステムを示す構成概略図である。図２は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサのマグネットと磁気検出ＩＣの構成を示す概略斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサの磁気検出ＩＣの回路構成例を示す回路図である。図４（ａ）は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサの磁気検出ＩＣの各ＭＲ素子からの検出信号、図４（ｂ）は、回転角θと出力値Ｖとの関係を示す図、図４（ｃ）は、補正処理部から出力される回転角θと出力値Ｖout、ブレーキ信号Ｓｄとの関係を示す図である。図５は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサのブレーキペダルの踏み込み操作量（回転角θ）に応じたブレーキ信号Ｓｂが入力されてブレーキ制御されるバイワイヤ方式のブレーキシステムの概略構成図である。

（本発明の実施の形態の要約）
本発明の実施の形態に係るストロークセンサ１は、回転軸１２を中心にして回転駆動されるマグネット１０と、マグネット１０に対向して配置され、マグネット１０による磁界の変化を検出する磁気検出部２０と、磁気検出部２０で検出された磁界の変化により回転軸１２の回転角θに対応する出力値Ｖ１を算出する出力演算部３０と、出力値Ｖ１において、回転角θの立ち上がり部分の出力特性（出力値／回転角）を大きくする補正処理を行なう補正処理部４０と、を有し、立ち上がり部分の応答性に優れた出力値Ｖoutを出力するように構成されている。

（ブレーキシステムの概略構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサを有する車両のブレーキシステムを示す構成概略図である。本発明の実施の形態に係るストロークセンサ１は、図１に示すようなバイワイヤ方式のブレーキシステムにおいて、ブレーキペダル機構６０の動きを検出するために使用されるものである。特に、マグネット１０の回転軸１２は、ブレーキペダル機構６０に接続され、ブレーキペダル機構６０の動きに連動して回転駆動される。また、回転角θの立ち上がり部分は、ブレーキペダル６２の踏み出し時に対応した領域である。これにより、バイワイヤ方式のブレーキシステムにおいて、ストロークセンサ１をブレーキ踏み出し時の応答性に優れたものとすることができる。

図２は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサのマグネット１０と磁気検出ＩＣ５０の構成を示す概略斜視図である。本実施の形態では、磁気検出部２０、出力演算部３０、補正処理部４０は、図２に示すような、例えば、パッケージ化された磁気検出ＩＣ５０とされている。

（マグネット１０）
マグネット１０は、図２に示すように、円板状の永久磁石であり、中心に回転軸１２が設けられている。マグネット１０は、この回転軸１２を中心として回転可能とされている。

マグネット１０は、図２に示すように、円板状の径方向に着磁され、Ｎ極及びＳ極が形成されている。このマグネット１０の磁束φは、Ｎ極からＳ極に向かう。図２に示すように、磁束φの一部は、磁気検出ＩＣ５０の感磁面５５を通るので、マグネット１０の磁束φはこの感磁面５５において回転する。これにより、磁気検出ＩＣ５０がＭＲ素子の場合は、磁界の変化（磁束の方向変化）に伴って出力が変化して、回転角θの検出が可能になる。

マグネット１０は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石等の永久磁石、又は、フェライト系、ネオジム系、サマコバ系、サマリウム鉄窒素系等の磁性体材料と、ポリアミド系、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の合成樹脂材料と、を混合して所望の形状に成形したプラスチックマグネットである。本実施の形態では、マグネット１０は、プラスチックマグネットを使用する。

（磁気検出部２０）
図３は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサの磁気検出ＩＣの回路構成例を示す回路図である。磁気検出部２０は、ＭＲ素子により構成される２つのフルブリッジが４５°の回転角度を有して配置されている構成を示している。第１ＭＲブリッジ２１０（ＭＲ素子２１１、２１２，２１３、２１４）のノード２１５ｂ、２１５ｄからは中間電圧がオペアンプ（差動アンプ）ＯＰ１に入力されて、検出信号Ｓ１が差動信号として検出できる構成とされている。同様に、第２ＭＲブリッジ２２０（ＭＲ素子２２１、２２２，２２３、２２４）のノード２２５ｂ、２２５ｄからは中間電圧がオペアンプ（差動アンプ）ＯＰ２に入力されて、検出信号Ｓ２が差動信号として検出できる構成とされている。なお、ノード２１５ａ、２２５ａには、基準電圧Ｖｃｃが印加され、ノード２１５ｃ、２２５ｃは、接地（ＧＮＤ）されている。また、検出信号Ｓ１及び検出信号Ｓ２は、出力演算部３０へ出力される。

ここで、図４（ａ）は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサの磁気検出ＩＣの各ＭＲ素子からの検出信号である。検出信号Ｓ１及び検出信号Ｓ２は、４５°の位相差を有した正弦波信号である。その正弦波信号は、マグネット１０のＮ極、Ｓ極の回転により、１周期がπの正弦波である。本実施の形態では、例えば、回転角θがゼロからπ／４の範囲を使用することができる。

（出力演算部３０）
出力演算部３０は、マグネット１０の磁界の変化（磁束の方向変化）として、４５°の位相差を有した検出信号Ｓ１、Ｓ２が入力される。出力演算部３０は、この２つの検出信号Ｓ１、Ｓ２を割算してアークタンジェントをとるＡｒｃｔａｎ処理を行なうことにより、例えば、記憶部にテーブルとして記憶されたＡｒｃｔａｎ表を参照して、磁界の変化（磁束の方向変化）に基づいた出力値Ｖを演算して算出することができる。ここで、図４（ｂ）は、回転角θと出力値Ｖとの関係を示す図であり、この算出された出力値Ｖは、ブレーキペダル６２の回転操作角に対応したリニア出力Ｖである。

（補正処理部４０）
補正処理部４０は、非線形変換処理を行なう。この非線形変換処理は、入力信号を所定の周期でサンプリングし、所定の変換テーブルを参照してこの入力信号に対応した出力を出力することにより行なうことができる。磁気検出ＩＣのパッケージ内に非線形変換処理を行なう補正処理部を内蔵するものでは、この磁気検出ＩＣに対して外部からの書き込み調整機能により所定の変換テーブルを変更することができ、これに基づいて出力を非線形化することができる。また、公知の非線形変換回路を用いてハードロジックで非線形変換を行なうこともできる。

図４（ｃ）は、補正処理部から出力される回転角θと出力値Ｖout、ブレーキ信号Ｓｄとの関係を示す図である。回転角θにおいて、回転角θの立ち上がり部分である０からθ１の領域において、出力特性（出力値／回転角）を大きくする補正処理（非線形変換処理）がされている。すなわち、回転角θの０からθ１の領域において、出力値Ｖoutは、図４（ｂ）で示したリニア出力Ｖに比べて、大きな傾きを有する。ここで、θ１は、後述するバイワイヤ方式のブレーキシステムにおいて、ブレーキ動作が開始する角度以上に設定されている。これにより、出力値Ｖoutは、回転角θの立ち上がり特性が向上し、バイワイヤ方式のブレーキシステムにおいては、ブレーキ踏み出し時の感度を向上させ、ブレーキ踏み出し時の応答性に優れたものとすることができる。

（ブレーキペダル機構６０）
図１で示したように、ブレーキペダル機構６０は、車両５に装備されるブレーキペダル装置であって、運転者がブレーキ操作するために踏み込むブレーキペダル６２を有する。このブレーキペダル６２は、車両５側に設けられた回転中心６４に回転可能に支持され、所定位置から踏み込んで回転中心６４に回転させることにより車両５のブレーキ操作を行なう。

また、マグネット１０の回転軸１２は、ブレーキペダル機構６０に接続される。例えば、図１に示すように、ブレーキペダル６２の回転中心６４に、マグネット１０の回転軸１２が接続され、ブレーキペダル６２の回転に連動して回転する。なお、マグネット１０の回転軸１２とブレーキペダル機構６０との接続は、これに限られず、回転軸１２とブレーキペダル６２とが、リンク機構、ギア機構等の伝達機構を介して回転可能に接続される構成であってもよい。

（制御部７０）
制御部７０は、ストロークセンサ１からの出力に基づいて、バイワイヤ方式のブレーキシステム１００を制御するブレーキ信号Ｓｂや、車両のストップランプを点灯制御するためのストップランプ信号等を生成し、所定のタイミングで出力するものである。バイワイヤ方式のブレーキシステム１００を制御するブレーキ信号Ｓｂは、上記した補正処理部４０から入力される出力値Ｖoutに基づいて、生成されるものである。なお、このブレーキ信号Ｓｂは、図４（ｃ）で示した出力値Ｖoutと同様の非線形出力信号であり、例えば、出力電圧をブレーキシステム１００の仕様に合わせてレベル変換等した信号である。

制御部７０は、例えば、記憶されたプログラムに従って、所定の演算、処理実行等を行うＣＰＵ(Central Processing Unit)、半導体メモリであるＲＡＭ(Random Access Memory)及びＲＯＭ(Read Only Memory)等から構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部７０が動作するためのプログラムと、各種のパラメータ等が格納されている。また制御部７０は、車両の種々の車載機器と車載ＬＡＮを経由して通信するためのインターフェース部を備えている。

本発明の実施の形態に係るストロークセンサ１は、バイワイヤ方式のブレーキシステムに適用されるものであり、制御部７０は、ブレーキペダル６２の踏み込み操作量（回転角θ）に応じたブレーキ信号Ｓｂをブレーキシステム１００へ出力することでブレーキ制御を行なう。

（ブレーキシステム１００）
図５は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサのブレーキペダルの踏み込み操作量（回転角θ）に応じたブレーキ信号Ｓｂが入力されてブレーキ制御されるバイワイヤ方式のブレーキシステムの概略構成図である。

バイワイヤ方式のブレーキシステム１００は、電動式油圧発生装置として、モータ駆動シリンダ装置１１０を有する。モータ駆動シリンダ装置１１０は、ストロークセンサ１によって検出されるブレーキペダル６２の踏み込み操作量（回転角θ）に応じたブレーキ信号Ｓｂに基づいてディスクブレーキ２００のホイールシリンダ２００ａに供給するブレーキ油圧を発生する。

ブレーキシステム１００には、サーボモータ１２０と、サーボモータ１２０に連結されたギアボックス１３０とが一体的に設けられていると共に、ギアボックス１３０にボールねじ機構を介してトルク伝達されることにより軸線方向変位するねじ溝付きロッド１４０と、ねじ溝付きロッド１４０と同軸かつ互いに直列的に配設された第１ピストン１５０ａ及び第２ピストン１５０ｂとが設けられている。

これにより、ブレーキペダル６２の踏み込み操作量（回転角θ）に応じてサーボモータ１２０が回転し、その回転力がギアボックス１３０を介してねじ溝付きロッド１４０の軸力に変換され、第１ピストン１５０ａが直線運動する。このようにして、ブレーキペダル６２の踏込量に応じてモータ駆動シリンダ装置１１０によりブレーキ油圧を発生させる、バイワイヤ方式のブレーキシステム１００が構成されている。

（ブレーキシステム１００の動作）
運転者がブレーキペダル６２の踏み込み操作を行なうと、図４（ｃ）で示したブレーキ信号Ｓｂにより、サーボモータ１２０が回転駆動される。回転力がギアボックス１３０を介してねじ溝付きロッド１４０の軸力に変換され、第１ピストン１５０ａ、第２ピストン１５０ｂが直線運動する。ここで、第１油室１６ａ、第２油室１６ｂにあった油は、リザーバー１７内に流入する。

このリザーバー１７は、油圧を複数のピストンに均等に伝達するためのものである。このため、ブレーキペダル６２の踏み込み初期には、油はリザーバー１７内に流入するので、第１油室１６ａ、第２油室１６ｂからディスクブレーキ２００のホイールシリンダ２００ａには油圧が伝達されない。

しかし、本実施の形態に係るストロークセンサ１は、図４（ｃ）で示したように、踏み込み操作量（回転角θ）と出力値Ｖout、ブレーキ信号Ｓｂの関係が非線形特性を有する。すなわち、ブレーキペダル６２の踏み込み開始時には、ブレーキ信号Ｓｂの出力がリニア特性に比べて大きい。このため、ブレーキペダル６２の踏み込み開始時に、第１ピストン１５０ａ、第２ピストン１５０ｂが大きく駆動されることにより、油はリザーバー１７内に早く流入する。

補正処理部４０により補正処理（非線形変換処理）がされ、出力特性（出力値／回転角）が大きくする設定された領域は、図４（ｃ）で示したブレーキ動作が開始する角度θ１以上までとなっている。このため、ブレーキペダル６２の踏み出し時に油圧機構の応答性が良く、バイワイヤ方式においてブレーキシステムへの素早いフィードバックが可能である。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係るストロークセンサ１によれば、次のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係るストロークセンサ１は、図１に示すようなブレーキシステムにおいて、ブレーキペダル機構６０の動きを検出するために使用されるものである。特に、マグネット１０の回転軸１２は、ブレーキペダル機構６０に接続され、ブレーキペダル機構６０の動きに連動して回転駆動される。また、回転角θの立ち上がり部分は、ブレーキペダル６２の踏み出し時に対応した領域である。これにより、ストロークセンサ１をブレーキ踏み出し時の応答性に優れたものとすることができる。
（２）ストロークセンサ１は、補正処理部４０により非線形変換処理を行なう。この非線形変換処理は、回転角θにおいて、回転角θの立ち上がり部分である０からθ１の領域において、出力特性（出力値／回転角）を大きくする補正処理（非線形変換処理）である。すなわち、回転角θの０からθ１の領域において、出力値Ｖoutは、図４（ｂ）で示したリニア出力Ｖに比べて、大きな傾きを有する。ここで、θ１は、バイワイヤ方式のブレーキシステムにおいて、ブレーキ動作が開始する角度以上に設定されている。これにより、出力値Ｖoutは、回転角θの立ち上がり特性が向上する。
（３）本発明の実施の形態に係るストロークセンサ１をバイワイヤ方式のブレーキシステムに適用することにより、ブレーキ踏み出し時の感度を向上させ、ブレーキ踏み出し時の応答性に優れたものとすることができる。これにより、ブレーキペダル６２の踏み出し時に油圧機構の応答性が良く、バイワイヤ方式においてブレーキシステムへの素早いフィードバックが可能となる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ストロークセンサ
５…車両
１０…マグネット
１２…回転軸
１６ａ…第１油室
１６ｂ…第２油室
１７…リザーバー
２０…磁気検出部
３０…出力演算部
４０…補正処理部
５５…感磁面
６０…ブレーキペダル機構
６２…ブレーキペダル
６４…回転中心
７０…制御部
１００…ブレーキシステム
１１０…モータ駆動シリンダ装置
１２０…サーボモータ
１３０…ギアボックス
１４０…ねじ溝付きロッド
１５０ａ…第１ピストン
１５０ｂ…第２ピストン
２００…ディスクブレーキ
２００ａ…ホイールシリンダ
２１０…ブリッジ
２１１、２１２，２１３，２１４…ＭＲ素子
２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、２１５ｄ…ノード
２２０…ブリッジ
２２１、２２２、２２３、２２４…ＭＲ素子
２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ、２２５ｄ…ノード
Ｓ１…検出信号
Ｓ２…検出信号
Ｓｂ…ブレーキ信号
Ｖ…出力値
Ｖ１…出力値
Ｖout…出力値
θ…回転角

Claims

回転軸を中心にして回転駆動されるマグネットと、
前記マグネットに対向して配置され、前記マグネットによる磁界の変化を検出する磁気検出部と、
前記磁気検出部で検出された磁界の変化により前記回転軸の回転角に対応する出力値を算出する出力演算部と、
前記出力値において、前記回転角の立ち上がり部分の出力特性（出力値／回転角）を大きくする補正処理を行なう補正処理部と、
を有することを特徴とするストロークセンサ。
前記回転軸は、ブレーキペダル機構に接続され、前記ブレーキペダル機構の動きに連動して回転駆動されることを特徴とする請求項１に記載のストロークセンサ。
前記回転角の立ち上がり部分は、前記ブレーキペダルの踏み出し時に対応した領域であることを特徴とする請求項２に記載のストロークセンサ。