JP2532469B2 - ステアリングシャフトの回転角検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、車両のステアリングシャフトの回転量と方
向を検知すると共に、ステアリングの初期位置を併せて
検出することができるステアリングシャフトの回転角検
出装置に関するものである。

従来の技術 従来、この種の回転角検出装置としては、トヨタ自動
車株式会社、昭和61年１月発行のソアラ新型車解説書
（４−38）に示すものがあった。これはステアリングシ
ャフトの回転センサーとして、スリット板を中央に設け
たディスクを覆う様に２組のフォトインタラプタをステ
アリングチューブに取り付け、スリットを通過する光の
オン・オフパターンを検知してステアリングシャフトの
回転角を検出し、且つ、２個のセンサーの位相差により
ステアリングホイールの右回転、左回転を識別するよう
なものであった。

又、実開昭58−145506号公報の第２図に示すように、
ハンドル直下の円環状箱体内に上例と同様のスリット板
を設け、フォトインタラプタをセンサーとして配置する
ようなものもあった。

更に、初期位置を検出する方法としては、特開昭60−
158313号公報の第１図、第２図に示す様な、二列に配置
したスリットと二組のフォトインタラプタと摩擦機構を
組み合せるような方法が提案されている。

しかしながら、ステアリングシャフトにフォトインタ
ラプタ等のセンサー素子を取り付ける方式では組み付け
の作業性が悪く、円環状箱体内に同様のセンサーを内蔵
する方式は、箱体が大きなものになりスペース効率が悪
いという難点があった。更に、フォトインタラプタとス
リットの組合せによる光学的検知方法は、埃や回転部の
潤滑剤などにより光が遮断され誤検知が発生することを
防ぐため、堅牢な外装や潤滑剤の充填方法に留意する必
要があった。又、初期位置の検出も、同様に光学式であ
る難点と共に、機械的摩擦部分の耐久性にも難点があっ
た。

ところで、光学式の回転角検出装置としての問題点を
解決するため、多極の磁界と一極の磁界を並行に配置し
て形成した磁石リングを有し、多極の磁界の磁界を複数
個の第１の磁気抵抗素子で検出し、前記一極の磁界を第
２の磁気抵抗素子で検出する磁気式の回転角検出装置が
考えられている。

この磁気式の回転角検出装置は、複数個の第１の磁気
抵抗素子が磁界の通過を検知し電圧変動を生起せしめ、
その電圧変動をパルスに変換し、外部に設置されたマイ
コン等の制御装置に伝送し、制御装置は回転量をパルス
の回数で、又、回転方向を例えば２個のパルスの位相差
により検知する。更に第２の磁気抵抗素子によって磁界
変化から上記と同様のプロセスで初期位置を検出する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の磁気式の回転角検出装置をステ
アリングシャフトの回転検出に応用する場合、ステアリ
ングシャフトは左右に数回転するため、機械上の初期位
置を決定する必要があり、その組立作業性に難点を有し
ていた。

問題点を解決するための手段 本発明のステアリングシャフトの回転角検出装置は、
スプリングを介して本体に回転可能に取付けられたカム
と、このカムに係止され、多極の磁界と一極の磁界を並
行に配置して形成した磁石リングと、前記多極の磁界を
検出する複数個の第１の磁気抵抗素子と、前記一極の磁
界を検出する第２の磁気抵抗素子と、第１、第２の磁気
抵抗素子の検知した磁界の変化をパルス信号に変換する
回路手段とを備え、前記磁石リングに一極の磁界に対応
して形成した係止部を設け、上記カムに上記係止部が係
止される被係止部を形成すると共にハンドルと一定の相
関関係を有するように等ピッチでない係合部を形成した
ことを特徴とするものである。

作用 本発明によれば、磁石リングとカムはそれらに設けた
係止部と被係止部が一致するように組み付けられること
によりその相関は一定となり、一カムは等ピッチでない
係合部がハンドルと一定の相関関係にあるため、カムの
係合部がハンドルに対して組付けられた時、ステアリン
グシャフトの初期位置と磁石リングの一極の磁界の相関
は一定となる。したがって、ハンドルが数回転された状
態においてカムの係合部とハンドルの組付けを行っても
ステアリングシャフトの初期位置と磁石リングの一極の
磁界の相関に変化はなく、組立作業性を改善することが
できる。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図及び第２図において、１はハンドルの直下に配
置されイグニッションキーユニットなどに固定されるス
イッチ本体であり、２は操作稈2aによって操作されるタ
ーンシグナル・ライトなどのスイッチユニット、３は操
作稈3aによって操作されるワイパー・ウォッシャなどの
スイッチユニットである。４はスプリング９によって上
方に加勢され、図示されないが上方に配置されたハンド
ルに、等角ピッチには配置されていない係合部としての
カムピン4a,4b,4cによって係合し、ハンドルの回転に呼
応して回転するカムである。５はカム４に係合乃し接着
固定される磁石リングであり、多磁極を形成された上部
着磁部5Aと、その下段に単一の時局を形成された下部着
磁部5Bからなり、カム４に設けた被係止部としてのＤカ
ット７に係合し、磁石リングの位置を規制する係止部と
しての磁石リングガイド６を有する。８は多磁極を検知
する対になった２個の第１の磁気抵抗素子と、単一の磁
極を検知する１個の第２の磁気抵抗素子と、各々の検知
信号からパルスを発生させるための回路部分よりなるセ
ンサーユニットである。尚、ハンドルに取り付けられる
前にカム４が脱着することを防止するため、カム４に設
けた抜け止め部12は、本体ボス10に設けられたカム係止
部11に係合する構造になっている。なお8a,8bは取付ビ
スである。

第３図は磁石リングの上部着磁部5Aの詳細図であり、
磁石乃し樹脂マグネットなどで形成された磁石リング５
は予めラジアル方向に配向され、外周にN,S極が一定の
数だけ着磁されており、カム４のＤカット７と、等角ピ
ッチには配置されていないカムピン4a,4b,4cの関係か
ら、図示されないハンドルに組付けられた際ハンドルと
一定の相関関係を有するよう構成されている。

第４図において16は磁気抵抗素子13とパルス発生回路
14（詳細回路構成は第９図に記載）からなるセンサーで
あり、16aのセンサーも同様に磁気抵抗素子13aとパルス
発生回路14aから構成されており、本実施例ではＮ乃し
Ｓ極の着磁幅を“p"とすると、２個の磁気抵抗素子13,1
3aのピッチは“p/4"となるよう構成されている。

第５図は磁石リング５の下部着磁部5Bの詳細図であ
り、磁石乃し樹脂マグネットなどで形成され磁石リング
５は予めラジアル方向に一箇所だけ例えばＮ極形成され
ており、カム４のＤカット７と、等角ピッチには配置さ
れていないカムピン4a,4b,4cの関係から、図示されない
ハンドルに組付けられた際、ハンドルと一定の相関関係
を有するよう構成されている。

第６図において16bは磁気抵抗素子13bとパルス発生回
路14bからなるセンサーである。

第９図は代表例としての、磁気抵抗素子13の構造とパ
ルス発生回路の構成を示したものである。磁気抵抗素子
13は、電源VCCよりT2に一定の電圧（例えば5V）が供給
されており、抵抗R1はR2と抵抗値が等しくなる様な点か
らT1を介して比較器19の負側に接続されている。またT3
はアースされている。17は磁気抵抗素子13がＮ乃しＳ極
の通過による磁界の変動により電圧変化し生起した際、
比較器19で比較するための基準となる電圧を生起せしめ
るための回路であり、抵抗R3とR4から構成されておりR3
は電源にR4はアースに結続されている。尚、VR1は設定
値を微調する可変抵抗器であり、比較器19の正側に結続
されている。18は比較器19でパルスを発生させる際、基
準電圧近傍でのチャタリング等による誤検知を防止する
ため第７図、及び第８図に示す様スライス電圧にヒステ
リシスを持たせるための抵抗R5とR6より構成される回路
であり、R7はプルアップ用の抵抗である。20Aは発生し
た一定パルスを図示されていないマイコン等の制御装置
に伝送する端子である。

センサー16a、センサー16bも上記と同様の構成であ
る。

以上の構成による本発明の一実施例の動作を以下に説
明する。

例えば、図示されない車両のハンドルが反時計方向
（第４図AC方向）に回転せられた場合、ハンドルの回転
に呼応してカム４も反時計方向に回転し、磁石リング５
の上部着磁部5AのＳ磁極端5aが磁気抵抗素子13に近接し
たとき磁気抵抗素子13に作用する磁界は暫時大きくな
り、抵抗R1の値も暫時小さくなっていき磁極の中心5bが
通過する際最小となる。更に、5bが通過後は抵抗は暫時
大きくなりはじめ、磁極端5cが通過する際最大となる。
以上の抵抗変化に呼応し、端子T1を介して比較器19にか
かる電圧は、第７図の出力波形の実線で表される変化曲
線のVSmin→Vmax→VFminの様に変化するが、その際、抵
抗R5とR6で構成される回路18は、パルスを発生させるス
ライス電圧レベルにヒステリシスをもたせる様構成され
ているため、VSmin→Vmaxの電圧変化の際には、スライ
ス電圧VSUでパルスは立ち上がり、Vmax→VFminに変化す
る際には、電圧VSLでパルスは立ち下がり、出力パルス2
0Aを形成する。

以降ハンドルが回転し続けると、磁気抵抗素子13aも
同様の挙動を示すが、磁気抵抗素子13と“p/4"の位置づ
れがあるため、出力パルス20Bは、“p/4"だけ遅れて発
生する事となる。従ってセンサー16と16aは、以上の挙
動に従った各々のパルス信号出力20Aと20Bを図示されな
いマイコン等の制御装置に転送することとなる。

逆に、ハンドルが時計方向に回転したときはセンサー
16と16aのパルスの発生のタイミングは逆転し、図示さ
れないマイコン等の制御装置に転送する。

制御装置では、パルスの数からハンドルの回転量を、
又、センサー16と16aのパルスの発生のタイミングから
回転方向を演算・検出することができる。

同様に、図示されない車両のハンドルが反時計方向
（AC方向）に回転せられた場合、磁石リング５の下部着
磁部5BのＮ磁極端5dが磁気抵抗素子13bに近接したとき
磁気抵抗素子13bに作用する磁界は暫時大きくなり、抵
抗R1の値も暫時小さくなっていき磁極の中心5eが通過す
る際最小となる。更に、5eが通過後は抵抗は暫時大きく
なりはじめ、磁極端5fが通過する際最大となる。以上の
抵抗変化に呼応し、端子T1を介して比較器19にかかる電
圧は、第７図の出力波形の実線で表される変化曲線のVS
min→Vmax→VFminに変化するが、その際、抵抗R5とR6で
構成される回路18は、パルスを発生させるスライス電圧
レベルにヒステリシスをもたせる様構成されているた
め、VSmin→Vmaxの電圧変化の際には、スライス電圧VSL
でパルスは立ち上がり、Vmax→VFminに変化する際に
は、電圧VSLでパルスが立ち下がり、出力パルス20Cを形
成する。

以降ハンドルが回転し続けても、磁極が形成されてい
ないためパルス信号は発生しない。

制御装置では、パルスの発生から初期位置を演算・検
出することがでる。

発明の効果 以上のように本発明は、スプリングを介して本体に回
転可能に取付けられたカムと、このカムに係止され、多
極の磁界と一極の磁界を並行に配置して形成した磁石リ
ングと、前記多極の磁界を検知する複数個の第１の磁気
抵抗素子と、前記一極の磁界を検出する第２の磁気抵抗
素子と、前記第１、第２の磁気抵抗素子の検知した磁界
の変化をパルス信号に変換する回路手段とを備え、前記
磁石リングに一極の磁界に対応して形成した係止部を設
け、上記カムに上記係止部が係止される被係止部を形成
すると共にハンドルと一定の相関関係を有するように等
ピッチでない係合部を形成したので、上記係止部と被係
止部とが一致するように組み付けられることにより磁石
リングとカムの相間は一定となり、一方、カムは等ピッ
チでない係合部がハンドルと一定の相関関係にあるた
め、カムの係合部がハンドルに対して組み付けられた時
にステアリングシャフトの初期位置と磁石リングの一極
の磁界の相関は一定となる。したがって、ハンドル位置
に関係なくカムをハンドルに組み付けてもステアリング
シャフトの初期位置と磁石リングの一極の磁界の相関に
変化はなく、組立作業性を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回転角検出装置の構成を示
す斜視図、第２図は回転角検出装置の主要機構部分を示
す拡大分解斜視図、第３図は磁石リングの上部着磁部の
詳細を示す上面図、第４図は磁石リングの上部着磁部と
センサーの拡大構成を示す上面図、第５図は磁石リング
の下部着磁部を示す上面図、第６図は磁石リングの下部
着磁部とセンサーの拡大構成を示す上面図、第７図は上
部着磁部でのパルス発生の要部波形図、第８図は下部着
磁部でのパルス発生の要部波形図、第９図はセンサーの
回路構成図である。 ４……カム、５……磁石リング、６……磁石リングユニ
ット、９……スプリング。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スプリングを介して本体に回転可能に取り
   付けられたカムと、このカムに係止され、多極の磁界と
   一極の磁界を並行に配置して形成した磁石リングと、前
   記多極の磁界を検知する複数個の第１の磁気抵抗素子
   と、前記一極の磁界を検知する第２の磁気抵抗素子と、
   第１、第２の磁気抵抗素子の検知した磁界の変化をパル
   ス信号に変換する回路手段とを備え、前記磁石リングに
   一極の磁界に対応して形成した係止部を設け、上記カム
   に上記係止部が係止される被係止部を形成すると共にハ
   ンドルと一定の相関関係を有するように等ピッチでない
   係合部を形成したステアリングシャフトの回転角検出装
   置。