JP4415859B2

JP4415859B2 - 回転角度検出装置

Info

Publication number: JP4415859B2
Application number: JP2005004780A
Authority: JP
Inventors: 陽一畑野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: JP2006194654A; US20060152214A1; DE102005058688A1; DE102005058688B4; US7154263B2

Description

本発明は、主に自動車のステアリングの回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置に関するものである。

近年、自動車の高機能化が進む中、各種制御のため様々な回転角度検出装置を用いてステアリングの回転角度を検出するものが増えている。

このような従来の回転角度検出装置について、図４及び図５を用いて説明する。

図４は従来の回転角度検出装置の平面図、図５は同断面図であり、同図において、１は外周に平歯車部１Ａが形成された回転体で、中央部には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部１Ｂが設けられている。

そして、２は第一の検出体で、この外周の平歯車部２Ａが回転体１の平歯車部１Ａに噛合すると共に、この第一の検出体２の中央には、磁石３がインサート成形等により装着されている。

また、４は第二の検出体で、この外周の平歯車部４Ａが検出体２の平歯車部２Ａに噛合すると共に、検出体４の中央には、磁石５が装着されている。

なお、これらの直径及び歯車部の歯数は、回転体１が最も大きく、第二の検出体４、第一の検出体２の順に小さくなっている。

また、６は第一の検出体２及び第二の検出体４の上方にほぼ平行に配置された配線基板で、両面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の検出体２の磁石３との対向面には磁気検出素子７が、第二の検出体４の磁石５との対向面には磁気検出素子９が各々装着されている。

さらに、このように磁石３とこれに対向した磁気検出素子７によって第一の検出手段８が、磁石５とこれに対向した磁気検出素子９によって第二の検出手段１０が各々形成されると共に、配線基板６にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子７、９に接続された制御手段１１が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。

そして、このような回転角度検出装置は、制御手段１１がコネクタ（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１の係合部１Ｂにはステアリングの軸が挿通されて、自動車に装着される。

以上の構成において、運転時にステアリングを回転すると、回転体１が回転し、これに連動して第一及び第二の検出体２、４が回転するため、これらの中央に装着された磁石３、５も回転して、この磁石３、５の変化する磁力の方向を磁気検出素子７と９が検出し、これらの検出信号が制御手段１１ヘ出力される。

なお、この時、第一及び第二の検出体２、４は歯数が異なり各々回転速度が異なるため、第二の検出手段１０からの検出信号は、第一の検出手段８からの検出信号に対し周期が異なり位相のずれた検出信号となる。

そして、このような二つの異なる検出信号と各々の歯数から、制御手段１１が所定の演算を行って、回転体１即ちステアリングの回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力されて、様々な制御が行われるように構成されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００４−２７１４２７号公報

しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、回転体１や第一の検出体２、第二の検出体４の外れや各歯車部の破損、或いは、第一の検出手段８や第二の検出手段１０に故障が生じた場合、これらによってステアリングの回転角度の演算や検出が行われるため、正確な回転角度の検出が困難になるという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、簡易な構成で、正確な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、第一及び第二の検出体や第一及び第二の検出手段に加え、さらに回転体と連動して回転する補助検出体と、この補助検出体の回転を検出する補助検出手段を設けると共に、第一及び第二の検出体と補助検出体の各回転速度を異なるものとし、第一及び第二の検出手段、第二の検出手段と補助検出手段、第一の検出手段と補助検出手段からの各検出信号により、制御手段が回転体の仮の角度を各々演算し、これらの演算値が所定範囲内であった時に、第一及び第二の検出手段からの検出信号により回転体の角度を検出するように構成したものであり、複数の演算値が所定範囲内であった時にのみ、制御手段が検出体や検出手段等が正常であると判断して回転角度を検出するため、簡易な構成で、正確な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、いずれかの演算値が所定範囲外の時には、制御手段が所定の警告信号を出力するものであり、回転角度検出装置に異常が生じた場合、これを速やかに運転者に報知できるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、簡易な構成で、正確な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を実現できるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。

なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の平面図、図２は同断面図であり、同図において、１は外周に平歯車部１Ａが形成された絶縁樹脂または金属製の回転体で、中央部には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部１Ｂが設けられている。

そして、２は絶縁樹脂または金属製の第一の検出体、４は同じく第二の検出体で、第一の検出体２外周の平歯車部２Ａが回転体１の平歯車部１Ａに噛合すると共に、第二の検出体４外周の平歯車部４Ａが第一の検出体２の平歯車部２Ａに噛合し、回転体１の回転に連動して第一の検出体２や第二の検出体４が回転可能に配置されている。

また、２１は絶縁樹脂または金属製の補助検出体で、この外周の平歯車部２１Ａが回転体１の平歯車部１Ａに噛合して、回転体１の回転に連動して補助検出体２１が回転可能に配置されている。

なお、これらの直径及び歯車部の歯数は、回転体１が最も大きく、第二の検出体４、第一の検出体２、補助検出体２１の順に小さくなっており、例えば歯数は、平歯車部１Ａの歯数が８７個、平歯車部４Ａが３０個、平歯車部２Ａが２９個、平歯車部２１Ａが２８個と、各々異なるものとなっている。

したがって、回転体１の回転に伴う各検出体の回転速度も各々異なり、回転体１が最も遅く、第二の検出体４、第一の検出体２、補助検出体２１の順に速い回転速度となっている。

そして、第一の検出体２や第二の検出体４及び補助検出体２１の各上面中央には、磁石３、５及び２２が各々インサート成形等により装着されている。

また、第一及び第二の検出体２、４及び補助検出体２１の上方にほぼ平行に配置された配線基板２３には、両面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、各検出体の磁石３、５及び２２との対向面にＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗素子）等の磁気検出素子７、９及び２４が各々装着されている。

さらに、このように対向した磁石３と磁気検出素子７によって第一の検出手段８が、同じく対向した磁石５と磁気検出素子９によって第二の検出手段１０が、同じく対向した磁石２２と磁気検出素子２４によって補助検出手段２５が各々形成されると共に、配線基板２３にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子７、９及び２４に接続された制御手段２６が形成されている。

また、２７は絶縁樹脂製のケース、２８は同じく絶縁樹脂製のカバーで、これらによって回転体１や第一、第二の検出体２、４、及び補助検出体２１などが回転可能に保持されると共に、所定の箇所に位置決めされた配線基板２３等と共に覆われて、回転角度検出装置が構成されている。

そして、このような回転角度検出装置は、制御手段２６がコネクタ（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１の係合部１Ｂにはステアリングの軸が挿通されて、自動車に装着される。

以上の構成において、運転時、つまり回転角度検出装置に電源が供給された通電状態でステアリングを回転すると、これに係合した回転体１が回転し、この外周の平歯車部１Ａに平歯車部２Ａが噛合した第一の検出体２、同じく平歯車部１Ａに平歯車部２１Ａが噛合した補助検出体２１、及び平歯車部２Ａに平歯車部４Ａが噛合した第二の検出体４も回転する。

そして、このように第一及び第二の検出体２、４や補助検出体２１が回転すると、これらの中央に装着された磁石３、５及び２２も回転してその磁力が変化し、これらの変化する磁力の方向を磁気検出素子７、９及び２４が正弦波や余弦波の電圧波形からなる検出信号として各々検出し、この検出信号は所定の処理により、図３のデータ波形図に示すような、横軸が回転体１の回転角度、縦軸が各検出体の最大１８０度の範囲で繰返して変化する角度を表す、漸次増加減少する略三角形のデータ波形として制御手段２６に出力される。

そして、上述したように、例えば第一の検出体２の歯数を回転体１の歯数に対し１／３に設定すると、回転体１が１回転する間に、第一の検出体２は３回転し、磁気検出素子７は第一の検出体２の１回転に伴って磁力の強弱を２回検出するため、第一の検出手段８のデータ波形は、図３（ａ）に示すような、計６回の略三角形が繰返されるデータ波形４１となる。

また、第二の検出体４は第一の検出体２より回転速度がやや遅いため、第二の検出手段１０のデータ波形は、図３（ｂ）に示すように、データ波形４１に対し周期が異なり位相のずれた、計５回弱の繰返しのあるデータ波形４２となる。

さらに、補助検出体２１は第一及び第二の検出体２、４に比べ歯数が最も少なく回転速度が最も速いため、補助検出手段２５のデータ波形は、図３（ｃ）に示すように、データ波形４１や４２とは周期が異なり位相のずれた、計６回強の繰返しのあるデータ波形４３となる。

ここで、例えばステアリングを右方向へ９０度回転させ、回転体１の回転角度θが９０度となった場合、第一の検出手段８からは角度データ４１Ａ、第二の検出手段１０からは角度データ４２Ａ、補助検出手段２５からは角度データ４３Ａの検出信号を制御手段２６が検出する。

そして、制御手段２６は、まず、第一の検出手段８の角度データ４１Ａと第二の検出手段１０の異なる角度データ４２Ａ、及び第一の検出体２の平歯車部２Ａと第二の検出体４の平歯車部４Ａの各歯数等から、回転体１の仮の角度を演算し、例えば演算値θ１＝９０度を検出する。

また、同様に、補助検出手段２５の角度データ４３Ａと第二の検出手段１０の角度データ４２Ａを基に、回転体１の仮の角度を演算し、例えば演算値θ２＝９０．５度、同じく、角度データ４３Ａと角度データ４１Ａを基に、例えば演算値θ３＝８９．５度を検出する。

そして、制御手段２６がこれらの演算値θ１とθ２、θ３を比較し、これらが所定範囲以内の値であるか、或いは、これらの各々の差が所定範囲以内、例えば１．５度以内であった場合には、第一及び第二の検出手段８、１０からの検出信号による演算値θ１＝９０度を、回転体１の回転角度θとして自動車本体の電子回路に出力する。

つまり、第一の検出手段８、第二の検出手段１０、補助検出手段２５からの各検出信号の各々の組合せによって、制御手段２６が回転体１の仮の角度θ１、θ２、θ３を各々演算し、これらの演算値が所定範囲内であった時に、第一及び第二の検出手段８、１０からの検出信号の演算値θ１で回転体１の角度θを検出しているため、いずれかの検出体に外れや歯車部の破損、或いは、検出手段に故障が生じた場合には、演算値θ１、θ２、θ３の値が大きく異なるものとなり、これらの異常を容易に検出できるように構成されている。

なお、最終的な回転体１の角度θの検出を、第一及び第二の検出手段８、１０の演算値θ１で行う理由は、ステアリングの軸と回転体１との係合による係合ガタや回転体１の回転ぶれなどによって、第一の検出体２や補助検出体２２の回転にはガタなどが生じ易く、これら誤差の生じ易い演算値θ２やθ３に比べ、直径及び歯車部の歯数が小さな第二の検出体４と第一の検出体２の噛合にはガタが少なく、したがって演算値θ１の誤差が少ないためである。

また、エンジンを停止し、回転角度検出装置に電源が供給されない未通電状態で、誤ってステアリングを回転させ、この時、いずれかの検出体や検出手段に支障が生じた場合にも、再度エンジンを始動し、回転角度検出装置に電源が供給された時に、上述のように演算値θ１、θ２、θ３の比較が行われ、各検出体や検出手段の異常を検出できるため、エンジン停止時には回転角度検出装置に全く電源を供給する必要がなく、省電力化を図ることが可能な構成となっている。

さらに、いずれかの検出体や検出手段に支障が生じ、演算値θ１、θ２、θ３のいずれかが所定範囲外の時には、制御手段２６が自動車本体の電子回路に回転角度θを出力せず、所定の警告信号を出力して、警告灯の点滅や表示ディスプレイへの警告表示等の報知を行うことによって、これを速やかに運転者に報知することもできる。

このように本実施の形態によれば、第一及び第二の検出体２、４と補助検出体２１の各回転速度を異なるものとし、第一及び第二の検出手段８、１０、第二の検出手段１０と補助検出手段２５、第一の検出手段８と補助検出手段２５からの各検出信号により、制御手段２６が回転体１の仮の角度を各々演算し、これらの演算値θ１、θ２、θ３が所定範囲内であった時に、演算値θ１を回転体１の回転角度θとして検出することによって、各検出体や検出手段の異常の検出が可能となり、簡易な構成で、正確な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるものである。

また、いずれかの演算値が所定範囲外の時には、制御手段２６が所定の警告信号を出力することによって、回転角度検出装置に異常が生じた場合、これを速やかに運転者に報知することができる。

なお、以上の説明では、各検出信号から制御手段２６が三つの演算値θ１、θ２、θ３を演算し判定する構成について説明したが、やや検出精度は低下するが、二つの演算値を用いて判定を行い、これらが所定範囲内の場合には演算値θ１を回転体１の回転角度として出力するようにすれば、制御手段２６をより簡易な構成のものとすることができる。

また、以上の説明では、各検出体の回転速度は第二の検出体４、次に第一の検出体２、補助検出体２１の順に速くなるものとして説明したが、回転角度検出装置の形状や大きさに応じて、仮の回転角度が演算可能な範囲で適宜、各検出体の歯数や回転速度を設定しても良い。

さらに、以上の説明では、回転体１や第一及び第二の検出体２、４及び補助検出体２１の外周に平歯車部を形成して、これらが噛合して互いに連動して回転する構成として説明したが、平歯車部以外にも、回転を伝達できる凹凸部や高摩擦部などを回転体や検出体の外周に形成して、互いの直径を変えて回転速度の異なるものとして構成しても、本発明の実施は可能である。

本発明による回転角度検出装置は、簡易な構成で、正確な回転角度の検出が可能なものが得られ、主に自動車のステアリングの回転角度検出等に有用である。

本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の平面図同断面図同データ波形図従来の回転角度検出装置の平面図同断面図

符号の説明

１回転体
１Ａ、２Ａ、４Ａ、２１Ａ平歯車部
１Ｂ係合部
２第一の検出体
３、５、２２磁石
４第二の検出体
７、９、２４磁気検出素子
８第一の検出手段
１０第二の検出手段
２１補助検出体
２３配線基板
２５補助検出手段
２６制御手段
２７ケース
２８カバー

Claims

ステアリングに連動して回転する回転体と、この回転体に連動して回転する第一の検出体と、この第一の検出体に連動して回転する第二の検出体と、上記第一及び第二の検出体の回転を検出信号として検出する第一の検出手段及び第二の検出手段と、上記第一及び第二の検出手段からの検出信号により上記回転体の回転角度を検出する制御手段からなり、さらに上記回転体と連動して回転する補助検出体と、この補助検出体の回転を検出信号として検出する補助検出手段を設けると共に、上記第一及び第二の検出体と上記補助検出体の回転速度を各々異なるものとし、上記第一及び第二の検出手段、上記第二の検出手段と上記補助検出手段、上記第一の検出手段と上記補助検出手段からの各検出信号によって、上記制御手段が回転体の仮の角度を各々演算し、これらの演算値が所定範囲内であった時に、上記第一及び第二の検出手段からの各検出信号によって上記回転体の角度を検出する回転角度検出装置。
いずれかの演算値が所定範囲外の時には、制御手段が所定の警告信号を出力する請求項１記載の回転角度検出装置。