JP2004233099A - ステアリング操舵角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を伴うことなく、高い分解能が得られるステアリング操舵角検出装置を提供する。
【解決手段】ステアリングシャフトと一体に回転するメインディスク１と、１２度ピッチで異なるパターンとなるように設定したスリットＳ１〜Ｓ５と、メインディスク１が回転したときスリットＳ１〜Ｓ５のパターンを検出するフォトインタラプタ３と、メインディスク１が１回転したとき９０／１４回転するように設定した補助ディスク２と、３６０／１４度ピッチで異なるパターンとなるように設定したスリットＳ６〜Ｓ９と、補助ディスク２が回転したときスリットＳ６〜Ｓ９のパターンを検出するフォトインタラプタ４とを設け、検出されたスリットＳ１〜Ｓ５とスリットＳ６〜Ｓ９の組み合わせに基づいて、ステアリングの操舵角を求める。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングのニュートラル位置からの絶対角を検出するのに好適なステアリング操舵角検出装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のステアリング操舵角検出装置としては、ステアリングシャフトと一体に回転する回転板と、この回転板が１回転する毎に回転板に設けた間欠歯車と噛合し所定角度回転するよう構成された歯車体とを備えた車両用ステアリングセンサが公知である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
回転板には、同心円状で、かつ周方向に１０度を基本単位とする所定角度に亘って６列の信号用スリット溝が形成されている。そして、この信号用スリット溝の回転軌跡を挟んで対向する投光素子と受光素子とを備えたフォトインタラプタから、回転板が１０度回転する毎に回転板の回転位置を示す信号が出力される。
【０００４】
また、歯車体には、３重の同心円状で、かつ周方向に６０度ピッチとなる所定位置にスリットが形成されている。そして、このスリットの回転軌跡を挟んで対向する投光素子と受光素子とからなるフォトインタラプタから、歯車体の回転位置を示す信号が出力される。
【０００５】
すなわち、この車両用ステアリングセンサによれば、回転板の回転位置と歯車体の回転位置とから、ステアリングのニュートラル位置（ステアリングシャフトの回転角が０度の位置）からの絶対角を検出することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１４３５３５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のステアリング操舵角検出装置において、１０度に設定された分解能をさらに向上させるためには、信号用スリット溝の列を６列から７列または８列と増加させる必要がある。ところが、信号用スリット溝の列を増加させるためには、信号用スリット溝自身の幅や信号用スリット溝同士の間隔を一定とした場合、回転板の面積を大きくしなければならないため、装置の大型化を伴うという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、装置の大型化を伴うことなく、高い分解能が得られるステアリング操舵角検出装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明請求項１に記載のステアリング操舵角検出装置では、ステアリングシャフトと一体に回転するメインディスクと、このメインディスクの周方向に環状配置し、メインディスクの回転角に応じた角度情報を設定した第１被検出部と、この第１被検出部に面し、第１被検出部の角度情報を検出する第１角度情報検出手段と、前記メインディスクの回転に応じて回転する補助ディスクと、この補助ディスクの周方向に環状配置し、補助ディスクの回転角に応じた角度情報を設定した第２被検出部と、この第２被検出部に面し、第２被検出部の角度情報を検出する第２角度情報検出手段と、検出された第１被検出部と第２被検出部の角度情報に基づいて、ステアリング操舵角を求める操舵角算出手段と、を備えたステアリング操舵角検出装置において、前記補助ディスクを、メインディスクが１回転したとき、
Ｎ＋α（Ｎは自然数，０＜α＜１）
回転するように設定したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のステアリング操舵角検出装置において、前記メインディスクに、歯数Ｔｍの第１歯車部を設け、前記補助ディスクに、歯数Ｔｓの第２歯車部を設け、前記第１被検出部の角度情報を、所定角度間隔でＰｍ個設定し、前記補助ディスクを、メインディスクが１回転したとき、
Ｎ＋α｛Ｎは自然数，Ｒ＜α＜１−Ｒ，Ｒ＝（１／Ｐｍ）×（Ｔｍ／Ｔｓ）｝
回転するように設定したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
ステアリングシャフトが回転したとき、メインディスクが一体に回転し、第１角度情報検出手段により、メインディスクの回転角に応じた角度情報が検出される。また、メインディスクの回転に応じて補助ディスクが回転し、第２角度情報検出手段により、補助ディスクの回転角に応じた角度情報が検出される。そして、操舵角算出手段により、検出された２つの角度情報に基づいて、ステアリングの操舵角が求められる。
【００１２】
ここで、補助ディスクは、メインディスクを１回転させたとき、
Ｎ＋α（Ｎは自然数、０＜α＜１）
回転するように設定されているため、ステアリングを１回転させたときと２回転させたときでは、第１角度情報検出手段により検出される角度情報は同一であるが、第２角度情報検出手段により検出される角度情報は異なる。
【００１３】
なお、ステアリングシャフトは、通常片側２回転以内で使用されるため、３回転目以上の回転を考慮する必要はない。
【００１４】
よって、本発明にあっては、ステアリングの絶対角を検出でき、例えば、イグニッションキーをオフした状態でドライバがステアリングを操作した場合でも、次にイグニッションキーをオンしたとき、直ちにステアリングの絶対角を求めることができる。
【００１５】
また、２つの角度情報を組み合わせて操舵角を算出するため、分解能をより細かく設定することができ、一方の被検出部の角度情報をより複雑化することによってのみ高い分解能が得られる従来技術に比して、ディスクの大型化を伴うことなく高い分解能が得られる。
【００１６】
請求項２に記載の発明では、第１被検出部の角度情報を所定角度間隔でＰｍ個設定し、メインディスクと補助ディスクを歯数Ｔｍと歯数Ｔｓの歯車部により連動する構成とした場合において、
補助ディスクを、メインディスクが１回転したとき、
Ｎ＋α｛Ｎは自然数，Ｒ＜α＜１−Ｒ，Ｒ＝（１／Ｐｍ）×（Ｔｍ／Ｔｓ）｝
回転するように設定した。
【００１７】
すなわち、Ｒは、メインディスクの角度情報出力が変わるだけの補助ディスクの回転数であり、α≦Ｒまたはα≧１−Ｒとした場合には、ステアリングの１回転目と２回転目とで、第１被検出部と第２被検出部との組み合わせにおいて同一の組み合わせが発生してしまう。
【００１８】
よって、Ｒ＜α＜１−Ｒとなるようにαを設定することにより、ステアリングの一回目と２回転目とで、第１被検出部と第２被検出部とを異なる組み合わせとすることができ、左右２回転目までの絶対角を検出できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のステアリング操舵角検出装置を実現する実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２０】
まず、構成を説明する。
図１は本実施の形態のステアリング操舵角検出装置の構造を示す正面図、図２は図１のＳ２−Ｓ２断面図である。
【００２１】
図において、１はメインディスク、２は補助ディスク、３および４はフォトインタラプタ（第１角度情報検出手段，第２角度情報検出手段に相当）であり、これらはアッパケース５ａとロアケース５ｂとに挟装された状態で、ステアリングパッドに内設されている。
【００２２】
メインディスク１は、中央の取り付け穴１ａに図外のステアリングシャフトが挿嵌され、ステアリングシャフトと一体に回転する。メインディスク１の周部には、歯数Ｔｍ＝９０の歯車１ｂが形成されている。また、このメインディスク１の周縁部には、５重の同心円状で、かつ周方向に１２度を基本単位とする所定角度に亘って、角度情報の数Ｐｍ＝３０のスリットＳ１〜Ｓ５（第１被検出部に相当）が形成されている。
【００２３】
スリットＳ１〜Ｓ５の設定例を図４に示す。スリットＳ１〜Ｓ５の組み合わせは、１２度ピッチで全て異なるパターンに設定されている。なお、図のようにメインディスク１を１２度ピッチで３０分割してそれぞれに１〜３０までナンバーを割り当てたとき、ナンバー、角度およびスリットＳ１〜Ｓ５の有無（○がスリット有り）の対応関係は、図５のようになる。
【００２４】
補助ディスク２は、ケース５内に回動自在に設けられ、同心状にメインディスク１の歯車１ｂと噛み合う歯数Ｔｓ＝１４の歯車２ａが形成されている。すなわち、ステアリングシャフトに従動してメインディスク１が１回転したとき、補助ディスク２は、Ｔｍ／Ｔｓ＝９０／１４（約６．４）回転するように設定されている。
【００２５】
また、補助ディスク２の周縁部には、４重の同心円状で、かつ周方向に３６０／１４度を基本単位とする所定角度に亘って、角度情報の数Ｐｓ＝１４のスリットＳ５〜Ｓ９（第２被検出部に相当）が形成されている。
【００２６】
スリットＳ６〜Ｓ９の設定例を図６に示す。スリットＳ６〜Ｓ９の組み合わせは、３６０／１４度ピッチで全て異なるパターンに設定されている。なお、図のように補助ディスク２を３６０／１４（約２５．７）度ピッチで１４分割し、それぞれに１〜１４までナンバーを割り当てたとき、ナンバー、角度およびスリットＳ６〜Ｓ９の対応関係は、図７のようになる。
【００２７】
フォトインタラプタ３は、メインディスク１のスリットＳ１〜Ｓ５の回転軌跡に面して対向する図外の投光素子および受光素子とを有する５つの光センサ３ａ〜３ｅを備えている。これら光センサ３ａ〜３ｅは、メインディスク１の径方向に並んで配置されている。光センサ３ａ〜３ｅは、スリットＳ１〜Ｓ５を検出したときに検出信号を図外の操舵制御装置（操舵角算出手段に相当）へ出力する。
【００２８】
フォトインタラプタ４は、補助ディスク２の各スリットの回転軌跡に面して対向する図外の投光素子および受光素子とを有する４つの光センサ４ａ〜４ｄを備えている。これら光センサ４ａ〜４ｄは、補助ディスク２の径方向に並んで配置されている。光センサ４ａ〜４ｄは、スリットＳ６〜Ｓ９を検出したときに検出信号を図外の操舵制御装置へ出力する。
【００２９】
次に、フォトインタラプタ３，４の細部構造を説明する。なお、２つのフォトインタラプタ３，４は、光センサの個数のみ異なり、その他の構成は同一であるため、フォトインタラプタ４の構造のみ説明する。
【００３０】
図３は、図２のフォトインタラプタ４の細部を示す拡大図であり、ケース４ｅの中央は、補助ディスク２に面して凹部４ｆが形成され、この凹部４ｆを挟んで、図の上方に投光素子としての発光ダイオードが、下方には受光素子としてのフォトダイオードがそれぞれ基板４ｇ，４ｈ上に直列配設されている。また、凹部４ｆには、発光ダイオードおよび受光素子に面して８つの開口部４ｉが形成されている。
【００３１】
基板４ｈにはコネクタ端子４ｊの一端が接続され、このコネクタ端子４ｊの他端は、ケース４ｅの凹部４ｆと反対側に設けられたコネクタ部４ｋの内部に突出している。コネクタ部４ｋは、電源供給・アース・通信線として、図外のステアリングハーネスと接続されている。フォトインタラプタ３，４のスリット検出信号は、ステアリングハーネスから車内ＬＡＮを介して図外の操舵制御装置に出力される。
【００３２】
図８は、ステアリング操舵角検出装置の制御系の構成を示すブロック図である。
操舵制御装置６は、フォトインタラプタ３，４からスリットＳ１〜Ｓ９の検出信号をそれぞれ受信すると、予めＥＥＰＲＯＭ７に記憶された図５，７の対応関係に応じて、メインおよび補助ディスクナンバーをそれぞれ求める。
【００３３】
そして、２つのナンバーから、ＥＥＰＲＯＭ７に記憶されたメインおよび補助ディスクナンバーと絶対角との対応関係に基づいて、ステアリングの絶対角を求める。
【００３４】
図９に、ステアリングホイールをニュートラル位置から右回りに１回転したときの、メインディスクナンバーと補助ディスクナンバーと絶対角との対応関係を示す。
【００３５】
次に、作用を説明する。
［分解能について］
ドライバの操舵に応じて、ステアリングシャフトと一体のメインディスク１が回転するとともに、補助ディスク２がメインディスク１に対して速度比Ｔｍ／Ｔｓ＝９０／１４でメインディスク１と反対方向に回転する。
【００３６】
ここで、メインディスク１には、１２度ピッチで角度情報の数Ｐｍ＝３０のスリットパターンが設定され、一方、補助ディスク２には、３６０／１４度ピッチで角度情報の数Ｐｓ＝１４のスリットパターンが設定されている。また、メインディスク１が１２度回転する毎に、補助ディスク２は１２×（９０／１４）度回転する。
【００３７】
すなわち、フォトインタラプタ３がスリットＳ１〜Ｓ５の一つのスリットを検出している間、フォトインタラプタ４が検出するスリットＳ６〜Ｓ９のパターンは、
｛１２×（９０／１４）｝／（３６０／１４）＝３
であるから、本実施の形態のステアリング操舵角検出装置は、４度の分解能でステアリングの操舵角を検出できる。
【００３８】
［絶対角検出条件について］
メインディスク１が１回転したとき、補助ディスク２の回転数をＮ＋α（Ｎは自然数）とすると、メインディスク１の１回転目と２回転目とで、メインディスク１側のスリットＳ１〜Ｓ５と補助ディスク２側のスリットＳ６〜Ｓ９の組み合わせが同一とならないようにするためには、
Ｒ＜α＜１−Ｒ
を満足する必要がある。
【００３９】
ここで、Ｒは、メインディスク１の角度情報出力が変わるだけの補助ディスク２の回転数であり、
Ｒ＝（１／Ｐｍ）×（Ｔｍ／Ｔｓ）
で表すことができる。
本実施の形態では、Ｒ＝（１／３０）×（９０／１４）＝３／１４となり、αが、
３／１４＜α＜１１／１４を満足すればよい。
【００４０】
本実施の形態では、メインディスク１が１回転したとき、補助ディスク２は、９０／１４回転、すなわち、６＋６／１４回転するように設定されているため、
α＝６／１４
となり、αは３／１４＜α＜１１／１４を満足している。
よって、ステアリングの１回転目と２回転目とで同一のスリットの組み合わせが発生しないため、ステアリング絶対角を求めることができる。
【００４１】
［ステアリング操舵角検出作用］
（ステアリングホイールが１回転目のとき）
例えば、ドライバがステアリングホイールをニュートラル位置から右回りに３０度回転させた場合、メインディスク１はステアリングホイールと一体に３０度回転し、フォトインタラプタ３は、スリットＳ３を検出する（図５参照）。
【００４２】
一方、補助ディスク２は３０度×９０／１４≒１９３度回転するため、フォトインタラプタ４は、スリットＳ７，Ｓ８を検出する（図７参照）。
【００４３】
操舵制御装置６は、フォトインタラプタ３，４のスリット検出信号に基づいて、メインディスクナンバーＮｏ３と補助ディスクナンバーＮｏ８とを選択し、図９の対応関係から、ステアリングの操舵角２８度が求められる。
【００４４】
（ステアリングホイールが２回転目のとき）
一方、ドライバがステアリングホイールをニュートラル位置から右回りに３９０度、すなわち、右回りに１回転＋３０度回転させた場合、メインディスク１において、フォトインタラプタ３は、スリットＳ３を検出する（図５参照）。
【００４５】
また、補助ディスク２において、一方、補助ディスク２は３９０度×９０／１４≒２５０７度（６回転＋３４７度）回転するため、フォトインタラプタ４は、スリットＳ７，Ｓ８，Ｓ９を検出する（図７参照）。
【００４６】
操舵制御装置６は、フォトインタラプタ３，４のスリット検出信号に基づいて、メインディスクナンバーＮｏ３と補助ディスクナンバーＮｏ１４とを選択し、図１０に示すような対応関係から、ステアリングの操舵角３８８度が求められる。
【００４７】
次に、効果を説明する。
本実施の形態のステアリング操舵角検出装置にあっては、次に列挙する効果を得ることができる。
【００４８】
（１） メインディスク１が１回転したとき、補助ディスク２は６＋６／１４回転するように歯車１ｂと歯車２ａの歯数を設定したため、ステアリングホイールの１回転目と２回転目とで検出されるスリットパターンが異なり、ステアリングの絶対角を求めることができる。
【００４９】
（２） 加えて、スリットＳ１〜Ｓ５のパターンを１２度ピッチで設定し、スリットＳ６〜Ｓ９のパターンを２５．７度ピッチで設定したため、ステアリングの操舵角を、高い分解能（４度）で求めることができる。
【００５０】
（その他の実施の形態）
以上、本発明を実現する実施の形態を説明してきたが、本発明の具体的な構成は本実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００５１】
例えば、本実施の形態では、第１，第２被検出部をスリット列とし、第１，第２角度情報検出手段をフォトインタラプタとしたが、これらは任意に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のステアリング操舵角検出装置を示す正面図である。
【図２】図１のＳ２−Ｓ２断面図である。
【図３】図２のフォトインタラプタを示す拡大図である。
【図４】メインディスクのスリットの設定例を示す正面図である。
【図５】メインディスクの回転角とスリットとの対応関係を示す説明図である。
【図６】補助ディスクのスリットの設定例を示す正面図である。
【図７】補助ディスクの回転角とスリットとの対応関係を示す説明図である。
【図８】ステアリング操舵角検出装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図９】ステアリングホイール右回り１回転目における、メインディスクナンバーと補助ディスクナンバーと絶対角との対応関係を示す説明図である。
【図１０】ステアリングホイール右回り２回転目における、メインディスクナンバーと補助ディスクナンバーと絶対角との対応関係を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｓ１〜Ｓ９ スリット
１ メインディスク
１ａ 取り付け穴
１ｂ 歯車
２ 補助ディスク
２ａ 歯車
３ フォトインタラプタ
３ａ〜３ｅ 光センサ
４ フォトインタラプタ
４ａ〜４ｄ 光センサ
４ｅ ケース
４ｆ 凹部
４ｇ 基板
４ｈ 基板
４ｉ 開口部
４ｊ コネクタ端子
４ｋ コネクタ部
５ａ アッパケース
５ｂ ロアケース
６ 操舵制御装置
７ ＥＥＰＲＯＭ

Claims (2)

1. ステアリングシャフトと一体に回転するメインディスクと、
   このメインディスクの周方向に環状配置し、メインディスクの回転角に応じた角度情報を設定した第１被検出部と、
   この第１被検出部に面し、第１被検出部の角度情報を検出する第１角度情報検出手段と、
   前記メインディスクの回転に応じて回転する補助ディスクと、
   この補助ディスクの周方向に環状配置し、補助ディスクの回転角に応じた角度情報を設定した第２被検出部と、
   この第２被検出部に面し、第２被検出部の角度情報を検出する第２角度情報検出手段と、
   検出された第１被検出部と第２被検出部の角度情報に基づいて、ステアリング操舵角を求める操舵角算出手段と、
   を備えたステアリング操舵角検出装置において、
   前記補助ディスクを、メインディスクが１回転したとき、
   Ｎ＋α（Ｎは自然数，０＜α＜１）
   回転するように設定したことを特徴とするステアリング操舵角検出装置。
2. 請求項１に記載のステアリング操舵角検出装置において、
   前記メインディスクに、歯数Ｔｍの第１歯車部を設け、
   前記補助ディスクに、歯数Ｔｓの第２歯車部を設け、
   前記第１被検出部の角度情報を、所定角度間隔でＰｍ個設定し、
   前記補助ディスクを、メインディスクが１回転したとき、
   Ｎ＋α｛Ｎは自然数，Ｒ＜α＜１−Ｒ，Ｒ＝（１／Ｐｍ）×（Ｔｍ／Ｔｓ）｝
   回転するように設定したことを特徴とするステアリング操舵角検出装置。

Images