JPH03120419A - 車両用舵角センサの消費電力低減方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は車両用舵角センサの消費電力低減方法に関する
ものである。

従来の技術 操舵輪の転舵角に応じて各種の制御を行う車両において
は、該操舵輪の転舵角を検出する舵角センサを設けるこ
とが必要である。

回転する物体の回転角を検出する手段としては、円周を
等分割するようなピッチで放射状にスリットを設けた回
転円板と該回転円板のスリット部を両側からはさむよう
に固定側に設けられるフォトカプラ（発光素子と受光素
子との組み合わせよりなる）とからなる光学式ロータリ
エンコーダや、例えば円周面上にＮ極とＳ極とを交互に
円周を等分割するようなピッチで着磁した回転ドラムと
該回転ドラムの円周面に近接対向するよう固定側に設け
られる磁気センサ（磁気抵抗素子やホール素子）とから
なる磁気式ロータリエンコーダ等が従来より知られてお
り、上記回転円板又は回転ドラムを車両のステアリング
シャフトに固定すると共にステアリングコラム等の固定
側にフォトカプラ又は磁気センサを固着することにより
ステアリングシャフトの回転角即ち舵角を検出するよう
にしたものは従来より種々開発されている（例えば実開
昭６２−５１２１４号公報参照）。

発明が解決しようとする課題 車両の舵角センサとして上記のような光学式或は磁気式
等のロータリエンコーダを用いようとする場合、いくつ
かの問題点がある。

その第１は、上記のようなロータリエンコーダは基本的
には回転体であるステアリングシャフトの回転角変位量
を検出するものであるから、舵角ゼロの点を設定してこ
れを基準位置とし、該基準位置からの回転角変位量（転
舵の方向によって＋、−の符号をもつ）を加算すること
によって絶対舵角を検出できるものであり、該基準位置
の設定は例えば回転円板又は回転ドラムに設けられた中
立位置マークと固定側に設けられ該中立位置マークを検
出する中立位置検出点とにより行われる。

しかしながら、車両のステアリング装置においてステア
リングシャフトの最大回転数は一般に２回転以上４回転
未満程度に構成されているので、上記中立位置マークの
検出点は真の基準位置のほかに該真の基準位置から３６
０°左及び右に回転した位置の合計３点となり、真の基
準位置からの回転角変位量の加算を継続して行っている
間は絶対舵角の検出を行い続けるが、電源が切れその時
点での絶対舵角の記憶を喪失するとその後電源が入って
も上記３点の中立位置検出点のうちから真の基準位置を
確定し再設定するという厄介なる操作を行わない限り以
後の絶対舵角の検出ができなくなってしまう。

そこで従来はイグニッションスイッチをオフとした駐車
時においても舵角検出システム全体の電源はオン状態に
保ち、絶対舵角の記憶を喪失することがないようにする
と共に、駐車時における舵角変化をも検出するようにし
ている。

第２の問題は舵角検出における高分解能化の問題である
。

例えば光学式ロータリエンコーダでは、回転円板がスリ
ッ）１のピッチ分だけ回る間にフォトカプラの受光素子
が光の明暗変化を１回受光し正弦波状の出力電圧に置換
え、又磁気式ロータリエンコーダでは回転ドラムのＮ極
とＳ極の１ピッチ分だけ回る間に磁気センサが磁力の強
弱変化を１回検出して正弦波状の出力電圧を発する。

このように回転円板又は回転ドラムが１ピッチ回る毎に
発する１波形の出力信号をパルス化し、このパルス数を
マイクロコンピュータでカウントし舵角変化量を求める
通常の舵角検出方法では、舵角検出の分解能は回転円板
のスリットの数１回転ドラムのＮ極とＳ極の数によって
きまる。

ところが磁気回転円板や回転ドラムの大きさは設置スペ
ースの面であまり大きくすることはできず、従ってスリ
ット或はＮ、Ｓ極の数も自ら限界があり、分解能を充分
に高くすることができない。

そこで９０°位相のずれた２つの正弦波出力信号（電圧
）を発する光学式又は磁気式のロータリエンコーダを用
い、この２つの正弦波出力信号をＡ／Ｄ変換しその２つ
のデジタル値（電圧値）からマイクロコンピュータが舵
角を演算にて求める舵角検出方法が開発され、この方法
によればスリットやＮ、Ｓ極の数とは関係なく、正弦波
をいくらでも細かく区切ることができるので著しい高分
解能化が可能となる。

このように９０°位相のずれた２つの正弦波の出力値か
ら舵角を演算にて求める方法のものも、ステアリングシ
ャフトの最大回転範囲で複数サイクルの正弦波出力信号
を発するので、電源が一旦切れると基準位置の再設定を
行わない限り以後の絶対舵角の検出ができなくなること
はパルスをカウントして舵角検出を行うタイプのものと
同様である。

上記のように９０°位相のずれた２つの正弦波出力信号
の出力値から舵角を演算にて求める方法は、分解能をい
くらでも高くすることができるので車両用舵角検出方法
として極めて有効であるが、舵角検出システムの消費電
力がパルスをカウントする方法のものに比し極めて大き
く、駐車時バッテリバックアップによる長時間の動作補
償が難しくなるという課題を有している。

本発明はこのような課題に対処することを主目的とする
ものである。

課題を解決するための手段 本発明は、ステアリングシャフトの回転に応じて９０″
位相のずれた複数サイクルの２つの正弦波出力信号を発
するロータリエンコーダの該正弦波出力信号の出力値か
らマイクロコンピュータが絶対舵角を演算にて求める常
用の舵角検出回路と、上記ロータリエンコーダの２つの
正弦波出力信号を波形整形回路で２つの方形波パルスと
しゲート回路を通してカウンタに入力させ舵角変化量を
積算する補助回路とを設け、車両のイグニッションスイ
ッチがオフとなったとき上記マイクロコンピュータの絶
対舵角の記憶だけを残して上記常用の舵角検出回路の電
源を切ると共に上記補助回路を動作させ、次にイグニッ
ションスイッチがオンとなったとき該補助回路のカウン
タがａ算した舵角変化量ノ値をマイクロコンピュータが
読み込んだ後、上記常用の舵角検出回路が絶対舵角検出
の動作をはじめるようにしたことを特徴とするものであ
る。

作用 ９０°位相のずれた２つの正弦波出力信号の出力値力ら
マイクロコンピュータが絶対舵角を演算にて求める場合
に比し、２つの正弦波出力信号を方形波パルスとしてこ
れをゲート回路を通して単にカウントする補助回路は消
費電流が著しく小であるので、上記のようにイグニッシ
ョンスイッチをオフとした駐車中の舵角変化量を補助回
路で行うように切換えることにより、駐車状態での消費
電力の大幅な低減をはかることができ、バッテリ上りの
おそれをほとんどなくすることができる。

また、イグニッションスイッチをオフとした時点での絶
対舵角の記憶と１次にイグニッションスイッチをオンと
した時点での補助回路のカウンタが積算した駐車中の舵
角変化量を読み込むこととにより、正確な絶対舵角検出
を続行することができる。

実施例 以下本発明の実施例を付図を参照して説明する。

本発明で使用する舵角センサは、ステアリングシャフト
の回転に応じて９０°位相のずれた２つの正弦波出力信
号を発する任意の光学式或は磁気式等のロータリエンコ
ーダを採用できるが、以下スリット円板と発、受光素子
とをステアリングシャフトとステアリングコラム等の固
定側にそれぞれ取付けた光学式ロータリエンコーダを例
にとって説明する。

上記光学式ロータリエンコーダにおいて、ステアリング
シャフトと一体となってスリット円板が回ると、スリッ
トの１ピッチ分だけ回る間に２つの受光素子はスリット
を通して光の明暗変化をそれぞれ１回受光し、正弦波発
生器は第２図（イ）に示すような９０″位相のずれた２
つの正弦波出力信号（電圧）に置換える。

第１図に示すように、正弦波発生器１の上記正弦波出力
信号（９０°位相のずれたＰｈｌ。

Ｐｈ２の２つの正弦波出力信号がそれぞれ発せられる）
は、インタフェース回路２を通してＡ／Ｄコンバータ３
に入力され、ここ′１％Ａ／Ｄ変換されその出力値（電
圧値）はマイクロコンピュータ４（以下マイコンと称す
）に入力される。この場合Ａ／Ｄコンバータ３に入力さ
れる波形が正弦波であるので第２図（イ）に示すように
入力波形の出力値に応じた角度に変換することができ、
回転角分解能を向上させることができる。

即ち、第２図（イ）に示すように第１の正弦波Ｐｈｌの
出力値ゼロのある点を中立位置ＮＰとし、該第１の正弦
波Ｐｈ＋の出力値から回転角を求めようとすると、例え
ばＡ点とＢ点とは出力値が同じであるので中立位置から
の回転角が０１であるかθ２であるかの判定はできない
。

しかしこれに９０’位相のずれた第２の正弦波Ｐｈ２を
用いると、Ａ点とＢ点とはＰｈ２の出力値から明瞭に判
別でき、Ｐｈ＋とＰｈ２の出力値に応じた回転角を求め
ることができ、又回転方向の判別もできる。

ここでステアリングシャフトの１回転につき複数サイク
ル（ｎサイクル）の正弦波信号を発するロータリエンコ
ーダを使用していると、正弦波ｌサイクル分のステアリ
ングシャフト回転角は３６０°／ｎとなるので、中立位
置ＮＰから１サイクル範囲を通りすぎ２サイクル目に入
ると、Ｐｈｌ及びＰｈ２の岡山力値からもとめられた回
転角に第１のサイクルに相当する角度３６０°／ｎを加
算した値がステアリングシャフトの実際の回転角となり
、このようにして中立位置ＮＰから右又は左方向へ動い
たサイクル数を順次積算（例えば右方向の動きを＋、左
方向の動きを−とする等回転方向によって＋。

〜の符号をもって積算する）してそれを記憶し、あるサ
イクル内でＰｈ＋とＰｈ２の出力値から求めた回転角に
中立位置からその直前までのサイクル数に相当する角度
を加算することによって常に正確なステアリングシャフ
トの回転角即ち絶対舵角を求め続けることができ、例え
ば後輪を前輪舵角に応じて操舵する後輪操舵制御装置の
後輪操舵指令値演算部等、前輪舵角に応じて制御される
任意の機構の制御部に検出した絶対舵角値の情報を与え
続ける。

上記のように％９０’位相のずれた２つの正弦波出力信
号をインタフェース回路を通してＡ／ＤコンバータでＡ
／Ｄ変換しその出力値に応じた角度を得ると言う方法を
採ると上記出力値をいくらでも細かく区切ることができ
るので分解能が向上し精度の高い絶対舵角の検出を行う
ことができるが、回路構成が大きく消費電流が大きい（
マイコンを含めて３０ｍＡ程度）。

エンジンが動いているときは消費電力がこの程度に大き
くても問題ないが、イグニッションスイッチがオフとな
っている駐車時もステアリングハンドルが回されること
があるのでそれに備えて常に電源はオン状態に保ってお
く必要があり、このような駐車状態が長く続くと上記の
ように消費電流が大きい場合はバッテリあがりのおそれ
が生じる。

そこで本発明は、第１図に示すように、正弦波発生器１
の正弦波出力信号Ｐｈｌ　、　Ｐｈ２をインタフェース
回路２を通してＡ／Ｄコンバータ３でＡ／Ｄ変換しその
出力値をマイコン４に入力させる常用の回路とは別に、
正弦波発生器１の正弦波出力信号Ｐｈ、、Ｐｈ２を波形
整形回路５で方形波Ｐ　Ｈ１ｖ　Ｐ　Ｈ２としこれをゲ
ート回路６を介してカウンタ７に入力し、該カウンタ７
で舵角変化量の積算を行う補助回路を設け、イグニッシ
ョンスイッチがオンのときは前述した常用の回路で精度
の高い絶対舵角検出を行い、イグニッションスイッチが
オフとなると上記常用の回路はマイコン４の記憶装置の
みを残してすべての電源を切ると共に補助回路が作動し
てその時点からの舵角変化量をカウントし、次にイグニ
ッションスイッチがオンとなり常用の回路が作動をはじ
めるとカウンタ７が積算した舵角変化量をマイコン４が
読み込んで上記記憶装置が記憶しているイグニッション
スイッチオン時点での絶対舵角にそれを加算してイグニ
ッションスイッチオン時点での絶対舵角とし、以後は２
つの正弦波出力信号をＡ／Ｄ変換して得た出力値の入力
にて絶対舵角検出を行うようにしたものである。

即ち、２つの正弦波Ｐ　ｈｌ＊　Ｐ　ｈ２を方形波パル
スＰＨＩ、ＰＨ２としこれをゲート回路６を介してカウ
ンタ７に入力する補助回路では、正弦波の１サイクルに
つき１つのパルスであるから、イグニッションスイッチ
がオフの間に何すイクル分どちらの方向に舵角が動いた
かと言うことだけが検出できるが、イグニッションスイ
ッチが次にオンとなったときマイコン４がカウンタ７か
らその何すイクル分どちらの方向に舵角が動いたかとい
う駐車中の舵角変ｌｈ量の情報を読み込むことにより、
記憶している駐車直前の絶対舵角のサイクル単位での補
正が行われ、以後はＰｈｉ　、　Ｐｈ２の出力値から細
かい回転角検出を行うことにより正確な絶対舵角を得る
ことができるものである。

上記補助回路の波形整形回路で得られた方形波パルスＰ
Ｈ，，ＰＨ２は第２図（０）に示すように分解能は正弦
波の出力値から舵角を求める場合に比しかなり劣るが、
その代りに消費電流は波形整形回路５．ゲート回路６．
カウンタ７のすべてを合計しても数ｍＡ程度であり、前
記常用の回路の消費電流にくらべ極めて小であるので、
駐車時における消費電力は極めて小となり、バッテリ上
りのおそれはほとんどなくなる。

又駐車中には荊輪操舵に応じて制御されるべき機構の該
制御は不要であるので補助回路で駐車中の大まかな舵角
変化量をカウントするだけで充分用は足りる。

次に、補助回路の原理的構成例を第３，４図を参照して
説明する。

波形整形回路５はコンパレータにて構成され（構成は一
般的であるのでバイアス回路は省略しである）、位相の
ずれた２相の出力信号Ｐｂ＋、Ｐｈ２（左右回転により
位相関係は反転する）はコンパレータにより波形整形さ
れ第４図に示す方形波パルスＰＨ，，ＰＨ２を得る。Ｐ
Ｈ，、ＰＨ２はゲート回路であるＤ（ＤＥＬＡＹ）型フ
リップフロップのＤ端子及びクロック端子に入力され第
４図のＱｌ、Ｑ２に示すような出力を得る。該出力Ｑ１
．Ｑ２　とそれぞれの入力との論理ｔａ（ＡＮＤ）をと
り、出力２、．２？を得る。

第４図のＰＨＩ、ＰＨ２のような位相の場合はＺｌから
のみ方形波出力を得るが、操舵方向が逆向きとなるとＰ
ＨＩ、ＰＨ２の位相関係が逆転しＺ２からのみ方形波出
力が得られ、ＺＩ＊Ｚ２を次段のカウンタ７のアップ、
ダウン端子にそれぞれ入力させることにより、舵角変化
量の積算を行うことができる。

尚第１図示の実施例では常用の舵角検出回路を、９００
位相のずれた２つの正弦波出力信号をＡ／Ｄ変換しその
２つのデジタル値からマイコンが絶対舵角を演算にて求
めるものとした例を示しているが、９０°位相のずれた
２つの正弦波出力信号の出力値からアナログ演算にて角
度を求めこれをデジタル化してマイコンに入力させ絶対
舵角を演算にて求めるものであっても良く結局本発明に
おける常用の舵角検出回路としては９０°位相のずれた
２つの正弦波出力信号の出力値からマイコンが絶対舵角
を演算にて求める従来より公知の任意の回路を用い得る
。

発明の効果 以上のように本発明によれば、ステアリングシャフトの
回転に応じて９０″位相のずれた複数サイクルの２つの
正弦波出力信号を発するロータリエンコーダの該２つの
正弦波出力信号の出力値からマイクロコンピュータが絶
対舵角を演算にて求める常用の舵角検出回路のほかに、
上記ロータリエンコーダの２つの正弦波出力信号を波形
整形回路で方形波パルスとしゲート回路を通してカウン
タに入力させ舵角変化量を積算する補助回路を設け、イ
グニッションスイッチがオフとなったとき上記マイコン
の絶対舵角の記憶だけを残してその他の常用の舵角検出
回路の電源を切ると同時に補助回路を動作させ１次にイ
グニッションスイッチがオンとなると該補助回路のカウ
ンタから該カウンタがｖＸ′Ｊｉした舵角変化量の値を
マイコンが読み込んだ後、常用の舵角検出回路が絶対舵
角検出をはじめると言う方法を採ることにより、イグニ
ッションスイッチオフの駐車状態において舵角検出に要
する消費電力の著しい低減をはかり。

バッテリ上りのおそれをほとんどなくすることができる
もので、実用上多大の効果をもたらし得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図（イ
）、（Ｏ）は正弦波出力信号と方形波信号とをそれぞれ
示す図、第３図は第１図の波形整形回路とゲート回路部
の原理的構成例を示す回路図、第４図は第３図示の回路
における各出力信号のタイミングチャートである。 １・・・正弦波発生器、２・・・インタフェース回路、
３・・・Ａ／Ｄコンバータ、４・・・マイクロコンピュ
ータ、５・・・波形整形回路、６・・・ゲート回路、７
・・・カウンタ。 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ステアリングシャフトの回転に応じて９０°位相のずれ
   た複数サイクルの２つの正弦波出力信号を発するロータ
   リエンコーダの該２つの正弦波出力信号の出力値からマ
   イクロコンピュータが絶対舵角を演算にて求める常用の
   舵角検出回路と、上記ロータリエンコーダの２つの正弦
   波出力信号を波形整形回路で２つの方形波パルスとしゲ
   ート回路を通してカウンタに入力させ舵角変化量を積算
   する補助回路とを設け、車両のイグニッションスイッチ
   がオフとなったとき上記マイクロコンピュータの絶対舵
   角の記憶だけを残して上記常用の舵角検出回路の電源を
   切ると共に上記補助回路を動作させ、次にイグニッショ
   ンスイッチがオンとなったとき該補助回路のカウンタが
   積算した舵角変化量の値をマイクロコンピュータが読み
   込んだ後、上記常用の舵角検出回路が絶対舵角検出の動
   作をはじめるようにしたことを特徴とする車両用舵角セ
   ンサの消費電力低減方法。