JPH10318744A - 傾斜角センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の姿勢制御のための微少な角度検出を行
うことができ、振動などの外乱に強い傾斜角センサを提
供することを目的とする。 【解決手段】 軸３の周りに回転可能な円盤２の円周方
向に等間隔に配置された角度検出スリット２２を９０°
位相をずらして読み取る２対の光インタラプタ４２，４
３と、０°の信号を読み取るための１対の光インタラプ
ラタ４１をもっており、これにより高分解能な角度信号
をディジタル的に得ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車などの車両に
搭載され、重力方向に対してその傾斜角を測定する傾斜
角センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の安全機構の一つとして、
その走行時のスリップなどの異常な挙動を自動的に制御
する車両姿勢制御の技術が注目を集めている。この異常
な挙動を検出するためのセンサとして、加速度センサ、
ヨーレイトセンサなどが実用化されており、また同様の
センサとしてロール方向・ピッチ方向のわずかな傾きを
検知する傾斜角センサが注目を集めている。

【０００３】従来、傾斜角センサは特開昭６０−１５４
１０８号公報に記載されたものが知られている。図８に
従来の傾斜角センサを示す。振子部材１０１は自動車の
傾斜角度に応じて基板１０２に対する角度が変化する。
このとき、振子部材１０１は永久磁石１０３Ａ，１０３
Ｂの磁束を切る方向に回転する。振子部材１０１が速度
ｖで回転したとすると、振子部材１０１には回転する方
向と直角方向に誘起電圧が発生し、その誘起電圧によっ
て過電流が生じる。この過電流によって振子部材１０１
の回転方向と逆向きに速度ｖに比例した力が発生し、こ
の力が制動力となって振子部材１０１の回転を安定させ
る。角度の検出は、振子部材１０１に設けられた、スリ
ットを光インタラプタ１０４の光が透過するかどうかで
行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の傾斜角センサにおいて、高分解能化しようとする
と、機械的な分解能に制限されるため、鉛直方向０°か
らの微少角度を回転方向を含め正確に測定することは困
難であるという課題を有していた。

【０００５】本発明はこの課題を解決するためのもので
あり、自動車などの車両に搭載でき、そのロール方向ま
たはピッチ方向の傾斜角を高分解能に測定できる傾斜角
センサを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の傾斜角センサは、滑らかに回転できる円盤の
円周方向に等間隔に配置された角度検出スリットを９０
°位相をずらして読み取る２対の光インタラプタと、０
°の信号を読み取るための１対の光インタラプタをもっ
ており、これにより高分解能な角度信号をディジタルに
得ることが可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、軸周りに回転可能に支持された、一つの零点検出ス
リットと円周方向に等間隔に複数個の角度検出スリット
とをもつ円盤と、前記円盤に取り付けられたおもりと、
前記円盤を挟んで対向するように軸受けに対して固定さ
れた３対の受発光素子からなる光インタラプタと、前記
軸受けに対して固定され、前記おもりと過電流による電
磁的制動の相互作用を起こす位置に配置された過電流制
動手段とを含み、前記３対の光インタラプタの内の２対
は前記円盤の角度検出スリットによって光が透過または
遮断される位置にあり、またそれらはお互いに円盤の回
転方向に対して角度検出スリットの出現周期が９０°ず
れた位置関係にあり、ほかの１対の光インタラプタは前
記円盤が０°の位置にあるときに零点検出スリットを光
が透過する位置に配置した構成を有し、車両搭載時など
にも振動などの外乱の影響を抑え、ディジタル的に高分
解能な角度信号を得ることが可能となるという作用を有
する。

【０００８】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の発明において、おもりは導電性であってその
重心がその固定されている軸の近傍にあり、車両搭載時
の遠心力や加速、減速などの重力以外の力に対する感度
を小さくするように構成したことを特徴とするものであ
り、車両搭載時の遠心力や加速、減速による慣性力の影
響を受けにくくするという作用を有する。

【０００９】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１に記載の発明において、おもりが０°の付近のみに存
在し、０°付近の緩やかな角度変化と、それ以外の領域
の急峻な角度変化を検出可能に構成したことを特徴とす
るものであり、０°付近の車両姿勢制御用の角度検出目
的以外で、車両が横転するような角度に達したときにす
ばやい応答性をもって検知できるという作用を有する。

【００１０】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１に記載の発明において、３対の光インタラプタからの
信号を入力して角度情報として処理し、またイグニッシ
ョンスイッチのオン・オフ信号を入力して通常動作と省
電力動作を切り替える制御手段を付加したものであり、
車両が停止状態にあっても常にその傾斜角を認識できる
という作用を有する。

【００１１】本発明の請求項５に記載の発明は、軸周り
に回転可能に支持された、一つの零点検出スリットと円
周方向に等間隔に複数個の角度検出スリットとをもつ円
盤と、前記円盤に取り付けられ、鉛直下向きの位置に極
をもつ磁石を含むおもりと、前記円盤を挟んで対向する
ように軸受けに対して固定された３対の受発光素子から
なる光インタラプタと、前記軸受けに対して固定され、
前記おもりと過電流による電磁的制動の相互作用を起こ
す位置に配置された過電流制動手段と、前記過電流制動
手段の位置に構成した電磁石と、電源投入時のみに前記
電磁石にパルス電流を供給するパルス回路とを含み、前
記３対の光インタラプタの内の２対は前記円盤の角度検
出スリットによって光が透過または遮断される位置にあ
り、またそれらはお互いに円盤の回転方向に対して角度
検出スリットの出現周期が９０°ずれた位置関係にあ
り、他の１対の光インタラプタは前記円盤が０°の位置
にあるときに零点検出スリットを光が透過する位置に配
置した構成を有し、車両のイグニッションスイッチがオ
ンされた瞬間に傾斜角を認識できるという作用を有す
る。

【００１２】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図６を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の一実施の形態における
傾斜角センサの構成を示し、図１において、１は銅など
の導電性に優れた材料を用いたおもりである。２は薄い
円盤でありおもり１が固定されている。円盤２の円周方
向には等間隔θ°おきにＮ個の角度検出スリット２２が
刻まれており、またそれとは別の位置に一個所だけ後述
する光インタラプタに対応して鉛直方向を示す零点検出
スリット２１が刻まれている。３は軸であり、おもり１
と円盤２はその周りに自由に回転することができる。４
１は対面する発光素子および受光素子からなる光インタ
ラプタであり、軸３の軸受け３１に対して固定されてお
り、傾斜角センサが鉛直方向に対して０°に置かれたと
きに円盤２の零点検出スリット２１を光が透過し、それ
以外のときは円盤２により光が遮断される位置にある。
４２及び４３は同様に光インタラプタであり、軸受け３
１に対して固定されており、円盤２の円周方向の角度検
出スリット２２によって光が透過または遮断される位置
にあり、また角度検出スリット２２の出現周期に対して
９０°ずれた位置にある。５は磁石からなる過電流制動
手段であり、軸受け３１に対して固定されており、おも
り１をその磁束が貫通する位置に置かれている。ここで
光インタラプタ４１，４２，４３はスリット２１，２２
を設けた円盤２との間で光エンコーダを構成している。

【００１３】なお、おもり１と過電流制動手段５で、過
電流制動機構を構成すればよいので、おもり１を磁石、
過電流制動手段５を導電性材料で構成してもよい。

【００１４】次に、これらの動作を説明する。軸受け３
１は測定対象に対して固定されており、おもり１は重力
方向を向く。よって測定対象が軸３の周りに傾くと、そ
の傾きと同一におもり１及び円盤２が軸受け３１に対し
て回転する。このとき、光インタラプタ４１，４２，４
３は円盤２のスリットを通過することにより、その受光
素子からオン・オフの信号を出力する。０°を通って左
方向に回転した場合の各光インタラプタからの出力波形
を図２に示す。図２（ａ）は角度検出スリット２２と光
インタラプタ４２，４３との詳しい位置関係を示す。図
２（ｂ）はその出力波形である。エッジの変化が光イン
タラプタ４２に先に現れた場合は左回転、光インタラプ
タ４３に先に現れた場合は右回転とする。図２は左回転
を表す。図２において、光インタラプタ４１の立ち上が
りＡ点で０°の信号が得られ、このときから光インタラ
プタ４２及び４３のエッジ変化をカウントする。左方向
をプラスとして、光インタラプタ４２のエッジ変化Ｂを
検出し＋１とする。次に光インタラプタ４３のエッジ変
化Ｃを検出し＋２、以下同様にＤ，Ｅ，Ｆ，Ｇのエッジ
変化によりカウントしていく。これにより、０°からの
角度変化は、カウント数をｎとすると、θ×ｎ／４°と
して、ディジタル的に測定することができる。この場
合、スリット２２間のピッチ角度を４°とする。

【００１５】また、円盤２が回転すると、おもり１と過
電流制動手段５の相互作用によって、その回転速度に比
例した電磁制動力がはたらき、回転を抑制する。これに
より振動などによる外乱の影響を抑えることができる。

【００１６】以上の構成により、機械的分解能θに対し
て、θ／４の分解能を得ることができ、高分解能化、小
型化が可能となる。

【００１７】（実施の形態２）図３は本発明の第二の実
施の形態の傾斜角センサのおもりを示す。その他の構成
部分は図１に示す実施の形態１と同一であるため、説明
は省略する。図３において、１１はおもりであり、その
重心が回転軸の近傍にあることを特徴とする。

【００１８】以上の構造による動作は、実施の形態１に
示したものと同様であるが、軸３及び鉛直方向に垂直な
方向の加速度が加わったとき、おもり１１の重心０と軸
３の距離が小さいため、軸３の周りに作用するおもり１
１を回転させるトルクが小さくなる。このため、重力以
外の影響をあまり受けずに傾斜角を正確に測定すること
ができる。

【００１９】これにより、傾斜角センサを車両のロール
方向に取り付けた場合には、遠心力の影響を小さくし、
ピッチ方向に取り付けた場合には、加速や減速による加
速度の影響を小さくすることができる。

【００２０】（実施の形態３）図４は本発明の第三の実
施の形態の傾斜角センサのおもりを示す。その他の構成
部分は図１に示す実施の形態１と同一であるため、説明
は省略する。図４において、１２はおもりであり、その
鉛直下向き方向の一部分のみに過電流制動手段５と相互
作用する部分をもつことを特徴とする。

【００２１】以上の構造による動作は、実施の形態１に
示したものと同様であるが、鉛直方向に対して０°近辺
の制動部分１２１と過電流制動手段５とが相互作用する
部分では、円盤２の回転は制動力を受けるが、それ以外
の部分ではその制動力を受けずに、すばやい応答性を得
ることができる。

【００２２】これにより、車両の姿勢制御のための微少
な角度の検出に対しては、制動の効いた安定した領域
で、また車両の横転などの大きな動作角度の検出には、
制動を効かせていない、すばやい応答性の領域で動作さ
せることが可能となる。

【００２３】（実施の形態４）図５は本発明の第四の実
施の形態の傾斜角センサを示す。基本的には図１に示す
実施の形態１と同様の構成であるため、同一の部分につ
いてはその詳細な説明は省略する。図５において、１は
おもりであり、２はスリットをもつ円盤であり、おもり
１と円盤２は固定されており、軸３の周りに滑らかに回
転することができる。４１，４２，４３は円盤２のスリ
ットを読み取る光インタラプタである。５はおもり１と
電磁的な制動作用を起こす過電流制動手段である。６は
制動手段としてのマイコンであり、光インタラプタ４
１，４２，４３の信号を入力し、またイグニッションス
イッチ７の信号を入力して、その結果、オンのときには
光インタラプタ４１，４２，４３に定格電力を供給し、
オフのときには微少電力を供給する回路を有する。

【００２４】以上の構造による動作は、実施の形態１に
示したものと同様であるので、マイコン６の動作のみ説
明する。図６にフローチャートを示す。マイコン６は基
本的には常時電源が供給されており、ステップ６１にお
いて常にイグニッションスイッチのオン・オフの判定を
行う。オンのときはステップ６２において光インタラプ
タに定格の光電力を供給し、ステップ６３において三つ
の光エンコーダからの出力によって、そのエッジのカウ
ントにより傾斜角度を算出する。この算出方法は、実施
の形態１で示したものと同様である。次に、イグニッシ
ョンスイッチがオフのとき、ステップ６４において光イ
ンタラプタの光電力を動作可能な最低値に制御した後、
ステップ６５においてマイコンは省電力モードで動作す
る。このとき、ステップ６６において三つの光インタラ
プタまたはイグニッションスイッチのいずれかのレベル
変化を、外部割込み信号として待機している。いずれか
の外部割込みを受けると、イグニッションスイッチがオ
ンのときの動作を開始し、エンコーダ信号処理を行う。

【００２５】以上のように構成することにより、車両に
搭載された場合、車両が傾いた状態でイグニッションス
イッチがオンされても、０°の状態を経由することなく
常に正しい角度を測定することができる。

【００２６】（実施の形態５）図７は本発明の第五の実
施の形態の傾斜角センサを示す。基本的には図１に示す
実施の形態１と同様の構成であるため、同一の部分につ
いてはその詳細な説明は省略する。図７において、１は
磁石によるおもりであり、２はスリットをもつ円盤であ
り、おもり１と円盤２は固定されており、軸３の周りに
滑らかに回転することができる。図示はしていないが実
施の形態１と同様に円盤２のスリットを読み取る３対の
光インタラプタが存在することはいうまでもない。８は
おもり１と電磁的な制動作用を起こす過電流制動手段で
あり、導電性の材料で構成されており、またその周りに
は導線が巻かれており電磁石を形成している。９はイグ
ニッションスイッチ７の立ち上がり時の一回だけパルス
信号を発生するワンショットパルス回路であり、これに
より過電流制動手段８において形成されている電磁石に
電流を供給する。

【００２７】以上の構造による動作は、実施の形態１に
示したものと同様であるので、イグニッションスイッチ
７がオンになったときの初期動作のみ説明する。イグニ
ッションスイッチ７がオンになると、ワンショットパル
ス回路９よりある一定期間、過電流制動手段８の電磁石
に電流が供給される。このとき、電磁石には磁石ででき
たおもり１を引き付ける方向に磁界が形成され、おもり
１は過電流制動手段８の方向を向く。このとき、光イン
タラプタ４１により、零点検出スリットが検出され、角
度検出を開始することができる。以降は、電磁石に電流
は供給されず、実施の形態１に示したものと同様の動作
を行う。

【００２８】以上のように構成することにより、車両が
傾いた状態でイグニッションスイッチをオンとしても、
かならず一度は零点検出を行うので、イグニッションス
イッチをオンとした瞬間から角度検出が可能となり、か
つ車両停止中の消費電力も抑制することが可能である。

【００２９】本実施の形態においては、電磁石により傾
斜角センサを強制的に動作させ、零点検出するように構
成したが、他にワンショットパルス回路９を、イグニッ
ションスイッチがオンになった瞬間に、正負両方の電流
を一回ずつ電磁石に供給する構成とすることにより、お
もり１を軸３の周りに振らせて、傾斜角センサの動作を
確認することができる。このようにして、自己診断機能
をもたせることが可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、重力以外
の外乱の影響を少なく、高分解能な角度信号がディジタ
ル的に得られ、小型化も図りやすいという有利な効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による傾斜角センサを示
す正面図

【図２】（ａ）同センサの光インタラプタとスリットと
の位置関係を示す図（ｂ）同光インタラプタの出力波形
図

【図３】本発明の第二の実施の形態による傾斜角センサ
のおもりを示す平面図

【図４】本発明の第三の実施の形態による傾斜角センサ
のおもりを示す平面図

【図５】本発明の第四の実施の形態による傾斜角センサ
を示す構成図

【図６】同センサにおけるマイコンのフローチャート

【図７】本発明の第五の実施の形態による傾斜角センサ
を示す構成図

【図８】従来の傾斜角センサを示す断面図

【符号の説明】

１ おもり ２ 円盤 ３ 軸 ５ 過電流制動手段 ６ マイコン ７ イグニッションスイッチ ８ 電磁石 ９ ワンショットパルス回路 ２１ 零点検出スリット ２２ 角度検出スリット ３１ 軸受け ４１，４２，４３ 光インタラプタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸周りに回転可能に支持された、一つの
   零点検出スリットと円周方向に等間隔に複数個の角度検
   出スリットとをもつ円盤と、前記円盤に取り付けられた
   おもりと、前記円盤を挟んで対向するように軸受けに対
   して固定された３対の受発光素子からなる光インタラプ
   タと、前記軸受けに対して固定され、前記おもりと過電
   流による電磁的制動の相互作用を起こす位置に配置され
   た過電流制動手段とを含み、前記３対の光インタラプタ
   の内の２対は前記円盤の角度検出スリットによって光が
   透過または遮断される位置にあり、またそれらはお互い
   に円盤の回転方向に対して角度検出スリットの出現周期
   が９０°ずれた位置関係にあり、他の１対の光インタラ
   プタは前記円盤が０°の位置にあるときに零点検出スリ
   ットを光が透過する位置に配置した傾斜角センサ。
2. 【請求項２】 おもりは導電性であり、その重心がその
   固定されている軸の近傍にあり、車両搭載時の遠心力や
   加速、減速などの重力以外の力に対する感度を小さくす
   るよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の傾斜
   角センサ。
3. 【請求項３】 おもりが０°の付近のみに存在し、０°
   付近の緩やかな角度変化と、それ以外の領域の急峻な角
   度変化を検出可能に構成したことを特徴とする請求項１
   に記載の傾斜角センサ。
4. 【請求項４】 ３対の光インタラプタからの信号を入力
   して角度情報として処理し、またイグニッションスイッ
   チのオン・オフ信号を入力して通常動作と省電力動作を
   切り替える制御手段を付加した、請求項１に記載の傾斜
   角センサ。
5. 【請求項５】 軸周りに回転可能に支持された、一つの
   零点検出スリットと円周方向に等間隔に複数個の角度検
   出スリットとをもつ円盤と、前記円盤に取り付けられ、
   鉛直下向きの位置に極をもつ磁石を含むおもりと、前記
   円盤を挟んで対向するように軸受けに対して固定された
   ３対の受発光素子からなる光インタラプタと、前記軸受
   けに対して固定され、前記おもりと過電流による電磁的
   制動の相互作用を起こす位置に配置された過電流制動手
   段と、前記過電流制動手段の位置に構成した電磁石と、
   電源投入時のみに前記電磁石にパルス電流を供給するパ
   ルス回路とを含み、前記３対の光インタラプタの内の２
   対は前記円盤の角度検出スリットによって光が透過また
   は遮断される位置にあり、またそれらはお互いに円盤の
   回転方向に対して各度検出スリットの出現周期が９０°
   ずれた位置関係にあり、他の１対の光インタラプタは前
   記円盤が０℃の位置にあるときに零点検出スリットを光
   が透過する位置に配置した傾斜角センサ。