JPH11287634A - 車両用ステアリングセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 早期に正確な絶対操舵角度を検出することが
できるようにする。 【解決手段】 第１の検出装置６の３組のフォトインタ
ラプタ８，９，１０は、ステアリングホイールと一体的
に回転する第１の回転体１の回転に基づきステアリング
ホイールの回転量、回転方向、並びに１回転中における
基準位置を示す信号を出力する。第２の回転体としての
ウォームホイール１２は、ステアリングホイールの回転
をギヤ機構１３を介して減速し、１回転未満の範囲で回
転する。ウォームホイール１２の一面に設けたマグネッ
ト１４と、これと対向する磁気磁気抵抗素子１６により
第２の検出装置１７を構成し、第２の検出装置１７は、
ウォームホイール１２の回転位置ひいては絶対操舵角度
を示す信号を出力する。第１，第２の検出装置６，１７
の検出信号に基づき、正確な絶対操舵角度を早期に検出
できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステアリングホイ
ールの絶対操舵角度を検出するのに使用される車両用ス
テアリングセンサに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】近年、自動車におい
て、ステアリングセンサは、ＶＳＣ（vehicle stabilit
ycontroll）を代表とする車両制御システムに使用さ
れ、重要な信号として考えられている。従来のステアリ
ングセンサとしては、次のような構成のものが一般的で
ある。

【０００３】すなわち、ステアリングセンサは、ステア
リングホイールと一体回転するように設けられた、多数
のスリットを有するスリット板と、ステアリングコラム
に固定状態に設けられた３組のフォトインタラプタとか
ら構成されている。各フォトインタラプタは、発光ダイ
オードと受光素子とを対向させた構成で、これら発光ダ
イオードと受光素子との間に挿入されたスリット板が回
転して、遮光状態と透光状態とが変化することに基づき
各受光素子から信号が出力される。

【０００４】３組のフォトインタラプタのうち第１、第
２のフォトインタラプタは、ステアリングホイール（ス
リット板）の回転量と回転方向とを検出するためのもの
で、残りの第３のフォトインタラプタは、ステアリング
ホイールの１回転中でのニュートラル位置（基準位置）
を検出するためのものであり、これらの出力信号は、車
両の制御装置に出力される。

【０００５】ところで、ステアリングホイールの回転操
作可能な範囲としては、単なる１回転（３６０度）以内
ではなく、ニュートラル位置を中心として、例えば左方
向に２回転（７２０度）と右方向に２回転（７２０度）
の、±７２０度となっている。ところが、上記したステ
アリングセンサ（第１〜第３のフォトインタラプタ）か
らの出力信号のうち、第３のフォトインタラプタからニ
ュートラル位置の信号があっても、それが何回転目であ
るかはわかない。このため、ステアリングセンサからの
出力信号だけでは、ステアリングホイールの正確な絶対
操舵角度は検出することはできない。

【０００６】そこで、従来では、正確な絶対操舵角度
（真のニュートラル位置を基準とした角度）は、図１０
に示す流れで検出するようにしている。すなわち、イグ
ニッションスイッチがオンされた直後の状態では、絶対
操舵角度を検出することはできない。自動車が走行し、
第３のフォトインタラプタにおいてニュートラルエッジ
（図４のＸ，Ｘ位置参照）を検出すると、制御装置で
は、その第３のフォトインタラプタからの出力信号と、
第１及び第２のフォトインタラプタからの出力信号に基
づき、そのニュートラル位置からの回転量及び回転方向
（相対的な操舵角度）は検出できる。ただし、そのニュ
ートラル位置は、何回転目であるかはわからない。そし
て、さらに走行し、第１〜第３のフォトインタラプタの
出力信号と、車速センサ及びヨーレートセンサの検出信
号とに基づいて正確な絶対操舵角度を検出し、これに基
づき、上記ＶＳＣを作動可能状態とする。

【０００７】しかしながら、上記した従来構成では、イ
グニッションスイッチをオンしてから正確な絶対操舵角
度を検出するまでに、ある程度走行する必要があり、そ
れまでＶＳＣをスタンバイできない。このため、イグニ
ッションスイッチをオンしてからできるだけ早期に正確
な絶対操舵角度を検出できるようなステアリングセンサ
が要望されている。

【０００８】本発明は上記した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、早期に正確な絶対操舵角度を検
出することが可能な車両用ステアリングセンサを提供す
るにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、１回転以上回転操作することが可能な
ステアリングホイールと一体的に回転される第１の回転
体と、この第１の回転体の回転に基づきステアリングホ
イールの回転量及び回転方向を示す信号、並びにステア
リングホイールの１回転中における基準位置を示す信号
を出力する第１の検出手段と、前記ステアリングホイー
ルが回転操作可能な範囲で最大量回転されることに応じ
て、そのステアリングホイールの回転を減速手段を介し
て１回転未満の範囲で回転されるように設けられた第２
の回転体と、この第２の回転体の回転位置に基づき前記
ステアリングホイールの絶対操舵角度を示す信号を出力
する第２の検出手段とを具備する構成としたことを特徴
とするものである。

【００１０】上記した構成において、ステアリングホイ
ールが回転操作されると、そのステアリングホイールと
一体的に第１の回転体が回転されると共に、第２の回転
体が減速した状態で回転される。このうち、第１の回転
体の回転に基づき、第１の検出手段から、ステアリング
ホイールの回転量及び回転方向を示す信号、並びにステ
アリングホイールの１回転中における基準位置を示す信
号が出力される。また、第２の回転体の回転位置に基づ
き、第２の検出手段から、ステアリングホイールの絶対
操舵角度を示す信号が出力される。

【００１１】ここで、第２の回転体は、ステアリングホ
イールが回転操作可能な範囲で最大量回転されても、１
回転未満の範囲で回転される構成となっているので、こ
の第２の回転体の回転位置を検出することに基づき、ス
テアリングホイールの絶対操舵角度を推定することがで
きる。ただし、この絶対操舵角度は、第２の検出手段に
よる誤差や減速手段のがたつき誤差などを含んでいるた
め、必ずしも正確なものではないが、概略的な絶対操舵
角度は推定することができる。したがって、この第２の
検出手段の出力信号（概略的な絶対操舵角度）と、第１
の検出手段の出力信号（相対的な操舵角度）とに基づ
き、正確な絶対操舵角度を早期に検出できるようにな
る。

【００１２】この場合、第１の回転体は、基準位置を示
す基準位置信号発生手段を１回転中に複数有する構成と
することが好ましい。基準位置を示す基準位置信号発生
手段が１回転中に１箇所のみの場合には、第１の回転体
（ステアリングホイール）が最大でほぼ１回転しない
と、基準位置を示す信号が得られないことになるが、上
記したように基準位置を示す基準位置信号発生手段が１
回転中に複数ある場合には、第１の回転体（ステアリン
グホイール）の少ない回転量で基準位置を示す信号が得
られるようになるので、正確な絶対操舵角度を一層早期
に検出できるようになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図１ないし図８を参照して説明する。まず、図１はステ
アリングセンサ部分を下側から見た下面図、図２は同部
分を横から見た側面図を示している。これら図１及び図
２において、第１の回転体１と駆動ギヤ２は、上下に重
ねられた状態で、ステアリングシャフト３にこれと一体
的に回転するように装着されるようになっており、その
ステアリングシャフト３に取り付けられる図示しないス
テアリングホイールと一体的に回転されるようになって
いる。この場合、ステアリングホイールの回転操作可能
な範囲としては、ニュートラル位置を中心として、左方
向に２回転（７２０度）と右方向に２回転（７２０度）
の、±７２０度となっている。駆動ギヤ２の外周部に
は、ギヤ部２ａが形成されている。

【００１４】上記第１の回転体１の外周部よりの部位に
は、図３に示すように、多数個の信号用スリット４がス
テアリングシャフト３の中心を中心とした円形配置で、
かつ等間隔で形成されていると共に、その信号用スリッ
ト４の外側の１箇所に、基準位置を示す基準位置信号発
生手段を構成する基準信号用切欠部５が形成されてい
る。基準信号用切欠部５は、この場合、５５度の範囲で
形成されている。

【００１５】第１の回転体１の外周部に対応して、第１
の検出手段を構成する第１の検出装置６が固定状態に設
けられている。この第１の検出装置６は、取付ベース７
に、第１、第２及び第３のフォトインタラプタ８，９，
１０を組み込んで構成されている。第１〜第３のフォト
インタラプタ８，９，１０は、それぞれ発光ダイオード
と受光素子とを対向させた構成のものである。

【００１６】これらのうち第１，第２のフォトインタラ
プタ８，９は、発光ダイオードと受光素子が第１の回転
体１における信号用スリット４の回転軌跡に対応する部
分を上下から挟むように配置されていて、信号用スリッ
ト４に対応したとき（透光状態のとき）にローレベル、
信号用スリット４と対応しないとき（遮光状態のとき）
にハイレベルの検出信号Ｓａ，Ｓｂ（図４参照）を出力
する。この場合、信号用スリット４の配設ピッチと第１
及び第２ののフォトインタラプタ８，９の配置は、検出
信号Ｓａ，Ｓｂによる分解能が１．１２５度で、位相が
１／４周期ずれるように設定されている。

【００１７】また、第３のフォトインタラプタ１０は、
発光ダイオードと受光素子が第１の回転体１における基
準信号用切欠部５の回転軌跡に対応する部分を上下から
挟むように配置されていて、基準信号用切欠部５に対応
したとき（透光状態のとき）にローレベル、基準信号用
切欠部５と対応しないとき（遮光状態のとき）にハイレ
ベルの検出信号Ｓｃ（図４参照）を出力する。

【００１８】一方、上記駆動ギヤ２のギヤ部２ａには、
中継ギヤ１１のギヤ部１１ａが歯合している。中継ギヤ
１１の下部にはウォーム１１ｂが一体回転するように設
けられていて、このウォーム１１ｂに、第２の回転体を
構成するウォームホイール１２が歯合している。この場
合、中継ギヤ１１の回転中心軸とステアリングシャフト
３とは平行状態であるが、ウォームホイール１２の回転
中心軸１２ａはそれら中継ギヤ１１の回転中心軸及びス
テアリングシャフト３とは直交している。

【００１９】ここで、駆動ギヤ２と、中継ギヤ１１と、
ウォームホイール１２とは、ステアリングホイールの回
転を減速してウォームホイール１２に伝達するための減
速手段を構成するギヤ機構１３を構成している。この場
合、ステアリングホイールが回転操作可能な範囲で最大
量（±７２０度）回転されることに応じて、ウォームホ
イール１２は１回転未満、この場合、１００度（±５０
度）の範囲で回転されるように設定されている。したが
って、ウォームホイール１２のギヤ部１２ａとしては、
１００度より少し大きい範囲にのみ形成されている。

【００２０】ウォームホイール１２の一面（図１におい
て上面）の中央部には、マグネット１４がウォームホイ
ール１２と一体に回転するように取り付けられている。
そして、ウォームホイール１２の一面（マグネット１４
が取り付けられた面）に対向するように固定状態に設け
られたプリント基板１５に、マグネット１４と対向する
ようにして磁気抵抗素子１６が取り付けられている。こ
の場合、マグネット１４と磁気抵抗素子１６とにより、
第２の検出手段を構成する第２の検出装置１７を構成し
ている。磁気抵抗素子１６は、ウォームホイール１２の
回転位置に伴いマグネット１４による磁界の方向が変化
することに基づき抵抗値が変化する特性を有していて、
図５に示すような検出信号Ｓｄを出力する。

【００２１】上記第１の検出装置１６における第１〜第
３のフォトインタラプタ８〜１０からの検出信号Ｓａ，
Ｓｂ，Ｓｃ、及び第２の検出装置１７における磁気抵抗
素子１６からの検出信号Ｓｄは、図６に示すように演算
部１８に送られるようになっている。演算部１８は、マ
イクロコンピュータを備えていて、後述するように、そ
れらの信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ、Ｓｄに基づいてステアリ
ングホイールの絶対操舵角度を検出すると共に、ＶＳＣ
システム１９に送信する。

【００２２】次に上記構成の作用を、図７及び図８も参
照して説明する。図７は、演算部１８において絶対操舵
角度を検出する際のフローチャートであり、図８は、絶
対操舵角度を検出する際の流れを説明するための説明図
である。

【００２３】演算部１８は、イグニッションスイッチが
ＯＮとなると（ステップＳ１）、第２の検出装置１７に
おける磁気抵抗素子１６からの検出信号Ｓｄに基づき、
ステアリングホイールの絶対操舵角度Ａを演算により求
め（ステップＳ２）、この絶対操舵角度Ａを出力値とし
てセットする（ステップＳ３）。この出力値は、シリア
ル信号に変換されてＶＳＣシステム１９に送信される。
ここで、検出信号Ｓｄに基づき求めた絶対操舵角度Ａ
は、磁気抵抗素子１６の特性による誤差やギヤ機構１３
におけるがたつき誤差などを含んでいるため、必ずしも
正確とはいえないまでも、概略的な絶対操舵角度（何回
転目の、おおよその角度）としては推定することができ
る。

【００２４】そして、車両が走行することに伴い、ステ
アリングホイールが回転操作されると、ステアリングシ
ャフト３と一体的に第１の回転体１が回転される。この
第１の回転体１の回転に基づき、第１の検出装置６にお
ける第１及び第２のフォトインタラプタ８，９から検出
信号Ｓａ，Ｓｂが出力され、演算部１８は、それらの検
出信号Ｓａ，Ｓｂに基づき、ステアリングホイールの相
対操舵角度α（回転量及び回転方向）を検出し（ステッ
プＳ４）、この相対操舵角度αを上記絶対操舵角度Ａに
加えて出力値としてセットする（ステップＳ５）。

【００２５】この場合、検出信号Ｓａ，Ｓｂのパルス数
をカウントすることに基づき回転量（回転角度）を検出
することができ、また、検出信号Ｓａ，Ｓｂの位相差に
基づき回転方向を検出することができる。

【００２６】そして、あるタイミングで、第３のフォト
インタラプタ１０の検出信号Ｓｃに基づきニュートラル
エッジＸ（図４参照）を検出すると（ステップＳ６）、
１回転内でのニュートラル位置であると確定できる。

【００２７】このようにして得られた絶対操舵角度Ａと
相対操舵角度αとニュートラルエッジＸとに基づき正確
な絶対操舵角度Ｂを検出して確定し（ステップＳ７）、
これを出力値としてセットする（ステップＳ８）。この
出力値は、シリアル信号に変換されてＶＳＣシステム１
９に送信される。これ以降は、第１の検出装置６からの
検出信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃに基づき相対操舵角度αを検
出し、絶対操舵角度Ｂと相対操舵角度αを加えて出力値
としてセットする（ステップＳ９，１０）。ＶＳＣシス
テム１９は、このようにして得られた絶対操舵角度Ｂ＋
αに基づき、ＶＳＣを制御する。

【００２８】上記した実施例によれば、次のような効果
を得ることができる。すなわち、イグニッションスイッ
チがＯＮになった時点で、第２の検出装置１７の検出信
号Ｓｄに基づき絶対操舵角度Ａを検出することができ
る。この絶対操舵角度Ａは、磁気抵抗素子１６の特性に
よる誤差やギヤ機構１３におけるがたつき誤差などを含
んでいるため、正確なものではないが、概略的な絶対操
舵角度としては検出することができる。したがって、こ
の第２の検出装置１７の検出信号Ｓｄに基づく概略的な
絶対操舵角度Ａと、従来と同様な第１の検出装置６の検
出信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃとに基づき、正確な絶対操舵角
度Ｂを早期に検出できるようになる。

【００２９】また、演算部１８としては、ステアリング
センサにおける検出信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄのみで
正確な絶対操舵角度Ｂを検出することができるので、正
確な絶対操舵角度Ｂを、車速センサやヨーレートセンサ
の検出信号を用いずに検出することが可能となる利点も
ある。

【００３０】図９は本発明の第２実施例を示したもので
あり、この第２実施例は上記した第１実施例とは次の点
が異なっている。すなわち、第１の回転体１において、
基準位置を示す基準位置信号発生手段を構成する基準信
号用切欠部２０を４箇所に等間隔で形成している。この
場合、各基準信号用切欠部２０の角度範囲は５０度、各
基準信号用切欠部２０間の角度範囲は４０度に設定して
いる。また、この場合、検出信号Ｓｄの検出誤差は±４
０度以内とできる。

【００３１】ここで、第１実施例の場合には、第１の回
転体１において、基準信号用切欠部５（角度範囲は５５
度）が１回転中に１箇所のみであるため、第１の回転体
１（ステアリングホイール）が最大で３０５度回転しな
いと、ニュートラルエッジが得られないことになる。

【００３２】これに対して、この第２実施例において
は、基準位置を示す基準信号用切欠部２０が１回転中に
４個あるので、第１の回転体１（ステアリングホイー
ル）が最大で５０度回転するだけでニュートラルエッジ
が得られるようになる。よって、正確な絶対操舵角度を
一層早期に検出できるようになる。

【００３３】この場合、基準信号用切欠部２０を多くす
るほど、第１の回転体１の少ない回転量でニュートラル
エッジを検出することができることになるが、それに応
じて、第２の検出装置１７側の絶対操舵角度の検出誤差
を少なくする必要がある。

【００３４】本発明は、上記した各実施例にのみ限定さ
れるものではなく、次のように変形または拡張すること
ができる。第１の検出手段としては、光学式のフォトイ
ンタラプタに代えて、磁気センサを利用するようにして
も良い。また、第２の検出手段としては、可変抵抗器を
利用するようにしても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば次のような効果を得ることができる。請求項１
の車両用ステアリングセンサによれば、ステアリングホ
イールと一体的に回転される第１の回転体の回転に基づ
きステアリングホイールの回転量及び回転方向を示す信
号、並びにステアリングホイールの１回転中における基
準位置を示す信号を出力する第１の検出手段と、ステア
リングホイールの回転を減速手段を介して１回転未満の
範囲で回転されるように設けられた第２の回転体の回転
位置に基づきステアリングホイールの絶対操舵角度を示
す信号を出力する第２の検出手段とを備えた構成とする
ことにより、正確な絶対操舵角度を早期に検出すること
が可能になる。

【００３６】請求項２の車両用ステアリングセンサによ
れば、第１の回転体が、基準位置を示す基準位置信号発
生手段を１回転中に複数有する構成とすることにより、
正確な絶対操舵角度を一層早期に検出できるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、ステアリング
センサ部分を下側から見た下面図

【図２】同部分を横から見た側面図

【図３】第１の回転体の下面図

【図４】第１の検出装置の検出信号を示す図

【図５】第２の検出装置の検出信号とウォームホイール
の回転角度との関係を示す図

【図６】電気的構成を示すブロック図

【図７】絶対操舵角度を検出する際の演算部のフローチ
ャート

【図８】絶対操舵角度を検出する際の流れを説明するた
めの説明図

【図９】本発明の第２実施例を示す図３相当図

【図１０】従来の絶対操舵角度を検出する際の流れを説
明するための説明図

【符号の説明】

１は第１の回転体、２は駆動ギヤ、３はステアリングシ
ャフト、４は信号用スリット、５は基準信号用切欠部
（基準位置信号発生手段）、６は第１の検出装置（第１
の検出手段）、８，９，１０は第１，第２，第３のフォ
トインタラプタ、１１は中継ギヤ、１２はウォームホイ
ール（第２の回転体）、１３はギヤ機構（減速手段）、
１４はマグネット、１６は磁気抵抗素子、１７は第２の
検出装置（第２の検出手段）、１８は演算部を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １回転以上回転操作することが可能なス
   テアリングホイールと一体的に回転される第１の回転体
   と、 この第１の回転体の回転に基づきステアリングホイール
   の回転量及び回転方向を示す信号、並びにステアリング
   ホイールの１回転中における基準位置を示す信号を出力
   する第１の検出手段と、 前記ステアリングホイールが回転操作可能な範囲で最大
   量回転されることに応じて、そのステアリングホイール
   の回転を減速手段を介して１回転未満の範囲で回転され
   るように設けられた第２の回転体と、 この第２の回転体の回転位置に基づき前記ステアリング
   ホイールの絶対操舵角度を示す信号を出力する第２の検
   出手段とを具備したことを特徴とする車両用ステアリン
   グセンサ。
2. 【請求項２】 第１の回転体は、基準位置を示す基準位
   置信号発生手段を１回転中に複数有していることを特徴
   とする請求項１記載の車両用ステアリングセンサ。