JP2004286569A - 舵角検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な方法で、車両の舵角を検出することのできる舵角検出装置を提供する。
【解決手段】ギヤ4に設けられ、このギヤ4と共に回転する磁石10と、この磁石10の磁力線を検出する磁気センサ11と、ギヤ7に設けられ、このギヤ7と共に回転する磁石12と、この磁石12の磁力線を検出する磁気センサ13と、を有し、ステアリングシャフト2の角度を基準位置に設定し、その後該ステアリングシャフト2を回転させた際の、磁気センサ11,13の出力信号の立ち上がり位置に基づいて、磁気センサ11の出力信号、及び磁気センサ13の出力信号の各オフセット値を求め、当該各オフセット値を用いて各磁気センサの出力信号を補正して、ステアリングシャフト2の回転角度を求める。
【選択図】 図2
【解決手段】ギヤ4に設けられ、このギヤ4と共に回転する磁石10と、この磁石10の磁力線を検出する磁気センサ11と、ギヤ7に設けられ、このギヤ7と共に回転する磁石12と、この磁石12の磁力線を検出する磁気センサ13と、を有し、ステアリングシャフト2の角度を基準位置に設定し、その後該ステアリングシャフト2を回転させた際の、磁気センサ11,13の出力信号の立ち上がり位置に基づいて、磁気センサ11の出力信号、及び磁気センサ13の出力信号の各オフセット値を求め、当該各オフセット値を用いて各磁気センサの出力信号を補正して、ステアリングシャフト2の回転角度を求める。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載されるステアリングの回転角度を検出する舵角検出装置に係り、特に、検出の精度を向上させる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両に搭載される舵角検出装置の従来例として、例えば、ステアリングと同軸的に大径のギヤを設置し、更に、この大径ギヤと噛合する小径のギヤを設置し、この小径ギヤの回転角度を検出する方式を用いたものが知られている。
【0003】
即ち、図8に示すように、ステアリングシャフト101が回転すると、これに伴って、大径のギヤ102が回転し、該大径のギヤ102と噛合している小径のギヤ103が回転駆動する。また、小径のギヤ103の中心部には、磁石104が設置されており、更に、この磁石104近傍の固定側には、ホールIC105が設置されている。従って、ホールIC105により、磁石104の方向を検出することができ、ひいては小径のギヤ103の回転角度を検出することができる。
【0004】
よって、ホールIC105の出力信号に基づいて、ステアリングシャフト101の回転角度を求めることができる。
【0005】
ところが、上述した構成を有する舵角検出装置においては、大径のギヤ102と小径のギヤ103の歯数が例えば、4:1といったように、小径のギヤ102の方が歯数が少なく、且つ、ステアリングシャフト101は、全体の操舵角度が約4回転足らずあるので、小径のギヤ103は全体で約15回転することになる。
【0006】
従って、ホールIC105により、小径のギヤ103の回転角度を検出することができるものの、ステアリングシャフト101の絶対位置、つまり、小径のギヤ103が、15回転のうちの何回転目にあるかを認識することができない。このため、ステアリングシャフト101の操舵角度が基準位置、即ち、車両が直進状態となった位置を基準として、操舵角度を検出しなければならず、車両側から直進状態となったときの基準位置信号が与えられるまで、操舵角を検出することができないという欠点があった。
【0007】
また、この問題を解決するために、車両のイグニッションのオフ時においても舵角検出装置に通電することにより、舵角の変化量を常時監視する方法が提案されているが、この方法では、イグニッションオフ時においても、電力を消費するため、バッテリへの負担が大きいという問題が発生していた。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−303507号公報(第1頁、図1)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来における舵角検出装置においては、車両の直進状態が検出されるまで舵角の検出ができないという問題があり、更に、イグニッションオフ時においても舵角検出装置に通電する方法では、消費電力が大きくなり、実用的でないという欠点があった。
【0010】
この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡易な方法で、車両の舵角を検出することのできる舵角検出装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願請求項1に記載の発明は、ステアリングシャフトと連動して回転する第1のギヤと、該第1のギヤと連動して回転し、第1のギヤよりも速い回転速度で回転する第2のギヤと、前記第1のギヤと連動して回転し、第1のギヤよりも速く且つ前記第2のギヤよりも遅く回転する第3のギヤを有し、前記第2のギヤ、及び第3のギヤの回転角度を測定して、前記ステアリングシャフトの回転角度を検出する舵角検出装置において、前記第2のギヤに設けられ、該第2のギヤと共に回転する小角度検出用磁石と、前記第2のギヤ近傍の固定側に配置され、前記小角度検出用磁石の磁力線を検出する小角度検出用磁気センサと、前記第3のギヤに設けられ、該第3のギヤと共に回転する大角度検出用磁石と、前記第3のギヤ近傍の固定側に配置され、前記大角度検出用磁石の磁力線を検出する大角度検出用磁気センサと、を有し、前記ステアリングシャフトの角度を基準位置に設定し、その後該ステアリングシャフトを回転させた際の、前記小角度検出用磁気センサの出力信号、及び前記大角度検出用磁気センサの出力信号の立ち上がり位置に基づいて、前記小角度検出用磁気センサの出力信号、及び大角度検出用磁気センサの出力信号の各オフセット値を求め、当該各オフセット値を用いて前記小角度検出用磁気センサ及び前記大角度検出用磁気センサの各出力信号を補正して、前記ステアリングシャフトの回転角度を求めることを特徴とする。
【0012】
請求項2に記載の発明は、ステアリングシャフトと連動して回転する第1のギヤと、該第1のギヤと連動して回転し、第1のギヤよりも速い回転速度で回転する第2のギヤと、前記第1のギヤと連動して回転し、第1のギヤよりも速く且つ前記第2のギヤよりも遅く回転する第3のギヤを有し、前記第2のギヤ、及び第3のギヤの回転角度を測定して、前記ステアリングシャフトの回転角度を検出する舵角検出装置において、前記第2のギヤに設けられ、該第2のギヤと共に回転する小角度検出用磁石と、前記第2のギヤ近傍の固定側に配置され、前記小角度検出用磁石の磁力線を検出する小角度検出用磁気センサと、前記第3のギヤに設けられ、該第3のギヤと共に回転する大角度検出用磁石と、前記第3のギヤ近傍の固定側に配置され、前記大角度検出用磁石の磁力線を検出する大角度検出用磁気センサと、を有し、前記小角度検出用磁気センサは、前記小角度検出用磁石の回転に伴って、第1の周期となる鋸歯状波信号を出力し、前記大角度検出用磁気センサは、前記大角度検出用磁石の回転に伴って、前記第1の周期よりも長い第2の周期となる鋸歯状波信号を出力し、前記ステアリングシャフトの角度を基準位置に設定し、その後該ステアリングシャフトを回転させた際の、第1の周期の鋸歯状波、及び第2の周期の鋸歯状波の立ち上がり位置に基づいて、当該第1の周期の鋸歯状波、及び第2の周期の鋸歯状波の各オフセット値を求め、当該各オフセット値を用いて前記各鋸歯状波の出力信号を補正し、補正後の各鋸歯状波信号に基づいて、前記ステアリングシャフトの回転角度を求めることを特徴とする。
【0013】
請求項3に記載の発明は、前記小角度検出用磁気センサの出力信号の、前記小角度検出用磁石1回転分に対する角度検出の分解能が2bとされ、前記小角度検出用磁気センサの出力信号から前記オフセット値に対応する角度データを減算した減算値を2進数で示した値と、2b−1を2進数で示した値との、各ビット毎の論理積を算出することにより補正値を求め、更に、前記大角度検出用磁気センサの出力信号の、前記大角度検出用磁石1回転分に対する角度検出の分解能が2bとされ、前記大角度検出用磁気センサの出力信号から前記オフセット値に対応する角度データを減算した減算値を2進数で示した値と、2b−1を2進数で示した値との、各ビット毎の論理積を算出することにより補正値を求め、前記小角度検出用磁気センサの補正値と前記大角度検出用磁気センサの補正値を用いて前記ステアリングシャフトの絶対操舵角度を求めることを特徴とする。
【0014】
請求項4に記載の発明は、前記ステアリングシャフトの絶対的な角度位置に応じて、前記小角度検出用磁気センサによる検出値と、前記大角度検出用磁気センサによる検出値とが異なるように設定されることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る舵角検出装置を示す概略構成図である。同図に示すように、この舵角検出装置1は、ケース8内に収納されており、車両に搭載されるステアリングシャフト2と連動して回転するギヤ(第1のギヤ)3と、該ギヤ3と噛合しギヤ3と連動して回転するギヤ(第2のギヤ)4と、ギヤ3と噛合しギヤ3と連動して回転するギヤ5と、を具備している。
【0016】
また、ギヤ5と同軸的に連結され、当該ギヤ5よりも小径のギヤ6と、該ギヤ6と噛合されたギヤ7(第3のギヤ)と、を有している。ギヤ7はギヤ3よりも速く、且つ、ギヤ4よりも遅く回転する。そして、各ギヤ3〜7は、それぞれ基板9の上に設けられている。
【0017】
ギヤ4の中心部には、2極着磁の磁石(小角度検出用磁石)10が設けられ、且つ、該磁石10近傍の固定側の基板9上には、該磁石10の磁力線の方向を検出するための磁気センサ(小角度検出用磁気センサ)11が設けられている。
【0018】
同様に、ギヤ7の中心部には、2極着磁の磁石(大角度検出用磁石)12が設けられ、該磁石12の近傍の固定側の基板9上には、該磁石12の磁力線の方向を検出するための磁気センサ(大角度検出用磁気センサ)13が設けられている。
【0019】
また、当該舵角検出装置1を総括的に制御するマイコン14を備えている。
【0020】
図2は、マイコン14の構成を示すブロック図であり、同図に示すように、該マイコン14は、リセット処理部24と、舵角演算処理部25と、入力部26と、出力部27、及びメモリ22から構成されている。更に、リセット処理部24は、ステッピングモータ(回転駆動手段)21に回転指令信号を出力する回転司令部31と、入力値比較部32を備え、舵角演算処理部25は、補正値演算部33と、絶対舵角値演算部34を備えている。
【0021】
ステッピングモータ21は、当該舵角検出装置1が車両に搭載される前に(つまり、車両出荷前に)、ステアリングシャフト2を回転させるものであり、回転司令部31より回転指令が与えられたときに回転駆動する。
【0022】
入力部26は、各磁気センサ11,13の検出信号を入力し、該検出信号を入力値比較部32,メモリ22,及び補正値演算部33に出力する。
【0023】
入力値比較部32は、磁気センサ11の検出信号と、磁気センサ13の検出信号とを比較し、ステアリングシャフト2が所定の位置となっているときの、各検出信号のオフセット値として求め、これらのオフセット値をメモリ22に記憶保存する。
【0024】
補正値演算部33は、磁気センサ11,13の各検出信号、及びメモリ22に記憶保存されているオフセット値に基づき、後述する手法により補正値を求める。
【0025】
絶対舵角値演算部34は、補正値演算部33で演算された補正値に基づいて、ステアリングシャフト2の回転角度を求め、これを出力部27へ出力する。
【0026】
次に、上記のように構成された本実施形態に係る舵角検出装置1の、動作について説明する。
【0027】
図1に示したように、ギヤ4に取り付けられた磁石10は、当該ギヤ4と共に回転するので、磁気センサ11の出力信号(以下、これを微信号という)は、図3の特性曲線S1に示すように、鋸歯状に変化する。この特性曲線S1において、1つの鋸歯状波が、磁石10の1回転分に対応している。そして、ステアリングシャフト2の全回転数は4回転足らずであり、この回転角度に対応する分の三角波が存在することになる。
【0028】
他方、ギヤ7に取り付けられた磁石12は、当該ギヤ7と共に回転するので、磁気センサ13の出力信号(以下、これを基準信号という)は、図2の特性曲線S2に示すように、鋸歯状に変化する。この際、ギヤ7は、ギヤ4よりも歯数が多く、回転速度が遅いので、特性曲線S2は特性曲線S1よりも周期が長くなる。
【0029】
更には、ギヤ4の回転周期とギヤ7の回転周期の最小公倍数は、ステアリングシャフト2の全回転角度よりも大きくなるように設定されている。従って、ステアリングシャフト2の各操舵角度において、磁気センサ11の検出信号と磁気センサ13の検出信号とが同一となる角度位置は存在しない。換言すれば、磁気センサ11の検出信号と、磁気センサ13の検出信号が得られれば、ステアリングシャフト2の操舵角度は、一義的に決定されることになる。
【0030】
また、実際には、各磁気センサ11,13の検出信号は、ディジタル信号として出力されるので、階段状の波形となる。いま、各磁気センサ11,13の出力分解能が6ビットである場合には、1周期(一つの鋸歯状波)を26=64(=2b)分割した階段状の波形が得られることになる。
【0031】
図4(a)は、図3に示した符号「A」の部分の拡大図であり、同図に示すように、ステアリングシャフト2の操舵角度が0[deg]のときに、微信号S1、及び基準信号S2は共にゼロとなっており、その後、操舵角度の増加に伴って1ステップずつ増加していることが理解される。ここで、図4(a)に示す検出信号は、同図(b)に示すように、磁石10、及び磁石12が、それぞれ磁気センサ11,13に対して正確に取り付けられている場合の信号である。
【0032】
しかし、実際には、磁石10,12が磁気センサ11,13に対して正確に取り付けられるとは限らない。即ち、図5(b)に示すように、磁石10、或いは磁石12の一方、或いは双方が磁気センサ11,13に対してずれた状態で取り付けられることがあり、この場合には、図5(a)に示すように、微信号の立ち上がり位置と、基準信号の立ち上がり位置にズレが生じてしまい、高精度な角度検出ができなくなってしまう。
【0033】
つまり、上述したように、ステアリングシャフト2の操舵角度は、微信号S1と基準信号S2との関係に基づいて算出されるので、わずかなズレが生じてしまうと、全く異なる操舵角度であると誤認識してしまう。
【0034】
本実施形態では、微信号S1と基準信号S2の立ち上がり位置が異なる場合でも、この誤差分を補正することにより、高精度な操舵角度を算出する。以下、図6、図7に示すフローチャートを参照しながら、誤差分の補正処理を加味した操舵角度の検出処理について説明する。
【0035】
誤差分を補正するための補正値を求める処理は、一度行えばその補正値は不変であるので、通常は、ステアリングシャフト2に当該舵角検出装置1を組み付ける前に初期設定として行われる(図6)。
【0036】
ステアリングシャフト2の代わりにステッピングモータ21をギヤ3と噛み合わせ、1ステップ(所定角度α[deg])ずつ回転させる。すると、ステッピングモータ21と連結したギヤ3が微小角度刻みで回転することになり、これと連動して、ギヤ4,7が回転することになる。
【0037】
このとき、磁気センサ13により基準信号S2の立ち上がりが発生したかどうかが検出され(ステップST5)、更に、磁気センサ11により微信号S1の立ち上がりが発生したかどうかが検出される(ステップST6)。基準信号S2の立ち上がり、及び微信号S1の立ち上がりが検出されるまで、ステッピングモータ21を1ステップずつ回転させる(ステップST7)。
【0038】
次いで、基準信号S2の立ち上がり位置が検出されると、このときの検出値を基準信号S2のオフセット値として設定し(ステップST8)、且つ、微信号S1の立ち上がり位置が検出されると、このときの検出値を微信号S1のオフセット値として設定する(ステップST9)。設定された各オフセット値は、図2に示したメモリ22に記憶される。
【0039】
その後、各オフセット値に基づいて、微信号S1、或いは基準信号S2を補正する処理が行われる。以下、この補正処理について詳細に説明する。
【0040】
図4(b)に示す磁石10,12のように、磁極の境がずれないよう組み付けられた場合、図4(a)に示した特性図のように、S1、S2とも同時に「0」となっている。しかしながら、図5(b)に示す磁石10、12のように、磁極の境がずれて組み付けられた場合、図5(a)に示した特性図のように、S1とS2とも同時に「0」にならなくなってしまう。従って、図7に示すステップST5〜ST7の手順で、S1,S2が同時に立ち上がる任意の点を探し、その点のS1,S2の値をオフセット値としてメモリ22に格納する(ステップST8,ST9)。このS1,S2のオフセット値を、検出したS1,S2から減算し、補正を行う(ステップST1)。
【0041】
ここで、前述したように、磁気センサ11の分解能が6ビット(26)である場合には、その出力信号が0〜63(10進)の、64段階となり、オフセット値を減算しただけでは、検出値が負の値になってしまう場合がある。例えば、オフセット値が61で、微信号の値が1である場合には、単純に減算すると「−60」となってしまい、0〜63の範囲の値とならなくなってしまう。
【0042】
そこで、本実施形態では、微信号の値とオフセット値との差分値の2進数値と、63(10進)の2進数値(0111111)2との、各ビット毎の論理積をとり、この論理積によりオフセット値を減算した後の出力値が0〜63(10進)となるようにしている。
【0043】
いま、オフセット値が「61」の場合で、検出された微信号が同様に「61」である場合には、差分値は、61−61=0(10進)=(0000000)2となる。これを、2進数の論理和で説明すると、以下の(1)式となる。
【0044】
ここで、「&」は、各ビット毎の論理積を示す。
【0045】
また、検出された微信号が「62」、「63」、「0」、「1」のそれぞれの場合については、以下に示す(イ)〜(ニ)のようになる。
【0046】
上記の処理により、オフセット値を減算した後の出力値を、0〜63の値に変換することができる。同様に、基準信号S2の補正も行う。
【0047】
こうして、磁石10、12に取り付け誤差が生じている場合でも、このズレを補正するべく補正を行うことができるのである。
【0048】
その後、舵角検出装置1を、ステアリングシャフト2に取り付けた後(図6の、ステップST2)、車両が直進状態時の舵角センサの検出角度を舵角センサのオフセット値として認識し(ステップST3)、得られた微信号S1、基準信号S3と、ステップST1、3で求めた補正値を用いてステアリングシャフト2の操舵角を算出し、出力する(ステップST4)。
【0049】
このようにして、本実施形態に係る舵角検出装置1では、2つの磁気センサ11,13を用いることにより、高精度にステアリングシャフト2の操舵角度範囲に相当する絶対舵角を求めることができ、更に、磁石10,12の取り付け位置にズレが生じた場合であっても、これを補正することができるので、磁石10,12に組み付け誤差が生じた場合であっても確実に操舵角度を検出することができるようになる。
【0050】
以上、本発明の舵角検出装置1を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【0051】
例えば、上述した実施形態では、磁気センサ11,13の分解能を64段階としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の分解能に設定することも可能である。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る舵角検出装置では、小角度検出用磁気センサの出力信号、及び大角度検出用磁気センサの出力信号の双方を用いることによりステアリングシャフトの操舵角度を求めるので、該ステアリングシャフトの角度位置に関わらず、確実に絶対舵角を求めることができる。
【0053】
また、小角度検出用磁石、或いは大角度検出用磁石の取り付け位置に誤差が生じている場合であっても、この誤差分を相殺してステアリングシャフトの操舵角度を算出するので、装置取り付け時に組み付け誤差が生じた場合であっても、高精度な動作角度の算出が可能となる。
【0054】
また、2進数で示した、小角度検出用磁気センサ、及び大角度検出用磁気センサの出力信号から、それぞれのオフセット値に対応する角度データを減算した減算値を2進数で示した値と、2b−1(例えば、b=6、2b−1=63)を2進数で示した値との、各ビット毎の論理積を算出することによりそれぞれの補正値を求めることにより、出力信号を補正するので、補正値を所定範囲内の数値(例えば、0〜63の範囲の値)とすることができ、補正処理を容易に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る舵角検出装置の全体構成図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る舵角検出装置の構成を示すブロック図である。
【図3】微信号S1と基準信号S2の変化を示す特性図である。
【図4】(a)は図3に示した「A」部の拡大図であり、(b)はこのときの各磁石10,12の組み付け状態(位置ズレが生じていない場合)を示す。
【図5】(a)は図3に示した「A」部の拡大図であり、(b)はこのときの各磁石10,12の組み付け状態(位置ズレが生じている場合)を示す。
【図6】本発明の一実施形態に係る舵角検出装置の、舵角検出手順を示すフローチャートである。
【図7】本発明の一実施形態に係る舵角検出装置の、舵角センサ立ち上がり補正の処理手順を示すフローチャートである。
【図8】従来における舵角検出装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
1 舵角検出装置
2 ステアリングシャフト
3 ギヤ(第1のギヤ)
4 ギヤ(第2のギヤ)
5,6 ギヤ
7 ギヤ(第3のギヤ)
8 ケース
9 基板
10 磁石(小角度検出用磁石)
11 磁気センサ(小角度検出用磁気センサ)
12 磁石(大角度検出用磁石)
13 磁気センサ(大角度検出用磁気センサ)
14 マイコン
21 ステッピングモータ(回転駆動手段)
22 メモリ
24 リセット処理部
25 舵角演算処理部
26 入力部
27 出力部
31 回転司令部
32 入力値比較部
33 補正値演算部
34 絶対舵角値演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載されるステアリングの回転角度を検出する舵角検出装置に係り、特に、検出の精度を向上させる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両に搭載される舵角検出装置の従来例として、例えば、ステアリングと同軸的に大径のギヤを設置し、更に、この大径ギヤと噛合する小径のギヤを設置し、この小径ギヤの回転角度を検出する方式を用いたものが知られている。
【0003】
即ち、図8に示すように、ステアリングシャフト101が回転すると、これに伴って、大径のギヤ102が回転し、該大径のギヤ102と噛合している小径のギヤ103が回転駆動する。また、小径のギヤ103の中心部には、磁石104が設置されており、更に、この磁石104近傍の固定側には、ホールIC105が設置されている。従って、ホールIC105により、磁石104の方向を検出することができ、ひいては小径のギヤ103の回転角度を検出することができる。
【0004】
よって、ホールIC105の出力信号に基づいて、ステアリングシャフト101の回転角度を求めることができる。
【0005】
ところが、上述した構成を有する舵角検出装置においては、大径のギヤ102と小径のギヤ103の歯数が例えば、4:1といったように、小径のギヤ102の方が歯数が少なく、且つ、ステアリングシャフト101は、全体の操舵角度が約4回転足らずあるので、小径のギヤ103は全体で約15回転することになる。
【0006】
従って、ホールIC105により、小径のギヤ103の回転角度を検出することができるものの、ステアリングシャフト101の絶対位置、つまり、小径のギヤ103が、15回転のうちの何回転目にあるかを認識することができない。このため、ステアリングシャフト101の操舵角度が基準位置、即ち、車両が直進状態となった位置を基準として、操舵角度を検出しなければならず、車両側から直進状態となったときの基準位置信号が与えられるまで、操舵角を検出することができないという欠点があった。
【0007】
また、この問題を解決するために、車両のイグニッションのオフ時においても舵角検出装置に通電することにより、舵角の変化量を常時監視する方法が提案されているが、この方法では、イグニッションオフ時においても、電力を消費するため、バッテリへの負担が大きいという問題が発生していた。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−303507号公報(第1頁、図1)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来における舵角検出装置においては、車両の直進状態が検出されるまで舵角の検出ができないという問題があり、更に、イグニッションオフ時においても舵角検出装置に通電する方法では、消費電力が大きくなり、実用的でないという欠点があった。
【0010】
この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡易な方法で、車両の舵角を検出することのできる舵角検出装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願請求項1に記載の発明は、ステアリングシャフトと連動して回転する第1のギヤと、該第1のギヤと連動して回転し、第1のギヤよりも速い回転速度で回転する第2のギヤと、前記第1のギヤと連動して回転し、第1のギヤよりも速く且つ前記第2のギヤよりも遅く回転する第3のギヤを有し、前記第2のギヤ、及び第3のギヤの回転角度を測定して、前記ステアリングシャフトの回転角度を検出する舵角検出装置において、前記第2のギヤに設けられ、該第2のギヤと共に回転する小角度検出用磁石と、前記第2のギヤ近傍の固定側に配置され、前記小角度検出用磁石の磁力線を検出する小角度検出用磁気センサと、前記第3のギヤに設けられ、該第3のギヤと共に回転する大角度検出用磁石と、前記第3のギヤ近傍の固定側に配置され、前記大角度検出用磁石の磁力線を検出する大角度検出用磁気センサと、を有し、前記ステアリングシャフトの角度を基準位置に設定し、その後該ステアリングシャフトを回転させた際の、前記小角度検出用磁気センサの出力信号、及び前記大角度検出用磁気センサの出力信号の立ち上がり位置に基づいて、前記小角度検出用磁気センサの出力信号、及び大角度検出用磁気センサの出力信号の各オフセット値を求め、当該各オフセット値を用いて前記小角度検出用磁気センサ及び前記大角度検出用磁気センサの各出力信号を補正して、前記ステアリングシャフトの回転角度を求めることを特徴とする。
【0012】
請求項2に記載の発明は、ステアリングシャフトと連動して回転する第1のギヤと、該第1のギヤと連動して回転し、第1のギヤよりも速い回転速度で回転する第2のギヤと、前記第1のギヤと連動して回転し、第1のギヤよりも速く且つ前記第2のギヤよりも遅く回転する第3のギヤを有し、前記第2のギヤ、及び第3のギヤの回転角度を測定して、前記ステアリングシャフトの回転角度を検出する舵角検出装置において、前記第2のギヤに設けられ、該第2のギヤと共に回転する小角度検出用磁石と、前記第2のギヤ近傍の固定側に配置され、前記小角度検出用磁石の磁力線を検出する小角度検出用磁気センサと、前記第3のギヤに設けられ、該第3のギヤと共に回転する大角度検出用磁石と、前記第3のギヤ近傍の固定側に配置され、前記大角度検出用磁石の磁力線を検出する大角度検出用磁気センサと、を有し、前記小角度検出用磁気センサは、前記小角度検出用磁石の回転に伴って、第1の周期となる鋸歯状波信号を出力し、前記大角度検出用磁気センサは、前記大角度検出用磁石の回転に伴って、前記第1の周期よりも長い第2の周期となる鋸歯状波信号を出力し、前記ステアリングシャフトの角度を基準位置に設定し、その後該ステアリングシャフトを回転させた際の、第1の周期の鋸歯状波、及び第2の周期の鋸歯状波の立ち上がり位置に基づいて、当該第1の周期の鋸歯状波、及び第2の周期の鋸歯状波の各オフセット値を求め、当該各オフセット値を用いて前記各鋸歯状波の出力信号を補正し、補正後の各鋸歯状波信号に基づいて、前記ステアリングシャフトの回転角度を求めることを特徴とする。
【0013】
請求項3に記載の発明は、前記小角度検出用磁気センサの出力信号の、前記小角度検出用磁石1回転分に対する角度検出の分解能が2bとされ、前記小角度検出用磁気センサの出力信号から前記オフセット値に対応する角度データを減算した減算値を2進数で示した値と、2b−1を2進数で示した値との、各ビット毎の論理積を算出することにより補正値を求め、更に、前記大角度検出用磁気センサの出力信号の、前記大角度検出用磁石1回転分に対する角度検出の分解能が2bとされ、前記大角度検出用磁気センサの出力信号から前記オフセット値に対応する角度データを減算した減算値を2進数で示した値と、2b−1を2進数で示した値との、各ビット毎の論理積を算出することにより補正値を求め、前記小角度検出用磁気センサの補正値と前記大角度検出用磁気センサの補正値を用いて前記ステアリングシャフトの絶対操舵角度を求めることを特徴とする。
【0014】
請求項4に記載の発明は、前記ステアリングシャフトの絶対的な角度位置に応じて、前記小角度検出用磁気センサによる検出値と、前記大角度検出用磁気センサによる検出値とが異なるように設定されることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る舵角検出装置を示す概略構成図である。同図に示すように、この舵角検出装置1は、ケース8内に収納されており、車両に搭載されるステアリングシャフト2と連動して回転するギヤ(第1のギヤ)3と、該ギヤ3と噛合しギヤ3と連動して回転するギヤ(第2のギヤ)4と、ギヤ3と噛合しギヤ3と連動して回転するギヤ5と、を具備している。
【0016】
また、ギヤ5と同軸的に連結され、当該ギヤ5よりも小径のギヤ6と、該ギヤ6と噛合されたギヤ7(第3のギヤ)と、を有している。ギヤ7はギヤ3よりも速く、且つ、ギヤ4よりも遅く回転する。そして、各ギヤ3〜7は、それぞれ基板9の上に設けられている。
【0017】
ギヤ4の中心部には、2極着磁の磁石(小角度検出用磁石)10が設けられ、且つ、該磁石10近傍の固定側の基板9上には、該磁石10の磁力線の方向を検出するための磁気センサ(小角度検出用磁気センサ)11が設けられている。
【0018】
同様に、ギヤ7の中心部には、2極着磁の磁石(大角度検出用磁石)12が設けられ、該磁石12の近傍の固定側の基板9上には、該磁石12の磁力線の方向を検出するための磁気センサ(大角度検出用磁気センサ)13が設けられている。
【0019】
また、当該舵角検出装置1を総括的に制御するマイコン14を備えている。
【0020】
図2は、マイコン14の構成を示すブロック図であり、同図に示すように、該マイコン14は、リセット処理部24と、舵角演算処理部25と、入力部26と、出力部27、及びメモリ22から構成されている。更に、リセット処理部24は、ステッピングモータ(回転駆動手段)21に回転指令信号を出力する回転司令部31と、入力値比較部32を備え、舵角演算処理部25は、補正値演算部33と、絶対舵角値演算部34を備えている。
【0021】
ステッピングモータ21は、当該舵角検出装置1が車両に搭載される前に(つまり、車両出荷前に)、ステアリングシャフト2を回転させるものであり、回転司令部31より回転指令が与えられたときに回転駆動する。
【0022】
入力部26は、各磁気センサ11,13の検出信号を入力し、該検出信号を入力値比較部32,メモリ22,及び補正値演算部33に出力する。
【0023】
入力値比較部32は、磁気センサ11の検出信号と、磁気センサ13の検出信号とを比較し、ステアリングシャフト2が所定の位置となっているときの、各検出信号のオフセット値として求め、これらのオフセット値をメモリ22に記憶保存する。
【0024】
補正値演算部33は、磁気センサ11,13の各検出信号、及びメモリ22に記憶保存されているオフセット値に基づき、後述する手法により補正値を求める。
【0025】
絶対舵角値演算部34は、補正値演算部33で演算された補正値に基づいて、ステアリングシャフト2の回転角度を求め、これを出力部27へ出力する。
【0026】
次に、上記のように構成された本実施形態に係る舵角検出装置1の、動作について説明する。
【0027】
図1に示したように、ギヤ4に取り付けられた磁石10は、当該ギヤ4と共に回転するので、磁気センサ11の出力信号(以下、これを微信号という)は、図3の特性曲線S1に示すように、鋸歯状に変化する。この特性曲線S1において、1つの鋸歯状波が、磁石10の1回転分に対応している。そして、ステアリングシャフト2の全回転数は4回転足らずであり、この回転角度に対応する分の三角波が存在することになる。
【0028】
他方、ギヤ7に取り付けられた磁石12は、当該ギヤ7と共に回転するので、磁気センサ13の出力信号(以下、これを基準信号という)は、図2の特性曲線S2に示すように、鋸歯状に変化する。この際、ギヤ7は、ギヤ4よりも歯数が多く、回転速度が遅いので、特性曲線S2は特性曲線S1よりも周期が長くなる。
【0029】
更には、ギヤ4の回転周期とギヤ7の回転周期の最小公倍数は、ステアリングシャフト2の全回転角度よりも大きくなるように設定されている。従って、ステアリングシャフト2の各操舵角度において、磁気センサ11の検出信号と磁気センサ13の検出信号とが同一となる角度位置は存在しない。換言すれば、磁気センサ11の検出信号と、磁気センサ13の検出信号が得られれば、ステアリングシャフト2の操舵角度は、一義的に決定されることになる。
【0030】
また、実際には、各磁気センサ11,13の検出信号は、ディジタル信号として出力されるので、階段状の波形となる。いま、各磁気センサ11,13の出力分解能が6ビットである場合には、1周期(一つの鋸歯状波)を26=64(=2b)分割した階段状の波形が得られることになる。
【0031】
図4(a)は、図3に示した符号「A」の部分の拡大図であり、同図に示すように、ステアリングシャフト2の操舵角度が0[deg]のときに、微信号S1、及び基準信号S2は共にゼロとなっており、その後、操舵角度の増加に伴って1ステップずつ増加していることが理解される。ここで、図4(a)に示す検出信号は、同図(b)に示すように、磁石10、及び磁石12が、それぞれ磁気センサ11,13に対して正確に取り付けられている場合の信号である。
【0032】
しかし、実際には、磁石10,12が磁気センサ11,13に対して正確に取り付けられるとは限らない。即ち、図5(b)に示すように、磁石10、或いは磁石12の一方、或いは双方が磁気センサ11,13に対してずれた状態で取り付けられることがあり、この場合には、図5(a)に示すように、微信号の立ち上がり位置と、基準信号の立ち上がり位置にズレが生じてしまい、高精度な角度検出ができなくなってしまう。
【0033】
つまり、上述したように、ステアリングシャフト2の操舵角度は、微信号S1と基準信号S2との関係に基づいて算出されるので、わずかなズレが生じてしまうと、全く異なる操舵角度であると誤認識してしまう。
【0034】
本実施形態では、微信号S1と基準信号S2の立ち上がり位置が異なる場合でも、この誤差分を補正することにより、高精度な操舵角度を算出する。以下、図6、図7に示すフローチャートを参照しながら、誤差分の補正処理を加味した操舵角度の検出処理について説明する。
【0035】
誤差分を補正するための補正値を求める処理は、一度行えばその補正値は不変であるので、通常は、ステアリングシャフト2に当該舵角検出装置1を組み付ける前に初期設定として行われる(図6)。
【0036】
ステアリングシャフト2の代わりにステッピングモータ21をギヤ3と噛み合わせ、1ステップ(所定角度α[deg])ずつ回転させる。すると、ステッピングモータ21と連結したギヤ3が微小角度刻みで回転することになり、これと連動して、ギヤ4,7が回転することになる。
【0037】
このとき、磁気センサ13により基準信号S2の立ち上がりが発生したかどうかが検出され(ステップST5)、更に、磁気センサ11により微信号S1の立ち上がりが発生したかどうかが検出される(ステップST6)。基準信号S2の立ち上がり、及び微信号S1の立ち上がりが検出されるまで、ステッピングモータ21を1ステップずつ回転させる(ステップST7)。
【0038】
次いで、基準信号S2の立ち上がり位置が検出されると、このときの検出値を基準信号S2のオフセット値として設定し(ステップST8)、且つ、微信号S1の立ち上がり位置が検出されると、このときの検出値を微信号S1のオフセット値として設定する(ステップST9)。設定された各オフセット値は、図2に示したメモリ22に記憶される。
【0039】
その後、各オフセット値に基づいて、微信号S1、或いは基準信号S2を補正する処理が行われる。以下、この補正処理について詳細に説明する。
【0040】
図4(b)に示す磁石10,12のように、磁極の境がずれないよう組み付けられた場合、図4(a)に示した特性図のように、S1、S2とも同時に「0」となっている。しかしながら、図5(b)に示す磁石10、12のように、磁極の境がずれて組み付けられた場合、図5(a)に示した特性図のように、S1とS2とも同時に「0」にならなくなってしまう。従って、図7に示すステップST5〜ST7の手順で、S1,S2が同時に立ち上がる任意の点を探し、その点のS1,S2の値をオフセット値としてメモリ22に格納する(ステップST8,ST9)。このS1,S2のオフセット値を、検出したS1,S2から減算し、補正を行う(ステップST1)。
【0041】
ここで、前述したように、磁気センサ11の分解能が6ビット(26)である場合には、その出力信号が0〜63(10進)の、64段階となり、オフセット値を減算しただけでは、検出値が負の値になってしまう場合がある。例えば、オフセット値が61で、微信号の値が1である場合には、単純に減算すると「−60」となってしまい、0〜63の範囲の値とならなくなってしまう。
【0042】
そこで、本実施形態では、微信号の値とオフセット値との差分値の2進数値と、63(10進)の2進数値(0111111)2との、各ビット毎の論理積をとり、この論理積によりオフセット値を減算した後の出力値が0〜63(10進)となるようにしている。
【0043】
いま、オフセット値が「61」の場合で、検出された微信号が同様に「61」である場合には、差分値は、61−61=0(10進)=(0000000)2となる。これを、2進数の論理和で説明すると、以下の(1)式となる。
【0044】
ここで、「&」は、各ビット毎の論理積を示す。
【0045】
また、検出された微信号が「62」、「63」、「0」、「1」のそれぞれの場合については、以下に示す(イ)〜(ニ)のようになる。
【0046】
上記の処理により、オフセット値を減算した後の出力値を、0〜63の値に変換することができる。同様に、基準信号S2の補正も行う。
【0047】
こうして、磁石10、12に取り付け誤差が生じている場合でも、このズレを補正するべく補正を行うことができるのである。
【0048】
その後、舵角検出装置1を、ステアリングシャフト2に取り付けた後(図6の、ステップST2)、車両が直進状態時の舵角センサの検出角度を舵角センサのオフセット値として認識し(ステップST3)、得られた微信号S1、基準信号S3と、ステップST1、3で求めた補正値を用いてステアリングシャフト2の操舵角を算出し、出力する(ステップST4)。
【0049】
このようにして、本実施形態に係る舵角検出装置1では、2つの磁気センサ11,13を用いることにより、高精度にステアリングシャフト2の操舵角度範囲に相当する絶対舵角を求めることができ、更に、磁石10,12の取り付け位置にズレが生じた場合であっても、これを補正することができるので、磁石10,12に組み付け誤差が生じた場合であっても確実に操舵角度を検出することができるようになる。
【0050】
以上、本発明の舵角検出装置1を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【0051】
例えば、上述した実施形態では、磁気センサ11,13の分解能を64段階としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の分解能に設定することも可能である。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る舵角検出装置では、小角度検出用磁気センサの出力信号、及び大角度検出用磁気センサの出力信号の双方を用いることによりステアリングシャフトの操舵角度を求めるので、該ステアリングシャフトの角度位置に関わらず、確実に絶対舵角を求めることができる。
【0053】
また、小角度検出用磁石、或いは大角度検出用磁石の取り付け位置に誤差が生じている場合であっても、この誤差分を相殺してステアリングシャフトの操舵角度を算出するので、装置取り付け時に組み付け誤差が生じた場合であっても、高精度な動作角度の算出が可能となる。
【0054】
また、2進数で示した、小角度検出用磁気センサ、及び大角度検出用磁気センサの出力信号から、それぞれのオフセット値に対応する角度データを減算した減算値を2進数で示した値と、2b−1(例えば、b=6、2b−1=63)を2進数で示した値との、各ビット毎の論理積を算出することによりそれぞれの補正値を求めることにより、出力信号を補正するので、補正値を所定範囲内の数値(例えば、0〜63の範囲の値)とすることができ、補正処理を容易に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る舵角検出装置の全体構成図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る舵角検出装置の構成を示すブロック図である。
【図3】微信号S1と基準信号S2の変化を示す特性図である。
【図4】(a)は図3に示した「A」部の拡大図であり、(b)はこのときの各磁石10,12の組み付け状態(位置ズレが生じていない場合)を示す。
【図5】(a)は図3に示した「A」部の拡大図であり、(b)はこのときの各磁石10,12の組み付け状態(位置ズレが生じている場合)を示す。
【図6】本発明の一実施形態に係る舵角検出装置の、舵角検出手順を示すフローチャートである。
【図7】本発明の一実施形態に係る舵角検出装置の、舵角センサ立ち上がり補正の処理手順を示すフローチャートである。
【図8】従来における舵角検出装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
1 舵角検出装置
2 ステアリングシャフト
3 ギヤ(第1のギヤ)
4 ギヤ(第2のギヤ)
5,6 ギヤ
7 ギヤ(第3のギヤ)
8 ケース
9 基板
10 磁石(小角度検出用磁石)
11 磁気センサ(小角度検出用磁気センサ)
12 磁石(大角度検出用磁石)
13 磁気センサ(大角度検出用磁気センサ)
14 マイコン
21 ステッピングモータ(回転駆動手段)
22 メモリ
24 リセット処理部
25 舵角演算処理部
26 入力部
27 出力部
31 回転司令部
32 入力値比較部
33 補正値演算部
34 絶対舵角値演算部
Claims (4)
- ステアリングシャフトと連動して回転する第1のギヤと、該第1のギヤと連動して回転し、第1のギヤよりも速い回転速度で回転する第2のギヤと、前記第1のギヤと連動して回転し、第1のギヤよりも速く且つ前記第2のギヤよりも遅く回転する第3のギヤを有し、前記第2のギヤ、及び第3のギヤの回転角度を測定して、前記ステアリングシャフトの回転角度を検出する舵角検出装置において、
前記第2のギヤに設けられ、該第2のギヤと共に回転する小角度検出用磁石と、
前記第2のギヤ近傍の固定側に配置され、前記小角度検出用磁石の磁力線を検出する小角度検出用磁気センサと、
前記第3のギヤに設けられ、該第3のギヤと共に回転する大角度検出用磁石と、
前記第3のギヤ近傍の固定側に配置され、前記大角度検出用磁石の磁力線を検出する大角度検出用磁気センサと、を有し、
前記ステアリングシャフトの角度を基準位置に設定し、その後該ステアリングシャフトを回転させた際の、前記小角度検出用磁気センサの出力信号、及び前記大角度検出用磁気センサの出力信号の立ち上がり位置に基づいて、前記小角度検出用磁気センサの出力信号、及び大角度検出用磁気センサの出力信号の各オフセット値を求め、当該各オフセット値を用いて前記小角度検出用磁気センサ及び前記大角度検出用磁気センサの各出力信号を補正して、前記ステアリングシャフトの回転角度を求めることを特徴とする舵角検出装置。 - ステアリングシャフトと連動して回転する第1のギヤと、該第1のギヤと連動して回転し、第1のギヤよりも速い回転速度で回転する第2のギヤと、前記第1のギヤと連動して回転し、第1のギヤよりも速く且つ前記第2のギヤよりも遅く回転する第3のギヤを有し、前記第2のギヤ、及び第3のギヤの回転角度を測定して、前記ステアリングシャフトの回転角度を検出する舵角検出装置において、
前記第2のギヤに設けられ、該第2のギヤと共に回転する小角度検出用磁石と、
前記第2のギヤ近傍の固定側に配置され、前記小角度検出用磁石の磁力線を検出する小角度検出用磁気センサと、
前記第3のギヤに設けられ、該第3のギヤと共に回転する大角度検出用磁石と、
前記第3のギヤ近傍の固定側に配置され、前記大角度検出用磁石の磁力線を検出する大角度検出用磁気センサと、を有し、
前記小角度検出用磁気センサは、前記小角度検出用磁石の回転に伴って、第1の周期となる鋸歯状波信号を出力し、
前記大角度検出用磁気センサは、前記大角度検出用磁石の回転に伴って、前記第1の周期よりも長い第2の周期となる鋸歯状波信号を出力し、
前記ステアリングシャフトの角度を基準位置に設定し、その後該ステアリングシャフトを回転させた際の、第1の周期の鋸歯状波、及び第2の周期の鋸歯状波の立ち上がり位置に基づいて、当該第1の周期の鋸歯状波、及び第2の周期の鋸歯状波の各オフセット値を求め、当該各オフセット値を用いて前記各鋸歯状波の出力信号を補正し、補正後の各鋸歯状波信号に基づいて、前記ステアリングシャフトの回転角度を求めることを特徴とする舵角検出装置。 - 前記小角度検出用磁気センサの出力信号の、前記小角度検出用磁石1回転分に対する角度検出の分解能が2bとされ、前記小角度検出用磁気センサの出力信号から前記オフセット値に対応する角度データを減算した減算値を2進数で示した値と、2b−1を2進数で示した値との、各ビット毎の論理積を算出することにより補正値を求め、更に、
前記大角度検出用磁気センサの出力信号の、前記大角度検出用磁石1回転分に対する角度検出の分解能が2bとされ、前記大角度検出用磁気センサの出力信号から前記オフセット値に対応する角度データを減算した減算値を2進数で示した値と、2b−1を2進数で示した値との、各ビット毎の論理積を算出することにより補正値を求め、前記小角度検出用磁気センサの補正値と前記大角度検出用磁気センサの補正値を用いて前記ステアリングシャフトの絶対操舵角度を求めることを特徴とする請求項2に記載の舵角検出装置。 - 前記ステアリングシャフトの絶対的な角度位置に応じて、前記小角度検出用磁気センサによる検出値と、前記大角度検出用磁気センサによる検出値とが異なるように設定されることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の舵角検出装置。
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