JP2005043224A - Rudder angle detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステアリングシャフトの舵角を検出する舵角検出装置であって、特に、ステアリングシャフトの中立位置を検出することができる技術に関する。 The present invention relates to a steering angle detection device that detects a steering angle of a steering shaft, and more particularly to a technique that can detect a neutral position of a steering shaft.
従来より、ステアリングシャフトの中立位置を検出し、当該検出された中立位置を基準としたステアリングシャフトの舵角を検出する技術が知られている(例えば、特許文献1)。なお、中立位置とは、車両等直進状態におけるステアリングシャフトの位置を意味する。 Conventionally, a technique for detecting a neutral position of a steering shaft and detecting a steering angle of the steering shaft based on the detected neutral position is known (for example, Patent Document 1). The neutral position means the position of the steering shaft in a straight traveling state such as a vehicle.
当該技術では、ステアリングシャフトの側面に沿って設けられ、ステアリングシャフトと一体的に回転する着磁リングと、当該着磁リングの一個所に設けられた磁石と、当該着磁リングの円周上に設けられた磁気センサを有する。 In this technique, a magnetized ring that is provided along the side surface of the steering shaft and rotates integrally with the steering shaft, a magnet provided at one location of the magnetized ring, and a circumference of the magnetized ring A magnetic sensor is provided.
ここで、磁気センサは、磁石が当該磁気センサを通過する際に、当該磁石の磁力線を検出して、検出信号を出力する。また、着磁リングは、ステアリングシャフトが中立位置にある場合に、磁石が磁気センサを通過するように、設けられる。 Here, when the magnet passes through the magnetic sensor, the magnetic sensor detects the magnetic lines of force of the magnet and outputs a detection signal. The magnetized ring is provided so that the magnet passes through the magnetic sensor when the steering shaft is in the neutral position.
したがって、磁気センサは、ステアリングシャフトが中立位置にある場合に、検出信号を出力することができるので、当該検出信号に基づいて、ステアリングシャフトの中立位置を検出することができる。 Accordingly, since the magnetic sensor can output a detection signal when the steering shaft is in the neutral position, the neutral position of the steering shaft can be detected based on the detection signal.
しかし、ステアリングシャフトは左右両方向に一回転以上回転するので、磁石は、ステアリングシャフトが中立位置以外の位置(例えば、中立位置から一回転した位置)にある場合でも、磁気センサを通過する。このため、磁気センサは、ステアリングシャフトが中立位置以外の位置にある場合でも、検出信号を出力する。 However, since the steering shaft rotates at least once in both the left and right directions, the magnet passes through the magnetic sensor even when the steering shaft is in a position other than the neutral position (for example, a position rotated once from the neutral position). For this reason, the magnetic sensor outputs a detection signal even when the steering shaft is in a position other than the neutral position.
したがって、当該技術では、車両側の上位システムにおいて、磁気センサから出力された検出信号のうち、どの検出信号がステアリングシャフトの中立位置に対応するものかを推定する必要がある。 Therefore, in this technique, in the host system on the vehicle side, it is necessary to estimate which detection signal corresponding to the neutral position of the steering shaft among the detection signals output from the magnetic sensor.
このため、当該技術では、車両側の上位システムは、車両が一定時間以上走行している場合に出力された検出信号を、ステアリングシャフトの中立位置に対応するものであると推定していた。
しかし、当該技術では、車両を一定時間以上走行させないとステアリングシャフトの中立位置を検出することができないので、当該検出に手間がかかっていた。 However, in this technique, since the neutral position of the steering shaft cannot be detected unless the vehicle is driven for a certain period of time or longer, this detection takes time.
本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、その主に目的とするところは、車両側の上位システムがステアリングシャフトの中立位置を容易且つ正確に検出することができる舵角検出装置を提供することである。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and the main object of the present invention is to enable the host system on the vehicle side to easily and accurately detect the neutral position of the steering shaft. It is providing a rudder angle detection device.
上記目的を達成するため、本願請求項1記載の発明は、ステアリングシャフトに連動して回転する第1の検出用ギア及び第2の検出用ギアと、第1の検出用ギアの回転角度を検出し、当該検出された回転角度がステアリングシャフトの中立位置に対応する角度である場合に、検出信号を出力する第1の検出手段と、第2の検出用ギアの回転角度を検出し、当該検出された回転角度がステアリングシャフトの中立位置に対応する角度である場合に、検出信号を出力する第2の検出手段と、第1の検出手段及び第2の検出手段が、検出信号を共に出力した場合には、ステアリングシャフトが中立位置にある旨の中立位置信号を出力する出力手段と、を備え、第1の検出手段及び第2の検出手段は、ステアリングシャフトが中立位置にある場合に、検出信号を共に出力し、第1の検出手段の周期数と第2の検出手段の周期数とは、互いに素であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載の舵角検出装置において、第1の検出手段は、第1の検出用ギアの回転角度が第1の角度範囲に含まれる場合には、検出信号を出力し、第2の検出手段は、第2の検出用ギアの回転角度が第2の角度範囲に含まれる場合には、検出信号を出力することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the rudder angle detection device according to the first aspect, the first detection means detects the detection signal when the rotation angle of the first detection gear is included in the first angle range. The second detection means outputs a detection signal when the rotation angle of the second detection gear is included in the second angle range.
請求項3記載の発明は、請求項2記載の舵角検出装置において、第1の角度範囲及び第2の角度範囲は、可変であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the rudder angle detecting device according to the second aspect, the first angle range and the second angle range are variable.
請求項4記載の発明は、請求項2または3記載の舵角検出装置において、第1の角度範囲及び第2の角度範囲は、当該第1の角度範囲に対応するステアリングシャフトの操舵範囲が、第1の検出手段の周期を第2の検出手段の周期数で除算して得られる角度範囲より小さく、且つ、当該第2の角度範囲に対応するステアリングシャフトの操舵範囲が、第2の検出手段の周期を第1の検出手段の周期数で除算して得られる角度範囲より小さくなるように、設定されることを特徴とする。
The invention according to
以上説明したように、本願特許請求の範囲に記載の発明によれば、車両側の上位システムは、ステアリングシャフトの中立位置を容易且つ正確に検出することができる。 As described above, according to the invention described in the claims of the present application, the host system on the vehicle side can easily and accurately detect the neutral position of the steering shaft.
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図1〜図4に基づいて、本発明の第1の実施の形態に係る舵角検出装置1の構成及び各構成要素の主な機能について説明する。なお、図1は、舵角検出装置1を示す概略構成図であり、図2は、舵角検出装置1の制御系を示すブロック図であり、図3は、磁気センサ32または磁気センサ42から出力される信号の内容を示す説明図であり、図4は、磁気センサ32、42から出力される検出信号のビット数と舵角検出装置1の操舵角検出分解能との関係を示す図表である。
(First embodiment)
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. First, based on FIGS. 1-4, the structure of the steering
図1に示すように、舵角検出装置1は、ケース10内に収納されており、メインギア2と、検出用ギア(第1の検出用ギア)3と、検出用ギア(第2の検出用ギア)4と、磁石31、41と、磁気センサ(第1の検出手段)32と、磁気センサ(第2の検出手段)42と、AND回路(出力手段)5を備える。
As shown in FIG. 1, the steering
メインギア2は、ステアリングシャフトと一体となって回転する。したがって、本実施の形態では、ステアリングシャフトの操舵範囲とメインギア2の回転範囲とが一致する。
The
また、ステアリングシャフトの操舵範囲は0〜2160[deg]である(左右3回転分の操舵範囲に対応する)。なお、当該操舵範囲は他の範囲であってもよい。 Further, the steering range of the steering shaft is 0 to 2160 [deg] (corresponding to the steering range for three rotations in the left and right directions). The steering range may be another range.
検出用ギア3〜4は、メインギア2、即ちステアリングシャフトに連動して回転する。なお、検出用ギア3の歯数は、検出用ギア4の歯数よりも大きくなっている。したがって、検出用ギア3は、検出用ギア4よりも遅い回転速度で回転する。
The
磁石31は、2極に着磁された磁石であり、検出用ギア3の回転中心部に設けられる。そして、検出用ギア3と共に回転する。
The
磁気センサ32は、磁石31の近傍に設置され、磁石31の磁力線の方向、即ち検出用ギア3の回転角度を、時計回りを正方向として0〜360[deg]の範囲で検出する。
The
そして、図3に示すように、検出された回転角度に対応するnビット(nは6〜10の整数)のデジタル信号を生成し、出力することが可能である。また、当該生成されたデジタル信号を3相(A相、B相、Z相)パルス信号に変換し、図2に示すように、A相、B相のパルス信号を車両側の上位システムに出力し、Z相のパルス信号をAND回路5に出力する。
Then, as shown in FIG. 3, it is possible to generate and output an n-bit (n is an integer of 6 to 10) digital signal corresponding to the detected rotation angle. In addition, the generated digital signal is converted into a three-phase (A-phase, B-phase, Z-phase) pulse signal, and the A-phase and B-phase pulse signals are output to the host system on the vehicle side as shown in FIG. The Z-phase pulse signal is output to the
具体的には、図3に示すように、検出された回転角度が0[deg]となる場合に最低値(即ち0)のデジタル信号を生成し、検出された回転角度が0[deg]に対して360/2n[deg]大きくなる毎に、1大きな値のデジタル信号を生成する。なお、図3は、n=6の場合を一例として示している。
Specifically, as shown in FIG. 3, when the detected rotation angle is 0 [deg], a digital signal having the lowest value (that is, 0) is generated, and the detected rotation angle is set to 0 [deg]. On the other hand, every
ここで、360/2n[deg]は、デジタル信号の各値に対応する検出用ギア3の回転角度範囲、即ち、磁気センサ32の出力分解能である。例えば、n=6の場合、出力分解能は、5.625[deg]となる。出力分解能が小さいほど、デジタル信号の各値に対応する検出用ギア3の回転角度範囲が小さくなるので、磁気センサ32は、検出用ギア3の回転角度を精密に検出することができる。
Here, 360/2 n [deg] is the rotation angle range of the
そして、磁気センサ32は、生成されたデジタル信号の値が4大きくなる毎に、パルス信号をA相、B相からそれぞれ出力する。なお、磁気センサ32は、A相、B相からは、オン信号とオフ信号とが一組になったパルス信号を出力する。また、A相からパルス信号を出力した後、デジタル信号の値が1大きくなったタイミングで、B相からパルス信号を出力する。したがって、検出用ギア3が時計回りに回転する場合、B相のパルス信号は、A相のパルス信号に対して1/4波長遅れて出力される。逆に、検出用ギア3が反時計回りに回転する場合、B相のパルス信号は、A相のパルス信号に対して1/4波長早く出力される。
The
また、磁気センサ32は、デジタル信号の値が所定値(図3に示す場合では、「000101」)となる場合に、Z相からパルス信号(検出信号)を出力する。ここで、当該所定値の範囲は自由に変更可能であり、当該範囲を変更することで、パルス信号の出力タイミング及び幅を変更することができる。
The
ここで、磁気センサ32の出力分解能と、磁気センサ32の操舵角度検出分解能との関係を、図4に基づいて説明する。なお、操舵角度検出分解能とは、デジタル信号の各値に対応するステアリングシャフトの操舵範囲を意味する。したがって、操舵角度検出分解能が小さいほど、デジタル信号の各値に対応するステアリングシャフトの操舵範囲が小さくなるので、磁気センサ32は、ステアリングシャフトの操舵角度を精密に求めることができる。なお、本実施の形態では、磁気センサ32を用いてステアリングシャフトの操舵角度を求めるので、磁気センサ32の操舵角度検出分解能が、そのまま舵角検出装置1の操舵角度検出分解能となる。
Here, the relationship between the output resolution of the
図4に示すように、磁気センサ32の操舵角度検出分解能は、以下の式(1)により求められる。
As shown in FIG. 4, the steering angle detection resolution of the
(磁気センサ32の操舵角度検出分解能)=(磁気センサ32の出力分解能)/(検出用ギア3の速度比) …(1)
ここで、検出用ギア3の速度比は、ステアリングシャフトが単位角度回転する間に検出用ギア3が回転する角度を意味し、以下の式(2)により求められる。ここで、z0は、ステアリングシャフトと一体となって回転するギア(本実施の形態では、メインギア2)の歯数であり、z1は、検出用ギア3の歯数である。
(Steering angle detection resolution of magnetic sensor 32) = (Output resolution of magnetic sensor 32) / (Speed ratio of detection gear 3) (1)
Here, the speed ratio of the
(検出用ギア3の速度比)=z0/z1 …(2)
なお、磁気センサ42の操舵角度検出分解能は、同様に、以下の式(3)〜(4)により求められる。ここで、z2は、検出用ギア4の歯数である。
(Speed ratio of the detection gear 3) = z0 / z1 (2)
Similarly, the steering angle detection resolution of the
(磁気センサ42の操舵角度検出分解能)=(磁気センサ42の出力分解能)/(検出用ギア4の速度比) …(3)
(検出用ギア4の速度比)=z0/z2 …(4)
例えば、磁気センサ32が6ビットのデジタル信号を出力し、且つ検出用ギア3の速度比が5.625である場合、磁気センサ32の操舵角度検出分解能は1〔deg〕となる。ここで、操舵角度検出分解能は整数または有限小数となることが望ましい。
(Steering angle detection resolution of magnetic sensor 42) = (Output resolution of magnetic sensor 42) / (Speed ratio of detection gear 4) (3)
(Speed ratio of the detection gear 4) = z0 / z2 (4)
For example, when the
図1に示す磁石41は、2極に着磁された磁石であり、検出用ギア4の回転中心部に設けられる。そして、検出用ギア4と共に回転する。
A
磁気センサ42は、磁石41の近傍に設置され、磁石41の磁力線の方向、即ち検出用ギア4の回転角度を、時計回りを正方向として0〜360[deg]の範囲で検出する。
The
そして、検出された回転角度に対応するnビット(nは6〜10の整数)のデジタル信号を生成し、出力することが可能である。また、当該生成されたデジタル信号を3相(A相、B相、Z相)パルス信号に変換する。そして、図2に示すように、当該3相パルス信号のうち、Z相のパルス信号(検出信号)を、AND回路5に出力する。デジタル信号及びパルス信号の具体的な生成、変換、出力方法は、磁気センサ32と同様である。
Then, it is possible to generate and output an n-bit (n is an integer of 6 to 10) digital signal corresponding to the detected rotation angle. Further, the generated digital signal is converted into a three-phase (A phase, B phase, Z phase) pulse signal. Then, as shown in FIG. 2, among the three-phase pulse signals, a Z-phase pulse signal (detection signal) is output to the AND
AND回路5は、図2に示すように、磁気センサ32、42からZ相のパルス信号を共に与えられた場合に、ステアリングシャフトが中立位置にある旨の中立位置信号を生成して車両側の上位システムに出力する。
As shown in FIG. 2, the AND
次に、磁気センサ32の周期c1と磁気センサ42の周期c2がどのように設定されるかについて説明する。ここで、磁気センサ32の周期c1は、検出用ギア3が1回転する間にステアリングシャフトが回転する角度であり、磁気センサ42の周期c2は、検出用ギア4が1回転する間にステアリングシャフトが回転する角度であり、以下の式(5)〜(6)により求められる。
Next, how the cycle c1 of the
c1=360*z1/z0 …(5)
c2=360*z2/z0 …(6)
当該周期c1〜c2は、AND回路5がステアリングシャフトの操舵範囲内で一度だけ中立位置信号を出力することができるように、以下の式(7)を満たすように設定される。
c1 = 360 * z1 / z0 (5)
c2 = 360 * z2 / z0 (6)
The periods c1 to c2 are set so as to satisfy the following expression (7) so that the AND
(c1とc2の最小公倍数)≧(ステアリングシャフトの操舵範囲) …(7)
したがって、本実施の形態では、周期c1と周期c2との最小公倍数が2160[deg]以上となるように、周期c1〜c2が設定される。
(The least common multiple of c1 and c2) ≧ (steering range of steering shaft) (7)
Therefore, in the present embodiment, the periods c1 to c2 are set so that the least common multiple of the period c1 and the period c2 is 2160 [deg] or more.
なお、周期c1〜c2が当該条件を満たす場合、磁気センサ32の周期数x1と磁気センサ42の周期数x2は、互いに素となる。ここで周期数x1は、ステアリングシャフトが操舵範囲内を回転する間に検出用ギア3が回転する回数である。同様に、周期数x2は、ステアリングシャフトが操舵範囲内を回転する間に検出用ギア4が回転する回数である。周期数x1〜x2は、以下の式(8)〜(9)により求められる。
When the periods c1 to c2 satisfy the condition, the period number x1 of the
x1=(c1とc2の最小公倍数)/c1 …(8)
x2=(c1とc2の最小公倍数)/c2 …(9)
次に、周期c1〜c2をこのように設定する理由を、(z0、z1、z2)=(135、48、34)の場合を一例として、図5〜図6に基づいて説明する。なお、図5は、ステアリングシャフトの操舵角度と磁気センサ32、42から出力されるデジタル信号の値との関係を示す特性図であり、図6は、磁気センサ32、42のZ相から出力されるパルス信号の出力タイミングを示した特性図である。また、図5は、n=10の場合を一例として示している。
x1 = (the least common multiple of c1 and c2) / c1 (8)
x2 = (the least common multiple of c1 and c2) / c2 (9)
Next, the reason for setting the periods c1 to c2 in this way will be described with reference to FIGS. 5 to 6 by taking the case of (z0, z1, z2) = (135, 48, 34) as an example. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the steering angle of the steering shaft and the value of the digital signal output from the
図5に示す折れ線20は、ステアリングシャフトの操舵角度(横軸)と、0〜360[deg]の範囲におけるステアリングシャフトの操舵角度(縦軸)との関係を示す。一方、折れ線30は、ステアリングシャフトの操舵角度(横軸)と、磁気センサ32から出力されるデジタル信号の値(縦軸)との関係を示す。また、折れ線40は、ステアリングシャフトの操舵角度(横軸)と、磁気センサ42から出力されるデジタル信号の値(縦軸)との関係を示す。なお、図5中のc0はステアリングシャフトと一体となって回転するギア(本実施の形態では、メインギア2)の周期である。
The
図5に示すように、周期c1は128[deg]であり、周期c2は約90.7[deg]であるので、最小公倍数は約2176[deg]となる。したがって、周期c1〜c2は、式(7)の条件を満たす。 As shown in FIG. 5, since the period c1 is 128 [deg] and the period c2 is about 90.7 [deg], the least common multiple is about 2176 [deg]. Therefore, the periods c1 to c2 satisfy the condition of Expression (7).
この場合、図5に示すように、ステアリングシャフトの操舵範囲内においては、磁気センサ32から出力されるデジタル信号と磁気センサ42から出力されるデジタル信号との組合せは、当該組合せに対応するステアリングシャフトの操舵角度が異なる場合、当該操舵角度が0〜360[deg]の範囲では同一であっても、互いに異なることとなる。
In this case, as shown in FIG. 5, within the steering range of the steering shaft, the combination of the digital signal output from the
例えば、ステアリングシャフトの操舵角度が180[deg]、540[deg]となる(0〜360[deg]の範囲では、当該操舵角度は何れも180[deg]となる)場合には、磁気センサ32から出力されるデジタル信号の値は、それぞれ異なる値a1、a2となり、磁気センサ42から出力されるデジタル信号の値は、それぞれ異なる値b1、b2となる。したがって、ステアリングシャフトの操舵角度が180[deg]の場合、当該組合せは(a1、b1)となり、540[deg]の場合、当該組合せは(a2、b2)となるので、当該組合せは互いに異なることとなる。
For example, when the steering angle of the steering shaft is 180 [deg] and 540 [deg] (in the range of 0 to 360 [deg], the steering angle is 180 [deg]), the
また、磁気センサ32、42は、デジタル信号の値が当該磁気センサ32、42に設定された所定値に一致した場合に、Z相のパルス信号を出力する。
The
したがって、例えば、ステアリングシャフトの操舵角度が0[deg]である場合に、磁気センサ32、42から出力されるデジタル信号の値をそれぞれa3、b3とすると、磁気センサ32、42の所定値をそれぞれa3、b3に設定することで、磁気センサ32、42は、以下のようにZ相のパルス信号を出力する。即ち、図6に示すように、磁気センサ32は、デジタル信号の値がa3になった場合に、Z相のパルス信号を出力し、磁気センサ42は、デジタル信号の値がb3になった場合に、Z相のパルス信号を出力する。
Therefore, for example, when the steering angle of the steering shaft is 0 [deg] and the values of the digital signals output from the
ここで、検出用ギア3、4の速度比は、1より大きいので、磁気センサ32、42は、ステアリングシャフトの操舵範囲内でZ相のパルス信号を複数回出力する。しかし、磁気センサ32、42は、ステアリングシャフトの操舵角度が0[deg]となる場合にのみ、Z相のパルス信号を共に出力する。当該デジタル信号の組合せが(a3、b3)となるのは、ステアリングシャフトの操舵角度が0[deg]となる場合のみだからである。
Here, since the speed ratio of the detection gears 3 and 4 is greater than 1, the
よって、ステアリングシャフトが中立位置にある場合に磁気センサ32、42が出力するデジタル信号の値をそれぞれa4、b4とすると、磁気センサ32、42の所定値をそれぞれa4、b4に設定することで、磁気センサ32、42は、以下のようにZ相のパルス信号を出力する。即ち、磁気センサ32は、デジタル信号の値がa4(ステアリングシャフトの中立位置に対応する角度)になった場合に、Z相のパルス信号を出力する。同様に、磁気センサ42は、デジタル信号の値がb4(ステアリングシャフトの中立位置に対応する角度)になった場合に、Z相のパルス信号を出力する。
Therefore, when the values of the digital signals output by the
ここで、検出用ギア3、4の速度比は、1より大きいので、磁気センサ32、42は、ステアリングシャフトの操舵範囲内でZ相のパルス信号を複数回出力する。しかし、磁気センサ32、42は、ステアリングシャフトが中立位置にある場合にのみ、Z相のパルス信号を共に出力する。デジタル信号の組合せが(a4、b4)となるのは、ステアリングシャフトが中立位置にある場合のみだからである。
Here, since the speed ratio of the detection gears 3 and 4 is greater than 1, the
以上により、周期c1〜c2が式(7)の条件を満たせば、磁気センサ32、42を上述したように設定することで、磁気センサ32、42は、Z相のパルス信号を複数回出力する場合であっても、ステアリングシャフトが中立位置にある場合にのみ、Z相のパルス信号を共に出力する。
As described above, if the periods c1 to c2 satisfy the condition of the expression (7), the
これにより、AND回路5は、ステアリングシャフトが中立位置にある場合にのみ、中立位置信号を出力することができる。
Thereby, the AND
したがって、車両側の上位システムでは、AND回路5が中立位置信号を出力した際にステアリングシャフトが中立位置にあると判定することで、ステアリングシャフトの正確な中立位置を検出することができる。なお、その後に磁気センサ32から与えられたA相のパルス信号及びB相のパルス信号に基づいて、ステアリングシャフトの中立位置からの回転角度を検出することができる。回転方向については、A相のパルス信号がB相のパルス信号よりも先に与えられた場合には、ステアリングシャフトは反時計回りに回転すると判定し、B相のパルス信号がA相のパルス信号よりも先に与えられた場合には、ステアリングシャフトは時計回りに回転すると判定することができる。
Therefore, in the host system on the vehicle side, the accurate neutral position of the steering shaft can be detected by determining that the steering shaft is in the neutral position when the AND
次に、舵角検出装置1の組み付け方法について説明する。まず、舵角検出装置1のメインギア2を、検出対象となるスパイラルケーブルまたはステアリングシャフトに固定する。次いで、スパイラルケーブルまたはステアリングシャフトを中立位置まで回転させる。次いで、当該磁気センサ32、42がこの位置でZ相のパルス信号を共に出力するように、磁気センサ32、42の所定値を設定する。
Next, a method for assembling the rudder
ここで、当該所定値は、単一の値に設定してもよいし、一定の範囲(第1の角度範囲、第2の角度範囲)を有する値に設定してもよい。単一の値に設定した場合には、上述したように、磁気センサ32、42は、スパイラルケーブルまたはステアリングシャフトが中立位置にある場合にのみ、Z相のパルス信号を共に出力することができる。
Here, the predetermined value may be set to a single value, or may be set to a value having a certain range (first angle range, second angle range). When set to a single value, as described above, the
一方、一定の範囲を有する値に設定する場合、当該範囲について以下の式(10)〜(11)の条件を共に満たすように、所定値を設定するのが望ましい。当該条件を満たさないと、ステアリングシャフトの操舵範囲内において、磁気センサ32、42がZ相のパルス信号を複数回共に出力する可能性があるからである。ここで、w1は、磁気センサ32がZ相のパルス信号を出力している間にステアリングシャフトが回転する角度(第1の角度範囲に対応するステアリングシャフトの操舵範囲)、即ち磁気センサ32のZ相のパルス幅である。同様に、w2は、磁気センサ42がZ相のパルス信号を出力している間にステアリングシャフトが回転する角度(第2の角度範囲に対応するステアリングシャフトの操舵範囲)、即ち磁気センサ42のZ相のパルス幅である。また、式(10)の分母((2^n)*(磁気センサ32の操舵角度検出分解能))は磁気センサ32の周期c1であり、式(11)の分母((2^n)*(磁気センサ42の操舵角度検出分解能))は磁気センサ42の周期c2である。
On the other hand, when setting to a value having a certain range, it is desirable to set the predetermined value so that the conditions of the following formulas (10) to (11) are satisfied for the range. This is because if the condition is not satisfied, the
w1<(2^n/x2)*(磁気センサ32の操舵角度検出分解能) …(10)
w2<(2^n/x1)*(磁気センサ42の操舵角度検出分解能) …(11)
ここで、所定値の範囲について上述した式(10)〜(11)の条件を共に満たせば、ステアリングシャフトの操舵範囲内において、磁気センサ32、42がZ相のパルス信号を一回だけ共に出力することができる理由を説明する。
w1 <(2 ^ n / x2) * (steering angle detection resolution of the magnetic sensor 32) (10)
w2 <(2 ^ n / x1) * (steering angle detection resolution of the magnetic sensor 42) (11)
Here, if both of the conditions of the above formulas (10) to (11) are satisfied for the range of the predetermined value, the
即ち、検出用ギア3の一回転中、磁気センサ42がZ相のパルス信号を出力するタイミングは、磁気センサ32の周期ごとに異なる。例えば、磁気センサ42のデジタル信号の値がb1のときに磁気センサ42がZ相のパルス信号を出力する場合、当該デジタル信号の値がb1となる際の検出用ギア3の回転角度は、磁気センサ32の周期ごとに異なる(図5参照)。ここで、当該タイミングに対応する検出用ギア3の回転角度はx2個存在し、かつ、各回転角度間の幅は、(360/x2)〔deg〕となる。そして、当該幅に対応するステアリングシャフトの回転角度は、(c1/x2)〔deg〕となる。磁気センサ32についても、同様である。
That is, the timing at which the
したがって、ステアリングシャフトの操舵範囲内において磁気センサ32、42がZ相のパルス信号を一回だけ共に出力するためには、磁気センサ32のZ相のパルス信号の幅は、少なくとも、周期c1をx2で除算して得られる値よりも小さくする必要がある(式(10)の条件)。同様に、磁気センサ42のZ相のパルス信号の幅は、少なくとも、周期c2をx1で除算して得られる値よりも小さくする必要がある(式(11)の条件)。
Therefore, in order for the
よって、所定値の範囲について上述した式(10)〜(11)の条件を共に満たせば、ステアリングシャフトが中立位置である場合にのみ磁気センサ32、42がZ相のパルス信号を共に出力することができる。
Therefore, if both of the conditions of the above formulas (10) to (11) are satisfied for the predetermined value range, the
また、このように設定することで、ステアリングシャフトが中立位置に達する場合には、ステアリングシャフトがパルス幅w1とパルス幅w2の重複範囲を回転する間、磁気センサ32、42はZ相のパルス信号を共に出力することができる。
In addition, when the steering shaft reaches the neutral position by setting in this way, the
以上により、本第1の実施の形態では、磁気センサ32、42は、ステアリングシャフトが中立位置にある場合に、Z相のパルス信号を共に出力するように設定され、且つ、磁気センサ32の周期数x1と磁気センサ42の周期数x2とは、互いに素となる。
As described above, in the first embodiment, the
したがって、上述したように、ステアリングシャフトが中立位置にある場合にのみ、磁気センサ32、42がZ相のパルス信号を出力することができるので、AND回路5は、ステアリングシャフトが中立位置にある場合にのみ、中立位置信号を出力することができる。
Therefore, as described above, since the
これにより、車両側の上位システムでは、AND回路5が中立位置信号を出力した際にステアリングシャフトが中立位置にあると判定することで、ステアリングシャフトの正確な中立位置を検出することができる。
Thereby, in the host system on the vehicle side, when the AND
また、ステアリングシャフトの中立位置を検出するために、ステアリングシャフトが搭載される車両等を走行させる必要がないので、車両側の上位システムは、ステアリングシャフトの中立位置を容易に検出することができる。 In addition, since it is not necessary to run a vehicle or the like on which the steering shaft is mounted in order to detect the neutral position of the steering shaft, the host system on the vehicle side can easily detect the neutral position of the steering shaft.
また、磁気センサ32の所定値を一定の範囲(第1の角度範囲)を有する値に設定することができ、且つ、磁気センサ42の所定値を一定の範囲(第2の角度範囲)を有する値に設定することができる。
Further, the predetermined value of the
これにより、磁気センサ32、42は、ステアリングシャフトが中立位置に達する場合には、ステアリングシャフトがパルス幅w1とパルス幅w2の重複範囲を回転する間、Z相のパルス信号を共に出力することができる。
Thus, when the steering shaft reaches the neutral position, the
これにより、例えば、ステアリングシャフトを搭載する車両が直進している間に、ステアリングシャフトが中立位置から多少ずれた場合(例えば、砂利道を走行している場合)であっても、AND回路5は、中立位置信号を出力することができる。
Thereby, for example, even when the steering shaft is slightly deviated from the neutral position (for example, when traveling on a gravel road) while the vehicle equipped with the steering shaft is traveling straight, the AND
また、磁気センサ32、42の所定値は可変なので、当該所定値を変更することで、磁気センサ32、42が共にZ相のパルス信号を出力する範囲、即ち、ステアリングシャフトが中立位置にあると判定される範囲を変更することができる。
Further, since the predetermined values of the
また、磁気センサ32、42の所定値の範囲は、上述した式(10)〜(11)を満たすように設定されるので、舵角検出装置1は、ステアリングシャフトが中立位置でない場合に、磁気センサ32、42がZ相のパルス信号を共に出力することを防止することができる。
Moreover, since the range of the predetermined value of the
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図7〜図8に基づいて、本発明の第2の実施の形態に係る舵角検出装置1aの構成及び各構成要素の主な機能について説明する。なお、図7は、舵角検出装置1aを示す概略構成図であり、図8は、磁気センサ22、32から出力されるパルス信号の出力タイミングを示したタイミングチャートである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, based on FIGS. 7-8, the structure of the steering
図7に示すように、舵角検出装置1aは、図示しないケース内に収納されており、メインギア(第2の検出用ギア)2と、検出用ギア(第1の検出用ギア)3と、磁石21、31と、磁気センサ(第1の検出手段)32と、磁気センサ(第2の検出手段)22と、図示しないAND回路(出力手段)を備える。したがって、本第2の実施の形態は、メインギア2、磁石21、及び磁気センサ22が第1の実施の形態の検出用ギア4、磁石41、及び磁気センサ42と同様の役割を果たす。なお、以下の説明では、第1の実施の形態と異なる構成を中心に説明する。
As shown in FIG. 7, the rudder
メインギア2は、ステアリングシャフトと一体となって回転する。したがって、本実施の形態では、ステアリングシャフトの操舵範囲とメインギア2の回転範囲とが一致する。
The
また、ステアリングシャフトの操舵範囲は0〜2160[deg]である(左右3回転分の操舵範囲に対応する)。なお、当該操舵範囲は他の範囲であってもよい。 Further, the steering range of the steering shaft is 0 to 2160 [deg] (corresponding to the steering range for three rotations in the left and right directions). The steering range may be another range.
検出用ギア3、磁石31、及び磁気センサ32は、第1の実施の形態と同じものなので、説明を省略する。
Since the
磁石21は、メインギア2の外周部分に設けられ、メインギア2と共に回転する。
The magnet 21 is provided on the outer peripheral portion of the
磁気センサ22は、磁石21の移動範囲上に設けられ、磁石21が磁気センサ22を通過した際に、パルス信号を生成して図示しないAND回路に出力する。なお、磁気センサ22は、磁気センサ32と同様に、当該パルス信号の幅を変更可能となっている。なお、パルス信号の幅については、磁石21の形状を変えるなどにより変更することも可能である。
The
図示しないAND回路は、第1の実施の形態におけるAND回路5と同様の構成となっている。即ち、磁気センサ32のZ相及び磁気センサ22からパルス信号を共に与えられた場合に、中立位置信号を車両側の上位システムに出力する。
An AND circuit (not shown) has a configuration similar to that of the AND
ここで、磁気センサ32の周期c1と磁気センサ22の周期c3がどのように設定されるかについて説明する。ここで、磁気センサ22の周期c3は、メインギア2が1回転する間にステアリングシャフトが回転する角度である。本第2の実施の形態では、メインギア2とステアリングシャフトが一体的に回転するので、当該周期は360[deg]となる。
Here, how the period c1 of the
当該周期c1、c3は、AND回路がステアリングシャフトの操舵範囲内で一度だけ中立位置信号を出力することができるように、以下の式(13)を満たすように設定される。 The periods c1 and c3 are set so as to satisfy the following expression (13) so that the AND circuit can output the neutral position signal only once within the steering range of the steering shaft.
(c1とc3の最小公倍数)≧(ステアリングシャフトの操舵範囲) …(13)
なお、周期c1、c3が当該条件を満たす場合、磁気センサ22の周期数x3と磁気センサ32の周期数x1は、互いに素となる。ここで周期数x3は、ステアリングシャフトが操舵範囲内を回転する間にメインギア2が回転する回数である。周期数x3は、以下の式(14)により求められる。なお、本第2の実施の形態では、メインギア2とステアリングシャフトが一体的に回転するので、磁気センサ22の周期数x3は、ステアリングシャフトの操舵範囲内での回転数に等しい。
(The least common multiple of c1 and c3) ≧ (steering range of steering shaft) (13)
When the periods c1 and c3 satisfy the condition, the period number x3 of the
x3=(c3とc1の最小公倍数)/c3 …(14)
これにより、ステアリングシャフトが中立位置にある場合に磁気センサ32のZ相及び磁気センサ22がパルス信号を共に出力するように磁気センサ22、32を設定することで、図8に示すように、磁気センサ32のZ相及び磁気センサ22は、パルス信号を複数回出力する場合であっても、ステアリングシャフトが中立位置にある場合にのみ、パルス信号を共に出力する。なお、図8では、ステアリングシャフトの操舵角度がa5[deg]となる場合に、ステアリングシャフトが中立状態となる。
x3 = (the least common multiple of c3 and c1) / c3 (14)
As a result, when the steering shaft is in the neutral position, the
したがって、AND回路は、磁気センサ32のZ相及び磁気センサ22からパルス信号を共に与えられた場合に、中立位置信号を出力するので、ステアリングシャフトが中立位置にある場合にのみ、中立位置信号を車両側の上位システムに出力することができる。
Therefore, the AND circuit outputs the neutral position signal when both the Z phase of the
これにより、車両側の上位システムは、中立位置信号が出力された際に、ステアリングシャフトが中立位置にあると判定することで、ステアリングシャフトの正確な中立位置を検出することができる。 Accordingly, the host system on the vehicle side can detect the accurate neutral position of the steering shaft by determining that the steering shaft is in the neutral position when the neutral position signal is output.
次に、舵角検出装置1aの組み付け方法について説明する。まず、舵角検出装置1aのメインギア2を、検出対象となるスパイラルケーブルまたはステアリングシャフトに固定する。次いで、スパイラルケーブルまたはステアリングシャフトを中立位置まで回転させる。次いで、当該磁気センサ32のZ相及び磁気センサ22がこの位置でパルス信号を共に出力するように、磁気センサ22及び磁石21の位置を調整すると共に、磁気センサ22、32を設定する。
Next, a method for assembling the rudder
なお、磁気センサ22のパルス幅及び磁気センサ32のZ相のパルス幅は、何れも変更可能であるが、パルス幅を広げるに際しては、これらパルス幅が上述した式(10)〜(11)を満たすように磁気センサ22、32を設定するのが望ましい。当該条件を満たさないと、スパイラルケーブルまたはステアリングシャフトの操舵範囲内において、磁気センサ22及び磁気センサ32のZ相がパルス信号を複数回共に出力する可能性があるからである。ここで、磁気センサ22のパルス幅は、式(11)中のw2に相当する。
Note that the pulse width of the
このように設定することで、舵角検出装置1aは、第1の実施の形態と同様の機能を発揮することができる。
By setting in this way, the rudder
以上により、本第2実施の形態では、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、以下に示す効果を得ることができる。即ち、第1の実施の形態における検出用ギア4等が不要となるので、舵角検出装置1aを小さくすることができる。
As described above, in the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the following effects can be obtained. That is, since the
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図9〜図10に基づいて、本発明の第3の実施の形態に係る舵角検出装置1bの構成及び各構成要素の主な機能について説明する。なお、図9は、舵角検出装置1bを示す概略構成図であり、図10は、磁気センサ25、32から出力されるパルス信号の出力タイミングを示したタイミングチャートである。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, based on FIGS. 9-10, the structure of the steering
図9に示すように、舵角検出装置1bは、図示しないケース内に収納されており、メインギア(第2の検出用ギア)2と、検出用ギア(第1の検出用ギア)3と、磁性体23と、磁石24、31と、磁気センサ(第1の検出手段)32と、磁気センサ(第2の検出手段)25と、図示しないAND回路(出力手段)を備える。したがって、本第3の実施の形態は、メインギア2、磁性体23、磁石24、及び磁気センサ25が第1の実施の形態の検出用ギア4、磁石41、及び磁気センサ42と同様の役割を果たす。なお、以下の説明では、第1〜第2の実施の形態と異なる構成を中心に説明する。
As shown in FIG. 9, the rudder
メインギア2は、ステアリングシャフトと一体となって回転する。したがって、本実施の形態では、ステアリングシャフトの操舵範囲とメインギア2の回転範囲とが一致する。
The
また、ステアリングシャフトの操舵範囲は0〜2160[deg]である(左右3回転分の操舵範囲に対応する)。なお、当該操舵範囲は他の範囲であってもよい。 Further, the steering range of the steering shaft is 0 to 2160 [deg] (corresponding to the steering range for three rotations in the left and right directions). The steering range may be another range.
検出用ギア3、磁石31、磁気センサ32、及び図示しないAND回路は、第2の実施の形態と同じものなので、説明を省略する。
Since the
磁性体23は、メインギア2の外周部分に設けられ、メインギア2と共に回転する。磁石24は、磁性体23の移動範囲上のうち、磁気センサ25の近傍に設けられる。
The
磁気センサ25は、磁性体23が磁気センサ25を通過した際に、パルス信号を生成して図示しないAND回路に出力する。なお、磁気センサ25は、磁気センサ32と同様に、当該パルス信号の幅を変更可能となっている。パルス信号の幅については、磁性体23の大きさを変更することにより変更することも可能である。
When the
また、磁気センサ32の周期c1と磁気センサ25の周期c4は、AND回路がステアリングシャフトの操舵範囲内にて一度だけ中立位置信号を出力することができるように、上述した条件(即ち、以下に示す式(15)の条件)を満たすように設定される。ここで、磁気センサ25の周期c4は、メインギア2が1回転する間にステアリングシャフトが回転する角度である。本第3の実施の形態では、メインギア2とステアリングシャフトが一体的に回転するので、当該周期は360[deg]となる。
Further, the period c1 of the
(c1とc4の最小公倍数)≧(ステアリングシャフトの操舵範囲) …(15)
なお、周期c1、c4が当該条件を満たす場合、磁気センサ25の周期数x4と磁気センサ32の周期数x1は、互いに素となる。ここで周期数x4は、ステアリングシャフトが操舵範囲内を回転する間にメインギア2が回転する回数である。周期数x4は、以下の式(16)により求められる。なお、本第3の実施の形態では、メインギア2とステアリングシャフトが一体的に回転するので、磁気センサ25の周期数x4は、ステアリングシャフトの操舵範囲内での回転数に等しい。
(The least common multiple of c1 and c4) ≧ (steering range of steering shaft) (15)
When the periods c1 and c4 satisfy the condition, the period number x4 of the
x4=(c1とc4の最小公倍数)/c4 …(16)
これにより、ステアリングシャフトが中立位置にある場合に磁気センサ32のZ相及び磁気センサ25がパルス信号を共に出力するように磁気センサ25、32を設定することで、図10に示すように、磁気センサ25及び磁気センサ32のZ相は、パルス信号を複数回出力する場合であっても、ステアリングシャフトが中立位置にある場合にのみ、パルス信号を共に出力する。なお、図10では、ステアリングシャフトの操舵角度がa5[deg]となる場合に、ステアリングシャフトが中立状態となる。
x4 = (the least common multiple of c1 and c4) / c4 (16)
Thus, when the steering shaft is in the neutral position, the
したがって、AND回路は、磁気センサ32のZ相及び磁気センサ25からパルス信号を共に与えられた場合に、中立位置信号を出力するので、ステアリングシャフトが中立位置にある場合にのみ、中立位置信号を車両側の上位システムに出力することができる。
Therefore, the AND circuit outputs a neutral position signal when both the Z-phase of the
これにより、車両側の上位システムでは、中立位置信号が出力された際に、ステアリングシャフトが中立位置にあると判定することで、ステアリングシャフトの正確な中立位置を検出することができる。 Thereby, in the host system on the vehicle side, the accurate neutral position of the steering shaft can be detected by determining that the steering shaft is in the neutral position when the neutral position signal is output.
次に、舵角検出装置1bの組み付け方法について説明する。まず、舵角検出装置1bのメインギア2を、検出対象となるスパイラルケーブルまたはステアリングシャフトに固定する。次いで、スパイラルケーブルまたはステアリングシャフトを中立位置まで回転させる。次いで、当該磁気センサ25、32がこの位置でZ相のパルス信号を共に出力するように、磁気センサ25、磁性体23、及び磁石24の位置を調整すると共に、磁気センサ25、32を設定する。
Next, a method for assembling the rudder
なお、磁気センサ25のパルス幅及び磁気センサ32のZ相のパルス幅は、何れも変更可能であるが、パルス幅を広げるに際しては、これらパルス幅が上述した式(10)〜(11)を満たすように磁気センサ25、32を設定するのが望ましい。当該条件を満たさないと、スパイラルケーブルまたはステアリングシャフトの操舵範囲内において、磁気センサ25及び磁気センサ32のZ相がパルス信号を複数回共に出力する可能性があるからである。ここで、磁気センサ25のパルス幅は、式(11)中のw2に相当する。
Both the pulse width of the
このように設定することで、舵角検出装置1bは、第1〜第2の実施の形態と同様の機能を発揮することができる。
By setting in this way, the rudder
以上により、本第3実施の形態では、第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, in the third embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
なお、本第1〜第3の実施の形態では、メインギア2を、ステアリングシャフトと一体となって回転するものとしたが、ステアリングシャフトに連動して回転するものであってもよい。
In the first to third embodiments, the
また、第2〜第3の実施の形態では、中立信号を得るために、磁石と磁気センサを使用したが、LEDと受光素子のような光学式デバイス、または、接点式デバイスを用いてもよい。 In the second to third embodiments, a magnet and a magnetic sensor are used to obtain a neutral signal. However, an optical device such as an LED and a light receiving element, or a contact type device may be used. .
1、1a、1b…舵角検出装置
2…メインギア
3…検出用ギア(第1の検出用ギア)
4…検出用ギア(第2の検出用ギア)
5…AND回路(出力手段)
10…ケース
21、24、31、41…磁石
32…磁気センサ(第1の検出手段)
22、25、42…磁気センサ(第2の検出手段)
23…磁性体
DESCRIPTION OF
4. Detection gear (second detection gear)
5. AND circuit (output means)
DESCRIPTION OF
22, 25, 42 ... magnetic sensor (second detection means)
23 ... Magnetic material
Claims (4)
前記第1の検出用ギアの回転角度を検出し、当該検出された回転角度がステアリングシャフトの中立位置に対応する角度である場合に、検出信号を出力する第1の検出手段と、
前記第2の検出用ギアの回転角度を検出し、当該検出された回転角度がステアリングシャフトの中立位置に対応する角度である場合に、検出信号を出力する第2の検出手段と、
前記第1の検出手段及び前記第2の検出手段が、前記検出信号を共に出力した場合には、前記ステアリングシャフトが中立位置にある旨の中立位置信号を出力する出力手段と、を備え、
前記第1の検出手段及び前記第2の検出手段は、前記ステアリングシャフトが中立位置にある場合に、前記検出信号を共に出力し、前記第1の検出手段の周期数と前記第2の検出手段の周期数とは、互いに素であることを特徴とする舵角検出装置。 A first detection gear and a second detection gear that rotate in conjunction with the steering shaft;
First detection means for detecting a rotation angle of the first detection gear, and outputting a detection signal when the detected rotation angle is an angle corresponding to a neutral position of the steering shaft;
Second detection means for detecting a rotation angle of the second detection gear and outputting a detection signal when the detected rotation angle is an angle corresponding to a neutral position of the steering shaft;
An output means for outputting a neutral position signal indicating that the steering shaft is in a neutral position when the first detection means and the second detection means both output the detection signal;
The first detection means and the second detection means output the detection signal together when the steering shaft is in a neutral position, and the number of cycles of the first detection means and the second detection means. A rudder angle detection device characterized in that the number of periods is relatively prime.
前記第1の検出手段は、前記第1の検出用ギアの回転角度が第1の角度範囲に含まれる場合には、検出信号を出力し、
前記第2の検出手段は、前記第2の検出用ギアの回転角度が第2の角度範囲に含まれる場合には、検出信号を出力することを特徴とする舵角検出装置。 The rudder angle detection device according to claim 1,
The first detection means outputs a detection signal when the rotation angle of the first detection gear is included in the first angle range;
The second detection means outputs a detection signal when the rotation angle of the second detection gear is included in the second angle range.
前記第1の角度範囲及び前記第2の角度範囲は、可変であることを特徴とする舵角検出装置。 The rudder angle detection device according to claim 2,
The rudder angle detecting device, wherein the first angle range and the second angle range are variable.
前記第1の角度範囲及び前記第2の角度範囲は、当該第1の角度範囲に対応する前記ステアリングシャフトの操舵範囲が、前記第1の検出手段の周期を前記第2の検出手段の周期数で除算して得られる角度範囲より小さく、且つ、当該第2の角度範囲に対応する前記ステアリングシャフトの操舵範囲が、前記第2の検出手段の周期を前記第1の検出手段の周期数で除算して得られる角度範囲より小さくなるように、設定されることを特徴とする舵角検出装置。 In the rudder angle detection device according to claim 2 or 3,
In the first angle range and the second angle range, the steering range of the steering shaft corresponding to the first angle range corresponds to the cycle of the first detection unit and the number of cycles of the second detection unit. The steering range of the steering shaft corresponding to the second angle range is smaller than the angle range obtained by dividing by the above, and the period of the second detection means is divided by the number of periods of the first detection means. The steering angle detection device is set so as to be smaller than the angle range obtained in the above manner.
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