JP2005147704A - ステアリングセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】後付けが容易にできる、簡易な構造のステアリングセンサを提供する。
【解決手段】中心Ｏからの距離を徐々に変化させた螺旋ガイド２と、この螺旋ガイド２に摺動自在に係合し、螺旋ガイド２の径方向にほぼ沿って移動するスライダ３と、このスライダ３に可動子４Ｓを結合させた直線スライド式の可変抵抗器４とを備えており、螺旋ガイド２の中心Ｏをステアリングシャフト６と同心に配した状態で、ステアリングシャフト６と一体に回転する部材（ステアリングシャフト６自体またはステアリングホイールなどの部材）と、固定側の部材（コラム等の車体側の非回転部材）の一方に螺旋ガイド２を取り付けると共に、他方に可変抵抗器４の本体４Ｂを取り付けたことを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステアリング角（舵角）を検出するためのステアリングセンサに係り、主に車両の前照灯の可変配光システム（ＡＦＳ）に利用されるステアリングセンサに関する。

夜間の走行安全性を高めるために、車両のステアリング操作に応じて、前照灯の配光を変化させる可変配光システム（ＡＦＳ）が知られている。このシステムを実現するためには、ステアリング角（舵角）を検出するためのステアリングセンサが必須である。

従来、この種のシステムに使用されるステアリングセンサとして、複数のギヤとラックを組み合わせた運動変換機構を介して、ステアリングシャフトの回転を可変抵抗器の可動子の直線運動に変換して、舵角を検出するものがあった（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２８６３９１号公報

しかし、前記従来のステアリングセンサの場合、ギヤとラックを組み合わせた運動変換機構を、可変抵抗器とステアリングシャフトとの間に設けなくてはならないため、構造が複雑である。

本発明は、上記事情を考慮し、簡易な構造のステアリングセンサを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、中心からの距離を徐々に変化させた螺旋ガイドと、この螺旋ガイドに摺動自在に係合し、螺旋ガイドの径方向にほぼ沿って移動するスライダと、このスライダに可動子を結合させた直線スライド式の可変抵抗器と、を備え、前記螺旋ガイドの中心をステアリングシャフトと同心に配した状態で、ステアリングシャフトと一体に回転する部材と固定側の部材の一方に、前記螺旋ガイドを取り付けると共に、他方に、前記可変抵抗器を取り付けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のステアリングセンサであって、螺旋ガイドの螺旋の巻き方に変化を持たせることにより、ステアリングシャフトの回転角に対するスライダの移動量を規定する特性の中に、ステアリングシャフトの回転角に対するスライダの移動量が、互いに異なる複数の舵角領域を設けたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載のステアリングセンサであって、前記螺旋ガイドの径方向の螺旋のピッチに変化を持たせることにより、螺旋ガイドに、ピッチが大きく形成されることでステアリングシャフトの回転角に対するスライダの移動量を大きくする粗ピッチ領域と、ピッチが小さく形成されることでステアリングシャフトの回転角に対するスライダの移動量を小さくする密ピッチ領域とを設け、舵角が小の領域に前記粗ピッチ領域を対応させ、舵角が大の領域に前記密ピッチを対応させたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２または３に記載のステアリングセンサであって、前記螺旋ガイドに、螺旋の中心からの径が一定に設定されることでステアリングシャフトの回転角の変化に対してスライダの移動量が略ゼロの不感領域を設け、その不感領域の中央を舵角ゼロの位置に対応させたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のステアリングセンサであって、前記直線スライド式の可変抵抗器の可動子のスライド方向を、前記螺旋ガイドの径方向に対して傾斜させたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のステアリングセンサであって、前記螺旋ガイドを、ステアリングシャフトの周囲に取り付けるために、複数のピースに分割したことを特徴とする。

請求項１の発明のステアリングセンサは、螺旋ガイドと、それに摺動自在に係合するスライダと、直線スライド式の可変抵抗器とにより構成されているので、従来のギヤとラックを組み合わせたものよりも、構造が簡単である。

また、例えば後付けでＡＦＳ機能を追加するためにステアリングセンサを車両に後付けする場合には、従来のギアとラックを組み合わせたステアリングセンサは、ステアリングホイール近辺のスペース上の問題などから取り付けが困難になることが予想される。しかし、請求項１の発明のステアリングセンサは、構造が簡単でスペースをとらないため、簡単にステアリングホイール近辺に後付けできる利点もある。

請求項２の発明のように、螺旋ガイドの螺旋の巻き方を変えることにより、ステアリングシャフトの回転角に対するスライダの移動量を任意に変化させることができる。例えば、ある舵角領域では操舵角の割にスライダが大きく移動するようにし、別の舵角領域では操舵角の割にスライダが小さく移動するように構成することができる。そのようにした場合は、前者の領域では、操舵角の割に可変抵抗器は大きな出力変化を示し、後者の領域では、操舵角の割に可変抵抗器は小さな出力変化を示す。従って、操舵角とセンサ出力との間に、全舵角領域において一定の比例関係を作るばかりでなく、舵角領域を適当に区分しながら各領域ごとに異なる関係（特性）を作り出すことができる。このため、同じ角度だけステアリングを回しても、センサの出力変化を、ある領域ではゆっくり、ある領域では速く、というように変化させることができる。言い換えると、操舵角とセンサ出力との間にそのような関係を持たせることにより、センサの出力信号に特別な演算を施すことなく、センサの出力信号をそのまま増幅して、灯体の首振りのための舵角信号として利用することができ、例えば、舵角が小さいうちはゆっくりと配光方向を首振りさせ、舵角が大きくなるに従い速く首振りさせる、等の色々な設定が容易にできるようになる。また、特別に、操舵角の変化に対してスライダが変化しない不感領域を設けることもできる。

請求項３の発明によれば、螺旋ガイドに、ピッチが大きく形成されることでステアリングシャフトの回転角に対するスライダの移動量を大きくする粗ピッチ領域と、ピッチが小さく形成されることでステアリングシャフトの回転角に対するスライダの移動量を小さくする密ピッチ領域とを設け、舵角が小の領域に粗ピッチ領域を対応させ、舵角が大の領域に密ピッチを対応させたので、カーブ走行時やコーナリング時に素早く配光方向を首振りさせることができ、必要性の高いときの首振りの反応を敏速にすることができる。

また、ステアリングシャフトの回転角に対する可変抵抗器の出力変化を、粗ピッチ領域では大きくし、密ピッチ領域では小さくできることから、高精度の舵角検出が必要な範囲に粗ピッチ領域を対応させ、精度の不要な範囲に密ピッチを対応させることで、検出精度のあまり高くない低コストの汎用ボリュームを使用しても、実用に耐える製品を提供できる。また、精度の要らない領域の螺旋のピッチを密にすることにより、螺旋ガイドの小径化が可能となり、コンパクト化が図れる。

請求項４の発明によれば、前記螺旋ガイドに、螺旋の中心からの径が一定に設定されることで、ステアリングシャフトの回転角の変化に対してスライダの移動量が略ゼロの不感領域（不感帯）を設け、その不感領域の中央を舵角ゼロの位置に対応させたので、直線走行時などの舵角の小さなハンドル操作に対しては、配光方向の首振りの反応をさせないようにすることができ、カーブ走行時やコーナリング時の舵角が所定以上に大きくなる時にのみ、配光方向の首振りをさせることができる。また、このように不感領域を設けることで、不要に可変抵抗器の接点を摩耗させることがなくなり、センサ寿命を延ばすことにつながる。また、粗ピッチ領域の舵角ゼロの近辺に不感領域を設定することで、その分、粗ピッチ領域のピッチをより粗くできるため、粗ピッチ領域での可変抵抗器のスライド量を大きくとることができて、一層の検出精度の向上が図れる。

請求項５の発明によれば、直線スライド式の可変抵抗器の可動子のスライド方向を、螺旋ガイドの径方向に対して傾斜させたので、スライダ（可動子）のスライドストロークを長くとることができ、ストロークの長い可変抵抗器を使用することで、センサの検出精度を上げることができる。

請求項６の発明によれば、螺旋ガイドを、ステアリングシャフトの周囲に取り付けるために、複数のピースに分割したので、ステアリングホイールを取り外すことなく、螺旋ガイドをステアリングシャフトの周囲に取り付けることができる。従って、より後付けに有利となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明のステアリングセンサの原理構成図である。本発明のステアリングセンサ１は、中心Ｏからの距離を徐々に変化させた螺旋ガイド２と、この螺旋ガイド２に摺動自在に係合し、螺旋ガイド２の径方向にほぼ沿って移動するスライダ３と、このスライダ３に可動子４Ｓを結合させた直線スライド式の可変抵抗器４とを備えており、螺旋ガイド２の中心Ｏをステアリングシャフト６と同心に配した状態で、ステアリングシャフト６と一体に回転する部材（ステアリングシャフト６自体またはステアリングホイールなどの部材）と、固定側の部材（コラム等の車体側の非回転部材）の一方に螺旋ガイド２を取り付けると共に、他方に可変抵抗器４の本体４Ｂを取り付けたことを特徴とするものである。なお、可動子４Ｓがスライダ３を兼ねてもよい。

＜第１実施形態＞
図２は第１実施形態のステアリングセンサ１の取り付け状態を示す側面図、図３はステアリングセンサ１の取り付け状態を示す分解斜視図、図４（ａ）は螺旋ガイド２の平面図、（ｂ）は螺旋ガイド２を備えた円板２０の断面図である。

この実施形態において、螺旋ガイド２は、ステアリングシャフト６に垂直に取り付けられるドーナツ形の円板２０の板面に螺旋状の溝として形成されており、ステアリングシャフト６と一体に回転するようになっている。螺旋ガイド２を形成した円板２０は、図３に示すように、半割に分割され（２ピースに分割され）た上で、ステアリングホイール１６の背後において完成円を構成するように取り付けられており、この取り付け状態で、螺旋ガイド２を構成する螺旋状の溝は段差がないように滑らかに連続している。この場合、円板２０を複数に分割した上で、ステアリングシャフト６取り付けるようにしたことにより、ステアリングホイール１６を取り外すことなく、その背後へ容易に後付けできるようになる。

可変抵抗器４の可動子４Ｓと一体化されたスライダ３は、この螺旋状の溝をトレースできるように溝に摺動自在に挿入されたピンよりなる。なお、本発明にあっては、ピン以外のものをスライダとして螺旋状の溝に係合させてもよい。また、螺旋ガイドを突条で形成し、スライダ側に突条に係合する溝を設けてもよい。

可変抵抗器４の本体４Ｂは、可動子４Ｓのスライド方向を、螺旋ガイド２の半径方向に一致させた状態で、ステアリングシャフト６の周囲のコラム１０等の固定側の部材に固定されている。

図５は、第１実施形態のステアリングセンサにおける、ステアリングの舵角（横軸）と可変抵抗器４の出力（縦軸）の関係を示す特性図である。可変抵抗器の出力は、抵抗値または電圧で示されている。舵角は、左右それぞれの回転方向に対して９００°（３６０度×２．５回転）確保されている。

次に作用を説明する。

ステアリングホイール１６（ステアリングシャフト６）を回転させると、螺旋ガイド２を形成した円板２０がそれと一体に回転し、スライダ３（可動子４Ｓ）は、螺旋ガイド２の回転に伴って、螺旋ガイド２の半径方向に移動する。つまり、スライダ３（可動子４Ｓ）は、「ステアリングシャフト６から離れる方向」または「ステアリングシャフト６に近づく方向」に、螺旋ガイド２をトレースしながら変位する。このとき、可変抵抗器４は、スライダ３（可動子４Ｓ）の位置に応じた出力を発生する。従って、その出力により、ステアリングの舵角を知ることができる。この場合、螺旋ガイド２の螺旋のピッチが一定に設定されている場合は、図５に示すように、舵角とセンサ出力の関係が１本の直線で表されることになる。

このステアリングセンサ１は、螺旋ガイド２を有する円板２０と、可動子４Ａをスライダ３に一体化させた可変抵抗器４とによりなるので、ギヤとラックを組み合わせた従来のものよりも、構造が簡単であり、スペースをとらずに、簡単にステアリングホイール１６の近辺に後付けすることができる。特に円板２０を半割構造にしたことで、ステアリングホイール１６を取り外さずに取り付けることができるので、ＡＦＳ機能を後付けで追加する場合にも、ステアリングセンサ１に関して、低コストで簡単に取り付けることができる。

また、本発明のステアリングセンサ１は、螺旋ガイド２の螺旋の巻き方に変化を持たせることにより、ステアリングシャフト６の回転角に対するスライダ３の移動量を簡単に変化させることができる。つまり、センサ特性の中に、舵角に対するセンサの出力変化率の異なる複数の舵角領域を設けることができる。以下の第２〜第４実施形態で詳しく説明する。

＜第２実施形態＞
図６は第２実施形態のステアリングセンサにおける螺旋ガイド２Ｂの平面図、図７はその螺旋ガイド２Ｂを使用したときのセンサ特性図である。

図６において、Ｄ１はドーナツ形の円板２０の内径、Ｄ２は外径を示している。例えば、渦巻き状の溝として形成された螺旋ガイド２Ｂの螺旋は、渦巻きの最内半径位置ＰＡから最外半径位置ＰＢまで連続しており（２．５周＋２．５周＝５周分の長さ）、径方向のピッチ（隣り合う溝と溝の間隔）に変化を持たせてある。即ち、この螺旋ガイド２Ｂには、螺旋のピッチが大きく形成されることで、ステアリングシャフト６の回転角に対するスライダ３（可動子４Ａ）の移動量を大きくする粗ピッチ領域（粗ピッチ渦ＲＡが形成された領域）と、ピッチが小さく形成されることで、ステアリングシャフト６の回転角に対するスライダ３（可動子４Ａ）の移動量を小さくする密ピッチ領域（密ピッチ渦ＲＢが形成された領域）とが設けられており、舵角が小の領域（センサ−ニュートラル位置Ｎに対して舵角が±９０°の範囲）に粗ピッチ領域ＲＡを対応させ、舵角が大の領域（舵角が＋９０°以上、−９０°以下の範囲）に密ピッチ領域ＲＢを対応させてある。

ここで、密ピッチとは隣り合う溝間の間隔が狭い部分、粗ピッチとは隣り合う溝間の間隔が広い部分を指し、密ピッチ領域の溝と粗ピッチ領域の溝は滑らかに連続している。

この螺旋ガイド２Ｂを使用した場合、粗ピッチ領域ＲＡと密ピッチ領域ＲＢを区別して設けたことにより、螺旋ガイド２Ｂの回転に応じてスライダ３（可動子４Ａ）が移動するときに、粗ピッチ領域ＲＡにあるときはスライダ３を大きく変位させ（変位量が大）、密ピッチ領域ＲＢにあるときはスライダ３（可動子４Ａ）を小さく変位させる（変位量が小）ことができる。従って、図７に示すように、粗ピッチ領域ＲＡでは、操舵角の割に可変抵抗器４が大きな出力変化を示し、密ピッチ領域ＲＢでは、操舵角の割に可変抵抗器４が小さな出力変化を示すことになる。別の言い方をすると、同じ角度だけステアリングを回しても、センサの出力変化を、舵角の大きな領域ではゆっくり、舵角の小さな領域では速く、というように変化させることができる。

その結果、このセンサ出力に基づいてＡＦＳシステムの灯体の首振り制御を行う場合、センサの出力信号に特別な演算を施すことなく、センサの出力信号をそのまま増幅して、灯体の首振りのための舵角信号として利用することができ、例えば、舵角が小さいうちはゆっくりと配光方向を首振りさせ、舵角が大きくなるに従い速く首振りさせる、という制御を容易に行うことができる。このため、カーブ走行時やコーナリング時に素早く配光方向を首振りさせることができ、必要性の高いときの首振りの反応を敏速にすることができる。

また、高精度の舵角検出が必要な範囲に粗ピッチ領域ＲＡを対応させ、精度の不要な範囲に密ピッチ領域ＲＢを対応させることで、検出精度のあまり高くない低コストの汎用ボリュームを使用しても、実用に耐える製品を提供することができるようになる。また、精度の要らない舵角大の領域の螺旋のピッチを密にすることにより、円板の小径化が可能となり、コンパクト化が図れるという利点も得られる。

＜第３実施形態＞
図８は第３実施形態のステアリングセンサにおける螺旋ガイド２Ｂと可変抵抗器のスライド方向との関係を示す平面図、図９はその場合のセンサ特性図である。

この実施形態のステアリングセンサでは、螺旋ガイドとして第２実施形態と同じ螺旋ガイド２Ｂを使用し、可変抵抗器４の可動子のスライド方向Ｙを、螺旋ガイド２Ｂの径方向に対して所定の角度だけ傾斜させている。傾斜の角度は０°〜４５°までの範囲が好ましい。このように可変抵抗器４のスライド方向を傾けたことにより、図９に示すように、スライダの変位量、つまり、可変抵抗器４の可動子４Ａの可動域を大きくすることができる。従って、ストロークの長い可変抵抗器４を組み付けることが可能であり、センサの検出精度（分解能）を上げることができる。

＜第４実施形態＞
図１０は第４実施形態のステアリングセンサにおける螺旋ガイド２Ｃの平面図、図１１はその螺旋ガイド２Ｃを使用したときのセンサ特性図である。

この実施形態のステアリングセンサでは、第２実施形態の螺旋ガイド２Ｂにおける粗ピッチ領域ＲＡの中央に不感領域（不感帯）ＲＣを設けた新規の螺旋ガイド２Ｃを使用している。この不感領域ＲＣは、螺旋の中心Ｏからの径が一定（この区間は螺旋ではなく円弧である）に設定された領域であり、他の領域の表現にならうと、等ピッチ領域（等ピッチ部）ということができる。この不感領域ＲＣは、舵角ゼロの位置Ｎ（センサニュートラル位置）を基準に±２０°の範囲にわたり設定されている。

このように、螺旋の中心Ｏからの径が一定に設定された不感領域ＲＣを、舵角ゼロを基準とする±２０°の所定角度範囲に設けることにより、その領域ＲＣにスライダ３があるときは、ステアリングシャフト６の回転角の変化に対してスライダ３の移動量を略ゼロにすることができる。つまり、可変抵抗器４の可動子４Ａが動かない範囲を作ることができる。従って、直線走行時などの舵角の小さなハンドル操作に対しては、配光方向の首振りの反応をさせないようにすることができ、カーブ走行時やコーナリング時の舵角が所定以上に大きくなる時にのみ、配光方向の首振りをさせることができる。

また、このように不感領域ＲＣを設けることで、不要に可変抵抗器４の接点を摩耗させることがなくなり、センサの寿命を延ばすことにつながる。また、粗ピッチ領域ＲＡの舵角ゼロの近辺に不感領域ＲＣを設定することで、その分、粗ピッチ領域ＲＡのピッチをより粗くできるため、粗ピッチ領域ＲＡでの可変抵抗器４のスライド量を大きくとることができて、一層の検出精度の向上が図れる。

なお、上記実施形態においては、スライダ３と螺旋ガイドをタイトに係合させることを想定したが、係合部分に遊びを持たせて、前記不感領域の作用に似た反応を起こさせることも可能である。

本発明のステアリングセンサの原理構成図である。 本発明の第１実施形態のステアリングセンサの取り付け状態を示す側面図である。 同ステアリングセンサの部品の相互関係を示す斜視図である。 同ステアリングセンサの螺旋ガイドを示す図であって、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が側断面図である。 同ステアリングセンサの特性図である。 本発明の第２実施形態のステアリングセンサの螺旋ガイドの平面図である。 同ステアリングセンサの特性図である。 本発明の第３実施形態のステアリングセンサの螺旋ガイドの平面図である。 同ステアリングセンサの特性図である。 本発明の第４実施形態のステアリングセンサの螺旋ガイドの平面図である。 同ステアリングセンサの特性図である。

符号の説明

１ ステアリングセンサ
２，２Ｂ，２Ｃ 螺旋ガイド
３ スライダ
４ 可変抵抗器
４Ｓ 可動子
６ ステアリングシャフト
ＲＡ 粗ピッチ領域
ＲＢ 密ピッチ領域
ＲＣ 不感領域
Ｏ 螺旋の中心

Claims (6)

1. 中心からの距離を徐々に変化させた螺旋ガイドと、
   この螺旋ガイドに摺動自在に係合し、螺旋ガイドの径方向にほぼ沿って移動するスライダと、
   このスライダに可動子を結合させた直線スライド式の可変抵抗器と、を備え、
   前記螺旋ガイドの中心をステアリングシャフトと同心に配した状態で、ステアリングシャフトと一体に回転する部材と固定側の部材の一方に、前記螺旋ガイドを取り付けると共に、他方に、前記可変抵抗器を取り付けたことを特徴とするステアリングセンサ。
2. 請求項１に記載のステアリングセンサであって、
   前記螺旋ガイドの螺旋の巻き方に変化を持たせることにより、前記ステアリングシャフトの回転角に対する前記スライダの移動量を規定する特性の中に、ステアリングシャフトの回転角に対するスライダの移動量が、互いに異なる複数の舵角領域を設けたことを特徴とするステアリングセンサ。
3. 請求項２に記載のステアリングセンサであって、
   前記螺旋ガイドの径方向の螺旋のピッチに変化を持たせることにより、螺旋ガイドに、ピッチが大きく形成されることでステアリングシャフトの回転角に対するスライダの移動量を大きくする粗ピッチ領域と、ピッチが小さく形成されることでステアリングシャフトの回転角に対するスライダの移動量を小さくする密ピッチ領域とを設け、舵角が小の領域に前記粗ピッチ領域を対応させ、舵角が大の領域に前記密ピッチを対応させたことを特徴とするステアリングセンサ。
4. 請求項２または３に記載のステアリングセンサであって、
   前記螺旋ガイドに、螺旋の中心からの径が一定に設定されることで、ステアリングシャフトの回転角の変化に対してスライダの移動量が略ゼロの不感領域を設け、その不感領域の中央を舵角ゼロの位置に対応させたことを特徴とするステアリングセンサ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のステアリングセンサであって、
   前記直線スライド式の可変抵抗器の可動子のスライド方向を、前記螺旋ガイドの径方向に対して傾斜させたことを特徴とするステアリングセンサ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のステアリングセンサであって、
   前記螺旋ガイドを、ステアリングシャフトの周囲に取り付けるために、複数のピースに分割したことを特徴とするステアリングセンサ。
   

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