JP2006003106A - ステアリングセンサ及び出力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 電源異常の発生を速やかに検出することができるステアリングセンサを提供すること。
【解決手段】 ステアリングセンサ２は、経時的にレベルが変化するパルス信号を生成するパルス発生器２１と、スイッチ２２とを備えており、パルス発生器２１は、異なる周波数を有する二相のパルス信号Ｓm，Ｓnを生成する。そして、スイッチ２２は、Ｚ相パルス信号ＳzがＬｏレベルである場合にはパルス信号Ｓnを出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステアリングセンサ及び出力センサに関するものである。

従来、ステアリングセンサには、ステアリングの回転に応じて出力レベルが変化する三相（Ａ相，Ｂ相，Ｚ相）のパルス信号を出力するものがある（例えば、特許文献１参照）。

こうした三相出力型のステアリングセンサは、ステアリングの回転に応じて、１／４周期の位相のずれが設定されたＡ相，Ｂ相の二相のパルス信号、及びステアリング中立位置に対応したＺ相パルス信号を出力する。そして、Ａ相，Ｂ相の各パルス信号のパルス数をカウントすることで、電源投入時からの相対的な舵角（相対角）を検出することができ、その相対角とＺ相のパルス信号により検出されるステアリング中立位置との相対関係に基づいて、該ステアリング中立位置を基準とした絶対角を有する操舵角を検出することができる。
特開平６−１２７４１７号公報

しかし、各相のパルス信号の出力レベルは、ステアリングの回転に応じて変化するため、通常使用時においても、全てＬｏレベル（接地電位）のままとなる場合がある。そのため、こうした通常使用時に発生する全てＬｏレベルの状態と、電源配線の断線等の電源異常により、各相のパルス信号の出力レベルが見かけ上、全て接地電位となった場合とを区別することができない。従って、ステアリングセンサに電源異常が発生した場合であってもその早期検出ができず、速やかにフェールセーフ制御に移行することができないという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、電源異常の発生を速やかに検出することができるステアリングセンサ及び出力センサを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリングの回転に応じて出力レベルが変化するＡ相及びＢ相のパルス信号を出力する第１及び第２のパルス信号出力手段と、ステアリング中立位置に対応して出力レベルが変化するＺ相のパルス信号を出力する第３のパルス信号出力手段とを備えたステアリングセンサであって、経時的に波形が変化する経時信号を出力する経時信号出力手段と、前記Ｚ相のパルス信号の出力レベルが接地電位を有するレベルにある場合に、該Ｚ相のパルス信号に代えて前記経時信号を出力する切替手段とを備えたこと、を要旨とする。

上記構成によれば、Ｚ相のパルス信号の出力レベルが接地電位を有するレベルにある場合には、該Ｚ相のパルス信号に代えて経時的に波形が変化する経時信号が出力される。これにより、通常使用時において各相のパルス信号の出力レベルが全て接地電位にある状態と、電源異常により各相のパルス信号の出力レベルが見かけ上全て接地電位となった状態とを区別することができる。そして、経時信号は、所定時間以上、接地電位となることはないため、この経時信号を含めたＺ相のパルス信号に対応する信号の出力レベルが、所定時間以上、接地電位であるか否かを判定することで、速やかにステアリングセンサの電源異常を検出することが可能になる。その結果、ステアリングセンサに電源異常が発生した場合には速やかにフェールセーフ制御に移行することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、経時的に波形が変化し且つ前記経時信号とは波形の異なる第２の経時信号を出力する第２の経時信号出力手段を備え、前記切替手段は、前記Ｚ相のパルス信号の出力レベルが接地電位以外の電位を有するレベルにある場合に、該Ｚ相のパルス信号に代えて前記第２の経時信号を出力すること、を要旨とする。

請求項３に記載の発明は、各経時信号出力手段が出力する各経時信号は、周波数又はデューティの異なるパルス信号であること、を要旨とする。
上記各構成によれば、Ｚ相のパルス信号に対応する信号の波形に基づいて、容易にＺ相のパルス信号の出力レベルを検出することができる。特に、請求項３の発明を適用することで、操舵角検出側のマイコンがパルス周期測定機能等、パルス信号の周波数又はデューティを演算可能な機能を有している場合には、ハードウェア上の新たな構成を付加することなく、ソフトウェアの変更のみで対応することができる。従って、コストの上昇を招くことなく早期の電源異常検出ができるようになる。また、この場合、パルス信号の周波数が「０」又はデューティが「０％」若しくは「１００％」となったときに、Ｚ相のパルス信号に対応する信号の出力レベルは、所定時間以上、接地電位となる。従って、周波数又はデューティを検出するだけで簡便に電源異常判定を行うことができる。

請求項４に記載の発明は、被検出体の非経時変化に基づいてレベルが変化するパルス信号を出力するパルス信号出力手段と、経時的に波形が変化する経時信号を出力する経時信号出力手段と、前記パルス信号が接地電位を有するレベルにある場合に、該パルス信号に代えて前記経時的に波形が変化する経時信号を出力する切替手段と、を備えた出力センサであることを要旨とする。

上記構成によれば、パルス信号の出力レベルが接地電位を有するレベルにある場合には、該パルス信号に代えて経時的に波形が変化する経時信号が出力される。これにより、通常使用時においてパルス信号の出力レベルが接地電位にある状態と、電源異常により出力レベルが見かけ上接地電位となった状態とを区別することができる。そして、経時信号は、所定時間以上、接地電位となることはないため、この経時信号及びパルス信号（接地電位以外のレベル）により構成される信号の出力レベルが、所定時間以上、接地電位であるか否かを判定することで、電源異常を検出することができるようになる。

本発明によれば、電源異常の発生を速やかに検出することができるステアリングセンサ及び出力センサを提供することができる。

以下、本発明を操舵角検出装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は操舵角検出装置の概略構成を示すブロック図、図２はステアリングセンサの外観図、そして、図３はステアリングセンサの各信号の相互関係を示すタイムチャートである。

図１に示すように、操舵角検出装置１は、ステアリングホイール（図示略）の回転に応じて変化する三相の出力信号を出力するステアリングセンサ２と、該ステアリングセンサ２の出力信号に基づいてステアリングホイールの舵角（操舵角）を検出するＥＣＵ４とを備えている。

図２に示すように、本実施形態のステアリングセンサ２は、ステアリングホイールの回転に応じて回転するディスク１０と、フォトインタラプタ１１〜１３とを備えた光式のステアリングセンサである。ディスク１０には、その周方向に沿ってスリット１５が形成されており、各フォトインタラプタ１１〜１３は、その発光素子及び受光素子（共に図示略）がディスク１０を挟んで互いに対向する位置に配置されている。そして、ディスク１０の回転に伴う光の透過・遮断に応じて出力レベル（Ｈｉ／Ｌｏ）が変化する三相（Ａ相，Ｂ相，Ｚ相）のパルス信号を出力するようになっている。

具体的には、ディスク１０には周方向に沿って等間隔に設けられたスリット１５ａ及びディスク１０の一回転に対応するスリット１５ｂが形成されており、フォトインタラプタ１１，１２は、スリット１５ａに対応する位置に設けられ、フォトインタラプタ１３は、スリット１５ｂに対応する位置に設けられている。

そして、図１及び図３に示すように、各フォトインタラプタ１１，１２は、このスリット１５ａによる光の透過・遮断に応じて、１／４周期の位相のずれが設定されたＡ相パルス信号Ｓa及びＢ相パルス信号Ｓbを出力し、フォトインタラプタ１３は、スリット１５ｂによる光の透過・遮断に応じたＺ相パルス信号Ｓzを出力する。

尚、本実施形態では、上記各相のパルス信号の出力レベルは、Ｈｉレベルが車載電源（Ｖb）に相当する電位を有し、Ｌｏレベルが接地電源に相当する電位（接地電位，０Ｖ）を有している。そして、Ａ相パルス信号Ｓa及びＢ相パルス信号Ｓbの１／４周期は、操舵角の１．０［ｄｅｇ］に相当する。

また、スリット１５ｂの周方向における中間位置Ｐ（図２参照）は、ステアリング中立位置に対応している。即ち、図３に示すようにフォトインタラプタ１３の出力するＺ相パルス信号Ｓzは、ステアリング中立位置に対応しており、同ステアリング中立位置から±１０［ｄｅｇ］の範囲でＨｉレベルとなるように設定されている。

図１に示すように、本実施形態のステアリングセンサ２は、経時的にレベルが変化するパルス信号を生成するパルス発生器２１を備えており、該パルス発生器２１は、異なる周波数を有する二相のパルス信号Ｓm，Ｓnを生成する。尚、本実施形態では、パルス信号Ｓmの周波数はｍ［Ｈｚ］、パルス信号Ｓnの周波数はｎ［Ｈｚ］となっている（図３参照）。そして、パルス発生器２１は、生成した各パルス信号Ｓm，Ｓnをスイッチ２２へと出力する。

スイッチ２２には、パルス信号Ｓm，Ｓnとともにフォトインタラプタ１３の出力するＺ相パルス信号Ｓzが入力される。そして、スイッチ２２は、このＺ相パルス信号Ｓzの出力レベルに応じて、パルス信号Ｓn又パルス信号Ｓmを出力する。具体的には、入力されたＺ相パルス信号Ｓzが、Ｌｏレベルである場合にはパルス信号Ｓnを出力し、Ｈｉレベルである場合にはパルス信号Ｓmを出力する。

そして、本実施形態のステアリングセンサ２は、このスイッチ２２から出力されたパルス信号Ｓn又パルス信号ＳmをＺ相パルス信号Ｓz´として、上記Ａ相パルス信号Ｓa及びＢ相パルス信号ＳbとともにＥＣＵ４に出力する（図３参照）。即ち、ステアリングセンサ２は、Ｚ相パルス信号ＳzがＬｏレベルである場合には、該Ｚ相パルス信号Ｓzに代えてパルス信号ＳnをＥＣＵ４に出力する。そして、Ｚ相パルス信号ＳzがＨｉレベルである場合には、該Ｚ相パルス信号Ｓzに代えてパルス信号ＳmをＥＣＵ４に出力する。

尚、本実施形態では、パルス発生器２１が経時信号出力手段及び第２の経時信号出力手段を構成し、スイッチ２２が切替手段を構成する。
一方、図１に示すように、ＥＣＵ４は、ステアリングセンサ２から入力されたＡ相パルス信号Ｓa及びＢ相パルス信号Ｓbに基づいて電源投入時からの相対舵角（相対角）を検出し、Ｚ相パルス信号Ｓz´に基づいてステアリング中立位置を検出する。そして、その相対角とステアリング中立位置との相対関係に基づいて、ステアリング中立位置を基準（０［ｄｅｇ］）とした絶対角を有する操舵角θを検出する。

詳述すると、ステアリングセンサ２から入力されたＡ相パルス信号Ｓa及びＢ相パルス信号Ｓbは、バッファ３１，３２を介してパルスカウンタ３３に入力される。パルスカウンタ３３は、Ａ相パルス信号Ｓa及びＢ相パルス信号Ｓbの立ち上がり及び立ち下がりを検出し、その規則性に基づいてステアリングの回転方向（操舵方向）を検出する。

例えば、図３に示すように、Ａ相パルス信号Ｓa及びＢ相パルス信号ＳbがともにＬｏレベルであるときに、Ａ相パルス信号Ｓaが先にＨｉレベルとなる場合には、ステアリングはＣＷ方向に回転しており、Ｂ相パルス信号Ｓbが先にＨｉレベルとなる場合には、ＣＣＷ方向に回転していることになる。

パルスカウンタ３３は、その回転方向に応じて、検出したＡ相パルス信号Ｓa及びＢ相パルス信号Ｓbの立ち上がり及び立ち下がりを積算し、そのカウンタ値を操舵角検出部３４に出力する。そして、操舵角検出部３４は、このカウンタ値に基づいて電源投入時から相対角を検出する。

一方、Ｚ相パルス信号Ｓz´は、バッファ３５を介して周波数測定部３６に入力される。そして、周波数測定部３６は、入力されたＺ相パルス信号Ｓz´の周波数を測定し、その測定した周波数を操舵角検出部３４に出力する。

操舵角検出部３４は、入力された周波数の値がパルス信号Ｓmに対応する周波数（ｍ±α［Ｈｚ］）であるか、又はパルス信号Ｓnに対応する周波数（ｎ±α［Ｈｚ］）であるかを判定し、パルス信号Ｓmに対応する値である場合にはＺ相がＨｉレベルであると判定する。そして、パルス信号Ｓnに対応する値である場合にはＺ相がＬｏレベルであると判定する（Ｚ相レベル判定）。尚、「α」は測定誤差マージンである。

そして、操舵角検出部３４は、このＺ相レベル判定に基づいてステアリング中立位置を検出し、Ａ相パルス信号Ｓa及びＢ相パルス信号Ｓbに基づいて検出した相対角との差を求めることにより、ステアリング中立位置を基準とする絶対角を有する操舵角θを検出する。

また、本実施形態では、操舵角検出部３４は、周波数測定部３６から入力された周波数の値に基づいてステアリングセンサ２の電源異常判定を行う。具体的には、操舵角検出部３４は、上記のＺ相レベル判定に先立って、周波数測定部３６から入力された周波数の値、即ちステアリングセンサ２から入力されたＺ相パルス信号Ｓz´の周波数が「０」であるか否かを判定する。そして、Ｚ相パルス信号Ｓz´の周波数が「０」である場合には、ステアリングセンサ２に電源異常が発生したものと判定し、ステアリングセンサ電源異常フラグＦspaをセットする。

ここで、本実施形態のステアリングセンサ２では、パルス発生器２１が、経時的にレベルが変化し且つ周波数の異なる二相のパルス信号Ｓm，Ｓnを生成し、スイッチ２２が、Ｚ相パルス信号Ｓzの出力レベルに応じて、パルス信号Ｓm又はパルス信号ＳnをＺ相パルス信号Ｓz´としてＥＣＵ４に出力する。

そのため、正常時であれば、図３に示すように、Ｚ相パルス信号Ｓz´の周波数は、パルス信号Ｓm又はパルス信号Ｓnに対応する周波数となり、各パルス信号Ｓm，Ｓnの出力レベルは、その１／２周期に対応する極めて短い所定時間以上、Ｌｏレベルが持続することはない。

従って、Ｚ相パルス信号Ｓz´の周波数が「０」となった場合には、電源異常により、パルス発生器２１におけるパルス信号Ｓm，Ｓnの生成ができなくなり、結果的にＺ相パルス信号Ｓz´がＬｏレベル、即ち接地電位（０Ｖ）となったものと推定することができる。

つまり、本実施形態では、操舵角検出部３４は、Ｚ相パルス信号Ｓz´の周波数が「０」であるか否かを判定することにより、Ｚ相パルス信号Ｓz´が所定時間以上、接地電位であるか否かを判定する。

そして、このような構成とすることで、通常使用時においてＡ相，Ｂ相，Ｚ相の各相パルス信号の出力レベルが全てＬｏレベルにある状態と、電源異常により各相パルス信号が見かけ上全てＬｏレベルとなった状態とを区別して、早期に電源異常を判定することが可能になる。その結果、電源異常が発生した場合には、速やかにフェールセーフ制御に移行することができるようになる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、本発明を操舵角検出装置、詳しくはそのステアリングセンサに具体化したが、ステアリングセンサ以外のインクリメンタルエンコーダに具体化してもよい。

・また、第１及び第２のパルス信号出力手段並びに第３のパルス信号出力手段は、フォトインタラプタ１１〜１３に限るものではなく、磁気式等の光式以外のものを用いてもよい。

・更に、被検出体の非経時変化に基づいて出力レベルが変化するパルス信号を出力するその他の各種出力センサに具体化しても良い。
・本実施形態では、パルス発生器２１は、異なる周波数を有する二相のパルス信号Ｓm，Ｓnを生成する。そして、スイッチ２２は、Ｚ相パルス信号ＳzがＨｉレベルである場合にはパルス信号Ｓmを出力し、Ｌｏレベルである場合にはパルス信号Ｓnを出力することとした。しかし、これに限らず、パルス発生器２１は、少なくとも一の、経時的にレベルが変化するパルス信号を生成し、スイッチ２２は、Ｚ相パルス信号ＳzがＬｏレベルである場合にそのパルス信号を出力する構成としてもよい。

・本実施形態では、パルス発生器２１が出力する各パルス信号Ｓm，Ｓnは、互いに周波数が異なることとしたが、デューティが異なるものであってもよい。
・また、Ｚ相パルス信号Ｓzに代えて出力される出力信号は、経時的に波形が変化するものであれば、パルス信号ではなくアナログ信号であってもよい。

次に、以上の実施形態から把握することのできる請求項以外の技術的思想を記載する。
（イ）請求項１〜請求項３のうちの何れか一項に記載のステアリングセンサと、前記ステアリングセンサの出力する各信号に基づいて操舵角を検出する制御装置とを備えた操舵角検出装置であって、前記制御装置は、前記Ｚ相のパルス信号に対応する出力信号が所定時間以上、接地電位を有するレベルにある場合に、前記ステアリングセンサに電源異常が発生したものと判定すること、を特徴とする操舵角検出装置。

（ロ）請求項３に記載のステアリングセンサと、前記ステアリングセンサの出力する各信号に基づいて操舵角を検出する制御装置とを備えた操舵角検出装置であって、前記制御装置は、前記Ｚ相のパルス信号に対応する出力信号の周波数又はデューティを測定する測定手段と、該測定手段の測定結果に基づいて前記Ｚ相のパルス信号のレベルを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする操舵角検出装置。

操舵角検出装置の概略構成を示すブロック図。 ステアリングセンサの外観図。 ステアリングセンサの各信号の相互関係を示すタイムチャート。

符号の説明

１…操舵角検出装置、２…ステアリングセンサ、４…ＥＣＵ、１１〜１３…フォトインタラプタ、２１…パルス発生器、２２…スイッチ、３３…パルスカウンタ、３４…操舵角検出部、３６…周波数測定部、θ…操舵角、Ｓa…Ａ相パルス信号、Ｓb…Ｂ相パルス信号、Ｓz，Ｓz´…Ｚ相パルス信号、Ｓm，Ｓn…パルス信号、Ｆspa…ステアリングセンサ電源異常フラグ。

Claims (4)

1. ステアリングの回転に応じて出力レベルが変化するＡ相及びＢ相のパルス信号を出力する第１及び第２のパルス信号出力手段と、ステアリング中立位置に対応して出力レベルが変化するＺ相のパルス信号を出力する第３のパルス信号出力手段とを備えたステアリングセンサであって、
   経時的に波形が変化する経時信号を出力する経時信号出力手段と、
   前記Ｚ相のパルス信号の出力レベルが接地電位を有するレベルにある場合に、該Ｚ相のパルス信号に代えて前記経時信号を出力する切替手段とを備えたこと、
   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において、
   経時的に波形が変化し且つ前記経時信号とは波形の異なる第２の経時信号を出力する第２の経時信号出力手段を備え、
   前記切替手段は、前記Ｚ相のパルス信号の出力レベルが接地電位以外の電位を有するレベルにある場合に、該Ｚ相のパルス信号に代えて前記第２の経時信号を出力すること、
   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において、
   各経時信号出力手段が出力する各経時信号は、周波数又はデューティの異なるパルス信号であること、を特徴とするステアリングセンサ。
4. 被検出体の非経時変化に基づいて出力レベルが変化するパルス信号を出力するパルス信号出力手段と、
   経時的に波形が変化する経時信号を出力する経時信号出力手段と、
   前記パルス信号の出力レベルが接地電位を有するレベルにある場合に、該パルス信号に代えて前記経時的に波形が変化する経時信号を出力する切替手段と、
   を備えた出力センサ。

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