JP2006208199A - 操舵角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 機械部品を用いずに安価な構成で正確な操舵角を検出する。
【解決手段】 操舵輪の磁化したタイヤから発生する磁力を検出し、操舵輪の操舵角に対する検出磁力の特性を予め測定して操舵角−磁力特性を記憶するとともに、車両が直進走行状態にあるか否かを推定し、車両が直進走行状態にあると推定されたときに検出された磁力を中立操舵時の磁力とし、この中立操舵時の磁力により操舵角−磁力特性を補正し、補正した操舵角−磁力特性から検出磁力に対応する操舵角を決定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、操舵輪の磁化したタイヤの磁力を磁気センサーで検出することによって操舵角を検出する操舵角検出装置および操舵角検出方法に関する。

ステアリングシャフトと一体に回転するスリット板を透過する光をフォトインターラプターで検出し、ステアリングの操舵角を検出するようにした操舵角検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開平０３−１８９２７３号公報

しかしながら、上述した従来の操舵角検出装置では多くの機械部品を必要とし、コストが高いという問題がある。

操舵輪の磁化したタイヤから発生する磁力を検出し、操舵輪の操舵角に対する検出磁力の特性を予め測定して操舵角−磁力特性を記憶するとともに、車両が直進走行状態にあるか否かを推定し、車両が直進走行状態にあると推定されたときに検出された磁力を中立操舵時の磁力とし、この中立操舵時の磁力により操舵角−磁力特性を補正し、補正した操舵角−磁力特性から検出磁力に対応する操舵角を決定する。

本発明によれば、機械部品を用いずに安価な構成で正確な操舵角を検出することができる。

図１は一実施の形態の構成を示す図である。左前輪１と右前輪２（不図示）は操舵輪であり、左右前輪１、２は操舵機構３を介してステアリング４に連結されている。左右前輪１、２のタイヤは磁化されている。この一実施の形態では、図１に示すように、左前輪１のタイヤの車両進行方向の右側をＮ極、左側をＳ極にそれぞれ磁化した場合の例を示すが、左右の磁極を逆にしてもよい。なお、右前輪２のタイヤ（不図示）も同様に、車両進行方向左右の一方の側をＮ極に他方の側をＳ極に磁化する。

磁気センサー５は左前輪１の近傍に設置され、左前輪１のタイヤから発生する磁力を検出する。なお、磁気センサー５はフロントホイールハウス内（ボディー外）に設置するよりもボディー内に設置し、汚れによる検出性能低下を防ぐのが好ましい。この一実施の形態では、図１に示すように、左前輪１の回転中心より車両前方側に磁気センサー５を配置する。

電子制御ユニットＥＣＵ６はマイクロコンピューターとメモリやＡ／Ｄコンバーターなどの周辺部品から構成され、磁気センサー５により検出した左前輪１の磁力に基づいて操舵角を検出する。電子制御ユニット６には車速を検出する車速センサー８が接続される。

図２は左前輪１を転舵したときの磁気センサー５による検出磁力を示す。左前輪１が直進走行状態にある場合の検出磁力を“中立操舵磁力”とする。この一実施の形態では左前輪１の回転中心より車両前方側に磁気センサー５を配置しているので、左前輪１を右に転舵するとタイヤが磁気センサー５に接近し、中立操舵磁力よりも検出磁力が強くなる。逆に、左に転舵するとタイヤが磁気センサー５から離れ、中立操舵磁力よりも検出磁力が弱くなる。したがって、中立操舵磁力よりも強い磁力が検出される場合を右転舵とし、中立操舵磁力よりも弱い磁力が検出される場合を左転舵と判断することができる。なお、右前輪２（不図示）の転舵による検出磁力の変化は左前輪１と同様である。

ところで、タイヤは、材料や構造上、均一な着磁が困難であり、図３に示すようにタイヤの回転にともなって磁力が変化する。図３(ａ)は右転舵時のタイヤ回転による磁力変化を示し、図３(ｂ)は中立操舵時のタイヤ回転による磁力変化を表し、図３(ｃ)は左転舵時のタイヤ回転による磁力変化を表す。

このタイヤの回転による磁力変化は１回転を周期とし、毎回転ごとに同一の変化パターンが現れる。この磁力変化パターンをそのまま磁力検出パターンとしてもよいが、１回転当たりの磁力の平滑値を検出磁力とする方が取り扱いが容易である。したがって、この一実施の形態では、図２に示す操舵角−磁力特性を測定する際に、１回転当たりの磁気センサー５の出力の平滑値を検出磁力とする。

操舵角に対する検出磁力の特性は車種、タイヤサイズ、センサーの配置などにより異なるので、これらの違いによる操舵角−磁力（平滑値）特性を予め測定して内蔵メモリに記憶しておき、この特性テーブルを参照して検出磁力に対応する操舵角を読み出す。検出した操舵角は、電子制御ユニットＥＣＵ６からＡＦＳ（Adaptive Front-Lighting System）装置、ＶＤＣ（Vehicle Dynmic Control）装置、リヤビューカメラ、レーンキープ装置などの各種車載電子機器に送信される。

一方、タイヤの経年変化、汚れ、あるいは交換による個体差などによって操舵輪１，２の操舵角−磁力特性が変化するため、この一実施の形態では操舵角−磁力（平滑値）特性を補正する。この補正は、車両が直進走行状態にあると推定される場合の磁力平滑値を真の“操舵中立時の磁力”とし、図２に示す操舵角−磁力（平滑値）特性上の中立点を補正する。ここで、車速が所定車速（例えば６０km/h）以上で、かつ所定時間（例えば１分）以上、磁力平滑値が変化しない場合には、車両が直進走行状態にあると推定できる。そして、検出した磁力平滑値を補正後の中立操舵磁力と比較することによって、正確な操舵角を求めることができる。

車両が直進走行状態にあると推定される場合は常に上記補正を行い、中立操舵磁力と操舵角−磁力特性を更新する。これにより、タイヤの経年変化や汚れ、あるいは交換により磁力が変化しても正確な操舵角を検出することができる。

図４は一実施の形態の特性補正プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の特性補正処理を説明する。電子制御ユニットＥＣＵ６は、イグニッションスイッチ（不図示）がオンするとこの特性補正プログラムを所定時間ごとに繰り返し実行する。

ステップ１において車速センサー８による検出車速が所定値（この一実施の形態では６０km/hとする）以上か否かを確認し、車速が６０km/h以上でなければ補正処理を終了する。車速が６０km/h以上の場合はステッ２へ進み、所定のサンプリング時間（例えば１００ｍsec）ごとに磁気センサー５から磁力を読み込み、サンプリング時刻と磁力を内蔵メモリ（不図示）に記録する。

ステップ３においてタイヤサイズと車速に基づいて左前輪１のタイヤが１回転したか否かを確認し、１回転していないときはステップ２へ戻って上述した磁力サンプリングを継続し、タイヤが１回転したときはステップ４へ進む。ステップ４では左前輪１のタイヤ１回転分の磁力読み込み値を平滑化し、その平滑値を内蔵メモリに記録する。

ステップ５において車速６０km/h以上で左前輪１のタイヤ磁力のサンプリングを開始してから所定時間（この一実施の形態では１分間とする）が経過したか否かを確認し、１分間が経過していないときはステップ２へ戻って上述した磁力サンプリングを継続し、１分間が経過したときはステップ６へ進む。

ステップ６では１分間の磁力平滑値のバラツキが所定値以下か否かを確認する。この所定値には、操舵角の変化がなく、車両が直進走行していると推定できる値を設定する。１分間の磁力平滑値のバラツキが所定値を超える場合はステップ８へ進み、内蔵メモリに記録されている磁力読み込み値と磁力平滑値をすべて消去する。

１分間の磁力平滑値のバラツキが所定値以下の場合はステップ７へ進み、内蔵メモリに記録されている磁力平滑値は車両が直進走行している場合の磁力平滑値であるとし、１分間の磁力平滑値の平均値をとって“中立操舵磁力”とする。そして、予め内蔵メモリに記録されている操舵角−磁力特性上の中立点を補正する。

図５は一実施の形態の操舵角検出プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより一実施の形態の操舵角検出処理を説明する。電子制御ユニットＥＣＵ６は、イグニッションスイッチ（不図示）がオンするとこの操舵角検出プログラムを繰り返し実行する。

ステップ１１において磁気センサー５から検出磁力を読み込む。続くステップ１２で内蔵メモリ（不図示）に予め記憶されている車種、タイヤサイズ、センサー配置などに対応する操舵角−磁力（平滑値）特性テーブルを参照し、磁気センサー５の検出磁力に対応する操舵角を読み出す。なお、この操舵角−磁力特性テーブルは、上述した特性補正処理により常に中立点の補正が行われ更新されたテーブルである。そして、ステップ１３で検出した操舵角を各種車載機器へ出力する。

このように、一実施の形態によれば操舵輪の磁化したタイヤの近傍に磁気センサーを設置し、予め記憶されている操舵角−磁力特性テーブルから磁気センサーにより検出した磁力に対応する操舵角を読み出すようにしたので、従来の装置のように、スリット板やフォトインターラプターなどの機械部品を用いずに安価な装置で操舵角を検出することができる。

また、一実施の形態によれば、操舵輪の磁化したタイヤから発生する磁力を検出し、操舵輪の操舵角に対する検出磁力の特性を予め測定して操舵角−磁力特性を記憶するとともに、車両が直進走行状態にあるか否かを推定し、車両が直進走行状態にあると推定されたときに検出された磁力を中立操舵時の磁力とし、この中立操舵時の磁力により操舵角−磁力特性を補正し、補正した操舵角−磁力特性から検出磁力に対応する操舵角を決定するようにしたので、タイヤの経年変化や汚れ、あるいは交換による操舵角−磁力特性の変化を正しく補正することができ、正確な操舵角を検出できる。

さらに、一実施の形態によれば操舵輪が１回転する間の磁力変化を平滑した磁力平滑値を検出磁力としたので、タイヤの不均一な着磁により回転にともなって磁力が変化しても正確な操舵角を検出することができる。

さらにまた、一実施の形態によれば、検出した車速が所定値以上の走行時に、所定時間以上にわたって検出磁力または磁力平滑値のバラツキが所定値以内にある場合に、車両が直進走行状態にあるとする推定するようにしたので、車両が直進走行状態にあるときの磁力を正確に検出でき、操舵角−磁力特性を正確に補正して正しい操舵角を検出できる。

《発明の一実施の形態の変形例》
上述した一実施の形態では１台の磁気センサー５により左前輪１の磁力を検出して操舵角に変換する例を示したが、左右前輪１，２の磁力をそれぞれ複数の磁気センサーにより検出して検出信頼性を高めた変形例を説明する。

図６は変形例の構成を示す。なお、図１に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。この変形例では、左前輪１の近傍に２個の磁気センサー５ａ、５ｂを設置し、磁気センサー５ａを左前輪１の回転中心よりも車両前方側に、磁気センサー５ｂを左前輪１の回転中心よりも車両後方側にそれぞれ配置する。また、右車輪２の近傍に２個の磁気センサー７ａ、７ｂを設置し、磁気センサー７ａを右前輪２の回転中心よりも車輪前方側に、磁気センサー７ｂを右前輪２の回転中心よりも車両後方側にそれぞれ配置する。

これらの４個の磁気センサー５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂでは、それぞれ操舵角−磁力（平滑値）特性を予め測定し、電子制御ユニット６Ａに内蔵されるメモリに記憶しておく。電子制御ユニット６Ａは、内蔵メモリに記憶されている磁気センサーごとの操舵角−磁力特性テーブルを参照し、各磁気センサーで検出した磁力に対応する操舵角を磁気センサーごとに検出する。そして、すべての磁気センサー５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂの検出操舵角の平均値を求め、最終的な検出操舵角とする。磁気センサー１個の価格は安価であるから、４個の磁気センサーを用いてもコストの増加はわずかである。

なお、４個の磁気センサーの検出磁力に基づいて求めた４つの操舵角の内のいずれかの操舵角が他の操舵角から所定値以上乖離している場合には、乖離している操舵角を除いた残りの操舵角に基づいて最終的な操舵角を決定する。

また、４個の磁気センサーの内の複数個の磁気センサーの検出磁力が他の磁気センサーの検出磁力から所定値以上乖離している場合、あるいは、４個の磁気センサーの検出磁力が所定値以上ばらついている場合には、磁気センサー異常と判断して警報を出力する。なお、磁気センサー異常の場合に車載機器へ出力する操舵角情報は、車載機器における操舵角情報の用途や重要度などに応じて異常値をそのまま出力するか、ある一定値を出力するか、何も出力しないかを決定する。

このように、変形例によれば磁気センサーに異常や故障が発生した場合でも残りの磁気センサーの検出磁力に基づいて操舵角を検出することができ、検出信頼性を向上させることができる。

磁気センサーの配置は、上述した一実施の形態とその変形例の配置に限定されず、例えば図６に示すように車輪の前後および上部などに配置してもよい。磁気センサーは小型であるから、配置場所に制約がなく、車種やタイヤサイズなどに応じて最適な場所に最適な個数配置することができる。

上述した一実施の形態とその変形例では、操舵輪の操舵角に対する磁気センサーの検出磁力の特性を予め測定して操舵角−磁力特性テーブルを記憶し、操舵角−磁力特性テーブルから磁気センサーにより検出した磁力に対応する操舵角を読み出す例を示した。この操舵角検出方法によれば、操舵輪の操舵角−磁力特性がどのような曲線を示しても、特に中立操舵を境にして左転舵と右転舵で磁力特性が対象にならない場合でも、正確な操舵角を検出することができる。
しかしながら、操舵角検出方法は上述した一実施の形態の方法に限定されず、操舵角−磁力特性が十分に直線で近似できる場合には、近似直線に基づいて磁力から操舵角へ変換するための変換式を決定し、検出した磁力を変換式を用いて操舵角へ変換するようにしてもよい。この場合の特性補正は、車両が直進走行状態にあると推定されるときの検出磁力平滑値に基づいて上記変換式を補正すればよい。

上述した一実施の形態とその変形例では、操舵輪のタイヤの車両進行方向左右の一方の側をＮ極に、他方の側をＳ極に磁化する例を示した。この磁化方法では、ボディー内に設置した磁気センサー５、５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂで検出する磁力の変化が図２に示すように舵角に対して直線的になり、かつ中立操舵を境にして左転舵と右転舵で対象になるから、正確な操舵角を検出することができる。しかし、操舵輪のタイヤの磁化方法は上述した一実施の形態の磁化方法に限定されるものではない。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、磁気センサー５、５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂが磁気検出手段を、電子制御ユニットＥＣＵ６、６Ａが制御手段を、車速センサー８が車速検出手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項との対応関係になんら限定も拘束もされない。

一実施の形態の構成を示す図である。 車輪の操舵角に対する磁気センサーの検出磁力の特性を示す図である。 操舵角−磁力特性のタイヤ回転による変化を示す図である。 一実施の形態の特性補正プログラムを示すフローチャートである。 一実施の形態の操舵角検出プログラムを示すフローチャートである。 一実施の形態の変形例の構成を示す図である。

符号の説明

１ 左前輪
２ 右前輪
３ 操舵機構
４ ステアリング
５、５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂ 磁気センサー
６、６Ａ 電子制御ユニットＥＣＵ
８ 車速センサー

Claims (7)

1. 操舵輪の磁化したタイヤから発生する磁力を検出する磁気検出手段と、
   前記操舵輪の操舵角に対する前記磁気検出手段の検出磁力の特性を予め測定して操舵角−磁力特性を記憶し、前記操舵角−磁力特性から前記磁気検出手段により検出した磁力に対応する操舵角を決定する制御手段と、
   車両が直進走行状態にあるか否かを推定する直進推定手段と、
   前記直進推定手段により車両が直進走行状態にあると推定されたときに前記磁気検出手段により検出された磁力を中立操舵時の磁力とし、前記中立操舵時の磁力により前記操舵角−磁力特性を補正する特性補正手段とを備えることを特徴とする操舵角検出装置。
2. 請求項１に記載の操舵角検出装置において、
   前記操舵角−磁力特性は、前記操舵輪の操舵角に対する前記磁気検出手段の検出磁力の特性テーブルであることを特徴とする操舵角検出装置。
3. 請求項１に記載の操舵角検出装置において、
   前記操舵角−磁力特性は、前記操舵輪の操舵角に対する前記磁気検出手段の検出磁力の特性に基づいて決定した磁力を操舵角に変換する変換式であることを特徴とする操舵角検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の操舵角検出装置において、
   前記磁気検出手段は、前記操舵輪が１回転する間の磁力変化を平滑した磁力平滑値を検出磁力とすることを特徴とする操舵角検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれかの項に記載の操舵角検出装置において、
   前記直進推定手段は、車速検出手段により検出した車速が所定値以上の走行時に、所定時間以上にわたって前記磁気検出手段により検出した磁力または磁力平滑値のバラツキが所定値以内にある場合に、車両が直進走行状態にあるとすることを特徴とする操舵角検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれかの項に記載の操舵角検出装置において、
   前記操舵輪ごとに複数の前記磁気検出手段を設置し、
   前記制御手段は、複数の前記磁気検出手段で検出された複数の磁力に基づいて操舵角を検出することを特徴とする操舵角検出装置。
7. 操舵輪の磁化したタイヤから発生する磁力を検出し、前記操舵輪の操舵角に対する前記検出磁力の特性を予め測定して操舵角−磁力特性を記憶し、前記操舵角−磁力特性から前記検出磁力に対応する操舵角を決定する操舵角検出方法であって、
   車両が直進走行状態にあるか否かを推定し、車両が直進走行状態にあると推定されたときに検出された磁力を中立操舵時の磁力とし、前記中立操舵時の磁力により前記操舵角−磁力特性を補正することを特徴とする操舵角検出方法。

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