JP2009014454A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誤作動を防止した位置検出装置を提供する。
【解決手段】第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂは、第１及び第２の方向２，３からカウンターマグネット１３２の磁力線が横切るとき、磁気抵抗が最大になるように構成されている。ＥＣＵ１４は、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂから出力された出力電圧が、しきい値１４０より大きいときを「Ｈ」、小さいときを「Ｌ」とする２値とし、この２値の組合せとシフトマップ１４１に基づいてカウンターマグネット１３２の位置を判断する。
【選択図】図４

Description

本発明は、位置検出装置に関し、特にセンサの出力信号の組合せによって対象物の位置を検出する位置検出装置に関する。

従来の技術として、シフトレバーの変位に連動して変位するマグネット板と、対面して配置された板状の磁性体である一対の磁性板を有する第１のヨーク及び第２のヨークと、マグネット板の磁石から生じる磁束密度の変化を計測するための磁気検出素子とを備えた位置センサが知られている（例えば、特許文献１）。

このマグネット板は、非磁性体である非磁性部分と、磁性体である磁石体とが、周方向に交互に配置された略扇状の板状部材からなっている。また、第１及び第２のヨークは、所定の間隙である第１及び第２の隙間を設けた状態で一対の磁性板を保持する第１及び第２のブリッジ部を備えている。

この位置センサによると、シフトレバーの変位によってマグネット板が変位し、第１又は第２のヨークに収容される磁石体の数に応じて磁気検出素子で検出される磁束密度が段階的に変化するので、検出された磁束密度に基づいたシフトレバーのシフトポジションを検出することが可能になる。
特開２００７−４０７２２号公報

しかし、従来の位置センサによると、磁気検出素子で検出される磁束密度の変化の幅が小さく、外部磁場の影響によって誤作動する可能性があった。

従って、本発明の目的は、誤作動の発生を抑制する位置検出装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、２次元方向に移動可能な操作部と、前記操作部の位置に基づいて第１の出力信号を出力する第１のセンサと、前記操作部の位置に基づいて第２の出力信号を出力する第２のセンサと、前記第１及び第２のセンサが出力する前記第１及び第２の出力信号の組合せに基づいて前記操作部の位置を検出する検出部とを備えたことを特徴とする位置検出装置を提供する。

このような構成によれば、誤作動の発生を抑制する位置検出装置を提供することができる。

以下に、本発明の位置検出装置の実施の形態を図面を参考にして詳細に説明していく。

[実施の形態]
（車両１の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る車両内部の概略構成図である。車両１は、スピードメーター、タコメーター及び燃料計等を有するメーターパネル１０と、図示しないコラムシャフトを介して車両１の進行方向を変更するステアリング１１と、コラムシャフトの周囲に設けられたコラムカバー１２と、コラムカバー１２に設けられ、操作部としてのレバー１３３の位置によって後述する駆動部のギヤトレーンの接続状態を切替えることができる位置検出装置としてのコラムシフト１３とを備えて概略構成されている。ギヤトレーンは、レバー１３３の位置によって、後進（リバース）Ｒ、前進（ドライブ）Ｄ、ニュートラルＮ、及び中立Ｆの各接続状態に切替えられるようになっており、レバー１３３は、略十字形状の溝に沿って移動する。

（コラムシフト１３の構成）
図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係るコラムカバーの内部におけるコラムシフトの平面図であり、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るコラムカバーの内部におけるコラムシフトの側面図であり、図３は、本発明の実施の形態に係るコラムシフトのブロック図である。図２（ａ）は、中心点Ａを原点として垂直方向をＹ軸、水平方向をＸ軸とし、図２（ｂ）は、レバー１３３の中心を通る中心線Ｂと基板１３０に設置される第１及び第２のセンサとしての第１及び第２のＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子１３１Ａ、１３１Ｂの実装面との交点を原点として、垂直方向をＺ軸、水平方向をＸ軸としており、いずれも上側及び右側が正となっている。

コラムシフト１３は、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂが設置された基板１３０と、磁力線の変化に応じた第１及び第２の出力信号としての出力電圧を出力する第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂと、レバー１３３の先端に設けられ、図２（ｂ）に示す着磁方向Ｃを有する磁性体であるカウンターマグネット１３２と、レバー１３３と、を有し、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂから出力された出力電圧に基づいて駆動部１５に指示信号を出力する検出部としてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１４を備えて構成されている。

ＥＣＵ１４は、ＥＣＵ１４内の図示しない記憶部にしきい値１４０と、後述するシフトマップ１４１とを有している。ＥＣＵ１４は、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂからの出力電圧がしきい値１４０より大きいとき、出力電圧を「Ｈ」、小さいとき、出力電圧を「Ｌ」の２値で判断する。

（カウンターマグネット１３２について）
カウンターマグネット１３２は、直径がｒ（例えば１０ｍｍ）で厚みがＴ（例えば４ｍｍ）の円柱形で、基板１３０の実装面から距離ｄ１（例えば１ｍｍ）離れて図示しない支持機構によって支持されたレバー１３３の先端に配置されている。カウンターマグネット１３２の図２（ｂ）に示す着磁方向Ｃは、これに限定されず、逆方向でも良い。また、カウンターマグネット１３２は、レバー１３３の先端に設けられているが、これに限定されず、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂが磁力線の変化を検出できる位置であれば良い。なお、カウンターマグネット１３２が、円柱状であるのは、磁力線が放射線状に均等に出て安定しているからである。更に、カウンターマグネット１３２は、操作者が、ポジションＲ、Ｎ、Ｄ及びＦの何れかにレバー１３３を操作したとき、操作されたポジションに対応した後述する位置１〜４の４ポジションに移動するよう構成されている。

図４は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットの移動に関する概略図である。図４における矢印Ｄ、Ｆ、Ｒは、カウンターマグネット１３２の移動方向を表している。位置１は、図１に示すポジションＤにレバー１３３が操作されたことを、位置２は、ポジションＦにレバー１３３が操作されたことを、位置３は、ポジションＲにレバー１３３が操作されたことを、位置４は、ポジションＦにレバー１３３が操作されたことを表している。

（第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂについて）
図５（ａ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットのＸ軸方向の移動に対する第１のＭＲセンサの出力電圧に関する図であり、図５（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットのＹ軸方向の移動に対する第１のＭＲセンサの出力電圧に関する図ある。図６（ａ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットのＸ軸方向の移動に対する第２のＭＲセンサの出力電圧に関する図であり、図６（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットのＸ軸方向の移動に対する第２のＭＲセンサの出力電圧に関する図ある。図５（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）、（ｂ）は、図２（ａ）におけるカウンターマグネット１３２の中心点Ａを原点として、カウンターマグネット１３２が、Ｘ軸（―１０〜＋１０ｍｍ）、Ｙ軸（―１０〜＋１０ｍｍ）を移動した際の出力電圧を図にしたものであり、カウンターマグネット１３２が、位置４に位置するときの出力電圧が、例えば、第１のＭＲセンサ１３１Ａが１００ｍＶ、第２のＭＲセンサ１３１Ｂが−１００ｍＶに成るように電圧が印加されており、しきい値１４０は例えば、０ｍＶである。

第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂは、その内部にＳｉ、Ｎｉ及びＦｅ等の強磁性金属を主成分として薄膜形成されたＭＲ素子を有している。また、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂは、図２（ａ）に示すように、一辺がＷ（例えば１ｍｍ）で高さがｄ２（例えば０．５ｍｍ）であり、Ｘ軸及びＹ軸から距離Ｌ（例えば５ｍｍ）の点を中心として基板１３０に設置され、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂとカウンターマグネット１３２の間隔は、例えば、０．５ｍｍである。また、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂは、それぞれが４つのＭＲ素子によってブリッジ回路が形成されている。

第１のＭＲセンサ１３１Ａは、第１の方向２から磁力線が横切るとき、出力電圧は最小になり、第２の方向３から磁力線が横切るとき、出力電圧は最大になる。第２のＭＲセンサ１３１Ｂは、第１の方向２から磁力線が横切るとき、出力電圧は最小になり、第２の方向３から磁力線が横切るとき、出力電圧は最大になるように構成されている。

図７（ａ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットの位置と第１のＭＲセンサの出力電圧に関する概略図であり、図７（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットの位置と第２のＭＲセンサの出力電圧に関する概略図であり、図７（ｃ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットと第１及び第２のＭＲセンサの出力電圧に関する概略図である。第１のＭＲセンサ１３１Ａは、図７（ａ）に示す位置ａ及び位置ｂにカウンターマグネット１３２が位置するとき、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、出力電圧が最小値を取るので、「Ｌ」の領域となり、それ以外にカウンターマグネット１３２が位置するとき、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、最小値からしきい値１４０を超えるように出力電圧が上昇するので、「Ｈ」の領域になる。なお、点線で示した領域は、実際の範囲を示さない概略図である。また、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂの真上にカウンターマグネット１３２がある場合の出力電圧は、ほぼしきい値１４０であるが、本実施の形態においては、図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示す値に設定している。

同様に、第２のＭＲセンサ１３１Ｂは、図７（ｂ）に示す位置ｃ及び位置ｄにカウンターマグネット１３２が位置するとき、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、出力電圧が最大値を取るので、「Ｈ」の領域となり、それ以外にカウンターマグネット１３２が位置するとき、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、最大値からしきい値１４０を超えるように出力電圧が降下するので、「Ｌ」の領域となっている。

第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ，１３１Ｂを図７（ｃ）の位置２において（Ｌ、Ｈ）の関係が成り立つ範囲で設置したとき、図７（ｃ）に示すように、カウンターマグネット１３２の位置によって（Ｈ、Ｈ）、（Ｌ、Ｌ）、（Ｈ、Ｌ）及び（Ｌ、Ｈ）の４つの組合せが得られる。なお、（Ｌ、Ｈ）は、例えば、第１のＭＲセンサ１３１Ａの出力電圧が「Ｌ」、第２のＭＲセンサ１３１Ｂの出力電圧が「Ｈ」であることを表している。

（シフトマップ１４１について）
図８は、本発明の実施の形態に係るシフトマップの図である。シフトマップ１４１は、図７（ｃ）に示すように、カウンターマグネット１３２の位置に対応した「Ｈ」と「Ｌ」の２値の組合せを表したものである。

（動作）
以下に本実施の形態のコラムシフトの動作を図１から図８を参照しながら詳細に説明する。

（位置１の検出）
操作者が、図１に示すレバー１３３を操作し、ポジションＤにレバー１３３を操作したとき、レバー１３３及びその先端に設けられたカウンターマグネット１３２は、位置１に移動する。

カウンターマグネット１３２が、位置１に移動したとき、カウンターマグネット１３２から出る磁力線が、第２のＭＲセンサ１３１Ｂを第２の方向３から横切るため、第２のＭＲセンサ１３１Ｂの磁気抵抗が変化し、図６（ａ）に示すように出力電圧はしきい値１４０より大きくなる。また、位置１は、第１のＭＲセンサ１３１Ａの飽和感度領域に近くなるため、図５（ａ）に示すように、出力電圧はしきい値１４０より大きくなる。

ＥＣＵ１４は、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂ及びしきい値１４０に基づいて第１のＭＲセンサ１３１Ａの出力電圧を「Ｈ」、第２のＭＲセンサ１３１Ｂの出力電圧を「Ｈ」と判断する。また、ＥＣＵ１４は、図８に示すシフトマップ１４１に基づいてカウンターマグネット１３２が、位置１すなわちレバー１３３が、ポジションＤに位置すると判断し、駆動部１５にポジションＤに応じた命令を送信する。

（位置２の検出）
操作者が、図１に示すレバー１３３を操作し、ポジションＦにレバー１３３を操作したとき、レバー１３３及びその先端に設けられたカウンターマグネット１３２は、位置２に移動する。

カウンターマグネット１３２が、位置２に移動したとき、カウンターマグネット１３２から出る磁力線が、第１のＭＲセンサ１３１Ａを第１の方向２と、第２のＭＲセンサ１３１Ｂの第２の方向３とから横切るため、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂの磁気抵抗が変化し、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、第１のＭＲセンサ１３１Ａの出力電圧はしきい値１４０より小さくなり、第２のＭＲセンサ１３１Ｂの出力電圧はしきい値１４０より大きくなる。

ＥＣＵ１４は、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂの出力電圧としきい値１４０に基づいて第１のＭＲセンサ１３１Ａの出力電圧を「Ｌ」、第２のＭＲセンサ１３１Ｂの出力電圧を「Ｈ」と判断する。また、ＥＣＵ１４は、図８に示すシフトマップ１４１に基づいてカウンターマグネット１３２が、位置２すなわちレバー１３３が、ポジションＦに位置すると判断し、駆動部１５にポジションＦに応じた命令を送信する。

（位置３の検出）
操作者が、図１に示すレバー１３３を操作し、ポジションＲにレバー１３３を操作したとき、レバー１３３及びその先端に設けられたカウンターマグネット１３２は、位置３に移動する。

カウンターマグネット１３２が、位置３に移動したとき、カウンターマグネット１３２から出る磁力線が、第１のＭＲセンサ１３１Ａの第１の方向２から横切るため、第１のＭＲセンサ１３１Ａの磁気抵抗が変化し、図５（ａ）に示すように出力電圧はしきい値１４０より小さくなる。また、位置３は、第２のＭＲセンサ１３１Ａの飽和感度領域に近くなるので、図６（ａ）に示すように、出力電圧はしきい値１４０より小さくなる。

ＥＣＵ１４は、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂの出力電圧としきい値１４０に基づいて第１のＭＲセンサ１３１Ａの出力電圧を「Ｌ」、第２のＭＲセンサ１３１Ｂの出力電圧を「Ｌ」と判断する。また、ＥＣＵ１４は、図８に示すシフトマップ１４１に基づいてカウンターマグネット１３２が、位置３すなわちレバー１３３が、ポジションＲに位置すると判断し、駆動部１５にポジションＲに応じた命令を送信する。

（位置４の検出）
カウンターマグネット１３２が、位置４に移動したとき、位置４は、ＸＹ座標の座標原点であるから、図５（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のＭＲセンサ１３１Ａが出力する出力電圧は、しきい値１４０よりも大きくなり、第２のＭＲセンサ１３１Ｂが出力する出力電圧は、しきい値１４０より小さくなる。

ＥＣＵ１４は、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂ及びしきい値１４０に基づいて第１のＭＲセンサ１３１Ａの出力電圧を「Ｈ」、第２のＭＲセンサ１３１Ｂの出力電圧を「Ｌ」と判断する。また、ＥＣＵ１４は、図８に示すシフトマップ１４１に基づいてカウンターマグネット１３２が、位置４に位置すると判断し、駆動部１５にポジションＮに応じた命令を送信する。

ここで、位置１、２及び３、すなわち、図７（ｃ）に示す（Ｈ、Ｈ）、（Ｌ、Ｈ）及び（Ｌ、Ｌ）の組合せは、図７（ｃ）に示すように各１つしか存在しないので、各位置は一義的に決まる。しかし、位置４を示す（Ｈ、Ｌ）の組合せを持つ領域は、多く存在するので、位置４は、本実施の形態における図１及び図２（ａ）の位置に限定されず、（Ｈ、Ｌ）の条件を満たす位置であれば、自由に設定することが可能である。

なお、第１及び第２のＭＲセンサ１３１Ａ、１３１Ｂは、これに限定されず、ホールＩＣ等の磁気センサでも良い。また、２値の組合せで対象物の位置を判断するので、例えば、対象物の位置を検出する位置センサ等でも良い。更に、本実施の形態においては、「Ｈ」及び「Ｌ」の判断は、ＥＣＵ１４によっておこなったが、センサをＩＣ化し、「Ｈ」及び「Ｌ」の２値をＥＣＵ１４に出力するようにしても良い。

（実施の形態の効果）
上記した実施の形態によると、「Ｈ」と「Ｌ」の２値の組合せでカウンターマグネット１３２の位置を判断するので、外部磁場の影響を受けにくく、誤作動を抑制することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。

本発明の実施の形態に係る車両内部の概略構成図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係るコラムカバーの内部におけるコラムシフトの平面図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るコラムカバーの内部におけるコラムシフトの側面図である。 本発明の実施の形態に係るコラムシフトのブロック図である。 本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットの移動に関する概略図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットのＸ軸方向の移動に対する第１のＭＲセンサの出力電圧に関する図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットのＸ軸方向の移動に対する第１のＭＲセンサの出力電圧に関する図ある。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットのＸ軸方向の移動に対する第２のＭＲセンサの出力電圧に関する図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットのＸ軸方向の移動に対する第２のＭＲセンサの出力電圧に関する図ある。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットの位置と第１のＭＲセンサの出力電圧に関する概略図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットの位置と第２のＭＲセンサの出力電圧に関する概略図であり、（ｃ）は、本発明の実施の形態に係るカウンターマグネットと第１及び第２のＭＲセンサの出力電圧に関する概略図である。 本発明の実施の形態に係るシフトマップの図である。

符号の説明

１…車両、２…第１の方向、３…第２の方向、１０…メーターパネル、１１…ステアリング、１２…コラムカバー、１３…コラムシフト、１４…ＥＣＵ、１５…駆動部、１３０…基板、１３１Ａ…第１のＭＲセンサ、１３１Ｂ…第２のＭＲセンサ、１３２…カウンターマグネット、１３３…レバー、１４０…しきい値、１４１…シフトマップ、Ａ…中心点、Ｂ…中心線、Ｃ…着磁方向、Ｌ、ｄ１…距離、Ｔ…厚み、Ｗ…幅、ｄ２…高さ、ｒ…直径

Claims (3)

1. ２次元方向に移動可能な操作部と、
   前記操作部の位置に基づいて第１の出力信号を出力する第１のセンサと、
   前記操作部の位置に基づいて第２の出力信号を出力する第２のセンサと、
   前記第１及び第２のセンサが出力する前記第１及び第２の出力信号の組合せに基づいて前記操作部の位置を検出する検出部とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記検出部は、しきい値を有し、
   前記操作部が、前記第１及び第２のセンサの感度を同時に大きくする位置にあり、前記第１のセンサが、前記しきい値よりも大きい前記第１の出力信号を出力したとき、前記第２のセンサは、前記しきい値よりも小さい前記第２の出力信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記操作部は、磁性体を有し、
   前記第１及び第２のセンサは、磁気抵抗センサであることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。

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