JP2009192456A

JP2009192456A - 回転角度検出装置

Info

Publication number: JP2009192456A
Application number: JP2008035592A
Authority: JP
Inventors: Koji Oike; 幸司御池; Masaru Shimizu; 勝清水; Tamotsu Ota; 保太田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】主に自動車のステアリングの回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置に関し、誤検出がなく、回転角度の確実な検出が可能なものを提供することを目的とする。
【解決手段】制御手段１７が所定周期で第一及び第二の検出手段１５と１６からの回転信号を検出すると共に、検出した回転信号と直前の回転信号とを比較して、回転体１の回転角度を出力することによって、磁気検出素子１５Ｂや１６Ｂにアナログ方式の磁気検出素子を用いた場合でも、誤った回転角度を出力することを防ぐことができるため、誤検出がなく、回転角度の確実な検出が可能な回転角度検出装置を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に自動車のステアリングの回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置に関するものである。

近年、自動車の高機能化が進むなか、様々な回転角度検出装置を用いてステアリングの回転角度を検出し、車両の各種制御を行うものが増えている。

このような従来の回転角度検出装置について、図３〜図５を用いて説明する。

図３は従来の回転角度検出装置の斜視図であり、同図において、１は側面外周に平歯車部１Ａが形成された回転体で、中央部には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部１Ｂが設けられている。

そして、２は側面外周に平歯車部２Ａが形成された第一の検出体、３は側面外周に平歯車部２Ａとは歯数の異なる平歯車部３Ａが形成された第二の検出体で、第一の検出体２の平歯車部２Ａが回転体１の平歯車部１Ａに噛合すると共に、第二の検出体３の平歯車部３Ａが第一の検出体２の平歯車部２Ａに噛合している。

また、４は第一及び第二の検出体２、３の上方にほぼ平行に配置された配線基板で、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の検出体２の中央に装着された磁石５Ａと、第二の検出体３の中央に装着された磁石６Ａとの対向面には、磁気検出素子５Ｂと６Ｂが各々装着されている。

そして、このように対向した磁石５Ａと磁気検出素子５Ｂによって第一の検出手段５が、同じく磁石６Ａと磁気検出素子６Ｂによって第二の検出手段６が各々形成されると共に、配線基板４にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子５Ｂや６Ｂに接続された制御手段７が形成されている。

さらに、これら回転体１や第一の検出体２、第二の検出体３、配線基板４等を、絶縁樹脂製のケースやカバー（図示せず）等が覆って、回転角度検出装置が構成されている。

そして、このように構成された回転角度検出装置が、制御手段７がコネクタやリード線（図示せず）等を介して、自動車の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１の係合部１Ｂにはステアリング軸が挿通されて、自動車に装着される。

以上の構成において、ステアリングを回転すると、回転体１が回転し、これに連動して第一の検出体２が、第一の検出体２に連動して第二の検出体３が各々回転するため、これらの中央に装着された磁石５Ａ、６Ａも回転して、この磁石５Ａ、６Ａの変化する磁力を磁気検出素子５Ｂ、６Ｂが検出する。

なお、この時、磁気検出素子５Ｂや６ＢがＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子等のデジタル方式のものであった場合、検出した信号は磁気検出素子５Ｂと６Ｂから制御手段７へ、正弦波や余弦波の波形信号として出力され、これらの波形信号を制御手段７が所定周期で検出して、図４（ａ）や図４（ｂ）の波形図に示すように、漸次増加を繰返す略鋸歯状のデータ波形の回転信号として算出する。

また、これらの回転信号から制御手段７が回転体１の回転角度を演算するが、第一の検出体２と第二の検出体３は歯数が異なり回転角度も異なるため、第一の検出体２と第二の検出体３の回転信号は、周期が異なり位相のずれたものとなる。

そして、この第一の検出体２と第二の検出体３からの二つの異なる回転信号と、各々の平歯車部の歯数から、制御手段７が所定の演算を行って、回転体１即ちステアリングの回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力されて、車両の様々な制御が行われるように構成されている。

なお、上記のように、磁気検出素子５Ｂや６Ｂにデジタル方式のものを用いた場合、磁気検出素子５Ｂや６Ｂから制御手段７へは、実際には、例えば「０１１０……」といった１０〜１２ビット数のシリアルの信号が出力され、これによって制御手段７が回転角度の演算を行うため、磁気検出素子５Ｂや６Ｂと制御手段７の通信や、制御手段７の演算にある程度の時間を要するものとなってしまう。

これに対し、磁気検出素子５Ｂや６Ｂにアナログ方式のものを用いた場合には、これらが検出した角度を電圧に変換した値、例えば図５の波形図に示すような、２Ｖや３Ｖといった連続した電圧値が、回転信号として磁気検出素子５Ｂや６Ｂから制御手段７へ出力されるため、制御手段７との通信や制御手段７の演算は短い時間で簡易に行うことが可能となる。

つまり、例えば、磁気検出素子５Ｂからは図５（ａ）に示すように、漸次増加する増加部Ｍ１と、ごく短い時間ではあるが減少する減少部Ｍ２が連続して繰返す略鋸歯状の回転信号Ｍが、磁気検出素子６Ｂからは図５（ｂ）に示すように、同じく増加部Ｎ１と減少部Ｎ２が繰返し、検出信号Ｍとは周期が異なり位相のずれた回転信号Ｎが、制御手段７へ各々出力される。

したがって、制御手段７が所定周期でこれらの回転信号を検出する際、ほとんどの場合、角度θ１のように増加部Ｍ１と増加部Ｎ１の回転信号から検出されて、正常な回転角度の演算が行われるが、ごく稀に増加部から減少部に切り換った角度の回転信号で検出が行われた場合、例えば、減少部Ｍ２と増加部Ｎ１の検出信号の角度θ２のタイミングで検出された場合には、減少部Ｍ２の角度によって、誤った回転角度の演算が行われてしまうものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００５−３６２５号公報

しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、磁気検出素子５Ｂや６Ｂにアナログ方式のものを用いた場合、制御手段７との通信や演算は短時間で簡易に行うことができるが、回転信号の検出タイミングによっては、回転角度の誤検出が行われてしまう場合があるという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、誤検出がなく、回転角度の確実な検出が可能な回転角度検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、制御手段が所定周期で検出手段からの回転信号を検出すると共に、検出した回転信号と直前の回転信号とを比較して、回転体の回転角度を出力するようにして回転角度検出装置を構成したものであり、制御手段が検出した回転信号と直前の回転信号とを比較することによって、検出手段にアナログ方式の磁気検出素子を用いた場合でも、誤った回転角度を出力することを防ぐことができるため、誤検出がなく、回転角度の確実な検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるという作用を有するものである。

以上のように本発明によれば、誤検出がなく、回転角度の確実な検出が可能な回転角度検出装置を実現できるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の一実施の形態について、図１及び図２を用いて説明する。

なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の斜視図であり、同図において、１は絶縁樹脂または金属製の回転体で、側面外周には平歯車部１Ａが形成されると共に、中央部には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部１Ｂが設けられている。

そして、２は絶縁樹脂または金属製の第一の検出体、３は同じく第二の検出体で、第一の検出体２側面外周の平歯車部２Ａが回転体１の平歯車部１Ａに噛合すると共に、第二の検出体３側面外周の平歯車部２Ａとは歯数の異なる平歯車部３Ａが、第一の検出体２の平歯車部２Ａに噛合している。

なお、これらの歯車の直径及び歯数は、回転体１が最も大きく、第一の検出体２、第二の検出体３の順に小さくなっており、例えば、回転体１の歯数が４８、第一の検出体２の歯数が３２、第二の検出体３の歯数が２８となっている。

また、４は第一及び第二の検出体２と３の上方にほぼ平行に配置された配線基板で、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の検出体２の中央にインサート成形等により装着された磁石１５Ａと、第二の検出体３の中央に装着された磁石１６Ａとの対向面には、アナログ方式で回転信号を出力する磁気検出素子１５Ｂと１６Ｂが各々装着されている。

そして、このように対向した磁石１５Ａと磁気検出素子１５Ｂによって第一の検出手段１５が、同じく磁石１６Ａと磁気検出素子１６Ｂによって第二の検出手段１６が各々形成されると共に、配線基板４にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子１５Ｂや１６Ｂに接続された制御手段１７が形成されている。

さらに、これら回転体１や第一の検出体２、第二の検出体３、配線基板４や制御手段１７等を、絶縁樹脂製のケースやカバー（図示せず）等が覆って、回転角度検出装置が構成されている。

そして、このように構成された回転角度検出装置が、制御手段１７がコネクタやリード線（図示せず）等を介して、自動車の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１の係合部１Ｂにはステアリングの軸が挿通されて、自動車に装着される。

以上の構成において、ステアリングを回転すると、回転体１が回転し、これに連動して第一の検出体２が、第一の検出体２に連動して第二の検出体３が各々回転するため、これらの中央に装着された磁石１５Ａ、１６Ａも回転して、この磁石１５Ａ、１６Ａの変化する磁力を磁気検出素子１５Ｂ、１６Ｂが検出する。

そして、磁気検出素子１５Ｂからは、図２（ａ）の波形図に示すように、検出した角度を電圧に変換した値、例えば２Ｖや３Ｖといった電圧値が、漸次増加する増加部Ｍ１と、ごく短い時間ではあるが減少する減少部Ｍ２が連続して繰返す略鋸歯状となった回転信号Ｍが、制御手段１７へ出力される。

また、磁気検出素子１６Ｂからは、図２（ｂ）に示すように、同じく増加部Ｎ１と減少部Ｎ２が繰返す回転信号Ｎが制御手段１７へ出力されるが、第一の検出体２と第二の検出体３は歯数が異なり回転角度も異なるため、第二の検出体３のデータ波形は回転信号Ｍとは周期が異なり位相のずれた回転信号となる。

そして、この第一の検出体２と第二の検出体３からの二つの異なる回転信号を、制御手段１７が所定周期、例えば１ｍｓｅｃ前後の間隔で検出し、例えば角度θ１の場合には、増加部Ｍ１と増加部Ｎ１の回転信号から電圧値Ｖ１とＶ２を検出すると共に、図２（ｃ）に示すように、この電圧値Ｖ１から電圧値Ｖ２を減じた値、すなわち位相差ｖ１から先ず回転体１の概略の回転角度を検出する。

なお、この回転信号Ｍから回転信号Ｎを減じた位相差のデータ波形は、図２（ｃ）に示すように、漸次増加する直線状の回転信号Ｌとなる。

そして、この後、電圧値Ｖ１または電圧値Ｖ２と各々の平歯車部の歯数から、制御手段１７が所定の演算を行って、回転体１即ちステアリングの詳細な回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力されて、車両の様々な制御が行われるように構成されている。

さらに、本発明においては、制御手段１７がこのような演算を行う際、所定周期で検出した磁気検出素子１５Ｂと１６Ｂからの電圧値を、その直前に検出した電圧値と都度比較し、その電圧値に所定以上の差があった場合、すなわち所定の角度を超える大きな変化があった場合には、電子回路への回転角度の出力を制御するようになっている。

つまり、例えば、制御手段１７が回転信号を検出する周期を上記のように１ｍｓｅｃ間隔とし、磁気検出素子１５Ｂや１６Ｂの最大応答速度を４０００度／ｓｅｃとした場合、検出した回転信号と直前の回転信号とに４度／ｓｅｃ以上の角度変化があった時には、制御手段１７が電子回路への回転角度の出力を停止、あるいはその時検出した角度ではなく直前の角度を出力、または所定の信号を付加して回転角度を電子回路へ出力するように構成されている。

したがって、例えば、減少部Ｍ２と増加部Ｎ１の回転信号の角度θ２のタイミングで検出が行われた場合、検出した回転信号Ｍの電圧値Ｖ３とその直前に検出した電圧値Ｖ１との間には、角度にして４度／ｓｅｃ以上の大きな電圧の差があるため、制御手段１７がこれらの電圧値を比較し、回転角度の出力を停止、あるいは直前の角度θ１や所定の信号を出力することによって、誤った回転角度の検出を防ぐことができる。

すなわち、制御手段１７が所定周期で磁気検出素子１５Ｂと１６Ｂから回転信号を検出する都度、その時検出した回転信号と直前の回転信号とを比較することによって、磁気検出素子１５Ｂや１６Ｂに、制御手段１７との通信や制御手段１７の演算を短い時間で簡易に行うことが可能なアナログ方式の磁気検出素子を用いた場合でも、誤った回転角度を出力することを防ぎ、誤検出がなく、回転角度の確実な検出を行うことが可能なようになっている。

なお、以上の説明では、制御手段１７が磁気検出素子１５Ｂと１６Ｂの回転信号から、先ず、回転信号Ｌによって回転体１の概略の回転角度を検出し、この後、回転信号ＭまたはＮによって、詳細な回転角度を検出する構成について説明したが、背景技術の項で説明した構成と同様に、第一の検出体２と第二の検出体３からの周期が異なり位相のずれた二つの回転信号ＭとＮによって、直接回転角度を検出する構成としてもよい。

このように本実施の形態によれば、制御手段１７が所定周期で第一及び第二の検出手段１５と１６からの回転信号を検出すると共に、検出した回転信号と直前の回転信号とを比較して、回転体１の回転角度を出力することによって、磁気検出素子１５Ｂや１６Ｂにアナログ方式の磁気検出素子を用いた場合でも、誤った回転角度を出力することを防ぐことができるため、誤検出がなく、回転角度の確実な検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるものである。

なお、以上の説明では、回転体１に第一の検出体２が噛合し、この第一の検出体２に第二の検出体３が噛合した構成の回転角度検出装置について説明したが、回転体１に第一の検出体２と第二の検出体３の両方を噛合させた構成や、あるいは一方の検出体のみを回転体１に噛合させた構成のもの等としても、本発明の実施は可能である。

また、以上の説明では、回転体１や第一の検出体２、第二の検出体３の外周に各々平歯車部を形成し、これらが噛合して互いに連動して回転する構成について説明したが、平歯車部以外にも傘歯車等、他の形状の歯車を用いた構成や、あるいは歯車に代えて、回転を伝達できる凹凸部や高摩擦部などを回転体や各検出体の外周に形成し、これによって互いに連動して回転する構成としてもよい。

本発明による回転角度検出装置は、誤検出がなく、回転角度の確実な検出が可能なものが得られ、主に自動車のステアリングの回転角度検出等に有用である。

本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の斜視図同波形図従来の回転角度検出装置の斜視図同波形図同波形図

符号の説明

１回転体
１Ａ、２Ａ、３Ａ平歯車部
１Ｂ係合部
２第一の検出体
３第二の検出体
４配線基板
１５第一の検出手段
１６第二の検出手段
１５Ａ、１６Ａ磁石
１５Ｂ、１６Ｂ磁気検出素子
１７制御手段

Claims

ステアリングに連動して回転する回転体と、この回転体に連動して回転する検出体と、この検出体の回転を検出する検出手段と、この検出手段からの回転信号により上記回転体の回転角度を検出する制御手段からなり、上記制御手段が所定周期で回転信号を検出すると共に、検出した回転信号と直前の回転信号とを比較して回転角度を出力する回転角度検出装置。