JP2016011834A - 磁気検出ユニット及びこれを用いたストローク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主に自動車のブレーキペダル等の操作量の検出に用いられる磁気検出ユニット、及びこれを用いたストローク検出装置に関し、高精度で、確実なペダルの操作量の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】磁気検出ユニット１４を、ブレーキペダル２３に連動して移動する作動体１２に装着された磁石１３に、所定の間隙を空けて対向配置することによって、ブレーキペダル２３の踏み込み操作に応じて作動体１２と磁石１３を大きく移動させると共に、磁石１３の移動に伴って第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂが検出した磁束密度の差が所定値以上の間は、これらの磁束密度の差から制御手段１７が磁石１３のストロークを検出し、磁束密度の差が所定値以下の間は、これらの磁束密度から磁石１３のストロークを検出することで、高精度で、確実なペダルの操作量の検出が可能なものを得ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、主に自動車のブレーキペダル等の操作量の検出に使用される磁気検出ユニット、及びこれを用いたストローク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やストローク検出装置等を用いて、ブレーキペダル等が踏み込まれた操作量を検出し、車両の多様な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６を用いて説明する。

図６は従来のブレーキペダルの側面図であり、同図において、１は回転角度検出装置で、絶縁樹脂製のケース（図示せず）内に回転体（図示せず）が回転可能に収納されると共に、この回転体に複数の磁石２が装着されている。

そして、この回転角度検出装置１が自動車のブレーキペダル３の回動軸３Ａの近傍に取り付けられると共に、回動軸３Ａに回転体の中心が装着され、磁石２と所定の間隙を空けて対向配置された、ホール素子等の磁気検出素子（図示せず）が、コネクタやリード線（図示せず）等を介して、車両の電子回路（図示せず）に電気的に接続される。

以上の構成において、ブレーキペダル３を足で踏み込むと、アーム３Ｂの回動に伴って回転角度検出装置１の回転体が回転して、装着された磁石２も回転するため、磁石２から対向した磁気検出素子へ流れる磁界の方向が変化する。

そして、この磁気を磁気検出素子が検出して、これが自動車本体の電子回路へ出力され、電子回路が所定の演算を行い、回転体の回転角度、すなわちブレーキペダル３が踏み込まれた操作量を算出して、踏み込み量に応じた車両の様々な制御が行われる。

つまり、ブレーキペダル３の踏み込み操作によって、回転角度検出装置１の回転体と磁石２を回転させ、磁気検出素子が検出した磁石２の磁気の変化から、回転体の回転角度、すなわちブレーキペダル３が踏み込まれた操作量を検出して、車両の様々な制御が行われるように構成されているものであった。

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２０１０−２２３６５６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、ブレーキペダル３が踏み込み操作される数１０度の回転角度の範囲で磁石２を回転させ、この磁気の変化を磁気検出素子が検出して、ブレーキペダル３の操作量を検出しているため、精度の高いブレーキペダル３の操作量の検出を行うことが困難で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、高精度で、確実なペダルの操作量の検出が可能な磁気検出ユニット、及びこれを用いたストローク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、磁石の磁束密度を検出する第一及び第二の磁気検出素子と、これらに接続された制御手段から磁気検出ユニットを形成すると共に、この磁気検出ユニットを、ペダルに連動して移動する作動体に装着された磁石に、所定の間隙を空けて対向配置してストローク検出装置を構成したものであり、ペダルの踏み込み操作に応じて作動体と磁石を大きく移動させると共に、磁石の移動に伴って第一及び第二の磁気検出素子が検出した磁束密度の差が所定値以上の間は、これらの磁束密度の差から制御手段が磁石のストロークを検出し、磁束密度の差が所定値以下の間は、これらの磁束密度から磁石のストロークを検出することによって、高精度で、確実なペダルの操作量の検出が可能な磁気検出ユニット、及びこれを用いたストローク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、高精度で、確実なペダルの操作量の検出が可能な磁気検出ユニット、及びこれを用いたストローク検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。

本発明の一実施の形態によるストローク検出装置の断面図 同磁気検出ユニットのブロック回路図 同部分斜視図 同波形図 同波形図 従来のブレーキペダルの側面図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態によるストローク検出装置の断面図であり、同図において、１１は略箱型でポリブチレンテレフタレートやＡＢＳ等の絶縁樹脂製の筐体、１２は略円柱状でポリオキシメチレン等の絶縁樹脂またはアルミニウム等の非磁性体製の作動体で、筐体１１内に作動体１２が左右方向へ移動可能に収納されている。

また、１３は略リング状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石で、左右面がＮ極とＳ極に着磁されると共に、この磁石１３が作動体１２中間部外周に装着されて、作動体１２の移動方向の左右方向に磁界が形成されている。

そして、１４は磁気検出ユニットで、上下面に銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成された、紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板１５の下面には、ホール素子等の第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂが、作動体１２の移動方向の左右方向に所定の間隔、例えば、各々の中心間が２〜５ｍｍ前後の間隔で実装装着されている。

さらに、この第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂが、図２のブロック回路図に示すように、マイコン等の制御手段１７にオペアンプ等の差動手段１７Ａを介して接続されると共に、第一の磁気検出素子１６Ａは制御手段１７にも直接接続されている。

また、配線基板１５上面には配線パターンを介して制御手段１７に接続された、銅合金等の複数の端子１８が植設されると共に、この配線基板１５下面を略箱型でポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製のケース１９が覆って、磁気検出ユニット１４が形成されている。

そして、この磁気検出ユニット１４が筐体１１上面に装着されて、第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂが、図３の部分斜視図に示すように、略リング状の磁石１３に対して、左右方向に所定の間隙を空けて対向配置されている。

さらに、２０は絶縁樹脂または金属製の作動軸、２１は鋼または銅合金線がコイル状に巻回されたばねで、ばね２１がやや撓んだ状態で、作動体１２右側面と筐体１１右内側面の間に装着されると共に、作動体１２左端に固着された作動軸２０が筐体１１から左外方に突出して、ストローク検出装置２２が構成されている。

そして、この筐体１１から突出した作動軸２０先端が、ブレーキペダル２３のアーム２３Ａに装着されて、ストローク検出装置２２が自動車に取り付けられると共に、磁気検出ユニット１４の制御手段１７が複数の端子１８と、コネクタやリード線（図示せず）等を介して、車両の電子回路（図示せず）に電気的に接続される。

以上の構成において、ブレーキペダル２３を足で踏み込むと、アーム２３Ａが回動軸２３Ｂを支点として回動すると共に、作動体１２が作動軸２０を介してアーム２３Ａに押圧されて右方向へ移動し、中間部外周に装着された磁石１３も右方向へ移動する。

そして、この磁石１３の磁束密度を、先ず磁気検出ユニット１４の左方の第一の磁気検出素子１６Ａが検出して、図４（ａ）の波形図に示すような、磁石１３の移動距離、すなわちストロークに応じて変化する、Ｘ方向の磁気の方向の波形Ｌ１と、これとは直交方向のＹ方向の波形Ｍ１が、第一の磁気検出素子１６Ａから差動手段１７Ａへ出力される。

また、磁石１３が所定距離移動すると、この磁束密度を右方の第二の磁気検出素子１６Ｂも検出し、図４（ｂ）に示すような、波形Ｌ１とＭ１からやや遅れた、ストロークに応じて変化するＸ方向の波形Ｌ２と、これとは直交方向のＹ方向の波形Ｍ２が、第二の磁気検出素子１６Ｂから差動手段１７Ａへ出力される。

さらに、第一の磁気検出素子１６Ａからの磁束密度の波形Ｌ１とＭ１から、第二の磁気検出素子１６Ｂからの波形Ｌ２とＭ２を、差動手段１７Ａが減算して、図４（ｃ）に示すような、第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂが検出した磁束密度の差の波形Ｌ３とＭ３が、差動手段１７Ａから制御手段１７へ出力される。

そして、制御手段１７が所定の演算を行って、図５（ａ）の波形図に示すような、磁石１３のストロークに応じた、暫時増加する略直線状の電圧波形Ｎ１が端子１８から出力されるが、この時、図５（ｂ）に示すように、制御手段１７が演算をする磁束密度の差の波形Ｒ１は、ストロークＳ１の範囲は所定値Ｐ以上であるが、この前後のストロークＳ２やＳ３の範囲は所定値Ｐ以下となっているため、検出ができない弱い磁束密度となっている。

しかし、これに対し、差動手段１７Ａからではなく、第一の磁気検出素子１６Ａから制御手段１７へ直接出力される磁束密度の波形Ｒ２は、ストロークＳ２やＳ３の範囲でも所定値Ｐ以上であるため、これによって磁石１３が第一の磁気検出素子１６Ａに接近、あるいは離れていっていることを、制御手段１７が検出することが可能なようになっている。

つまり、第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂが検出した磁束密度の差から演算を行うような、磁石１３以外の外部の磁界の影響を減算によって除去した、磁石１３の高精度なストロークの検出はできないが、ストロークＳ２やＳ３の範囲で磁石１３が接近したり、離れたりということは制御手段１７が検出できるため、この間は一定の電圧波形となった、図５（ｃ）に示すような、電圧波形Ｎ２が制御手段１７から車両の電子回路へ出力される。

すなわち、磁石１３が接近している１０ｍｍ前後のストロークＳ２の間は一定の電圧波形、磁束密度が所定値Ｐ以上である２０ｍｍ前後のストロークＳ１の間は、高精度なストロークの検出が可能な暫時増加する略直線状の電圧波形、磁石１３が離れる１０ｍｍ前後のストロークＳ３の間は一定の電圧波形から形成された、電圧波形Ｎ２を制御手段１７が出力することで、ブレーキペダル２３の踏み込み操作に応じて大きく移動する、磁石１３の長い範囲でのストローク検出が行えるようになっている。

なお、ストロークＳ２の前やストロークＳ３の後は、磁束密度が所定値Ｐ以下で弱くて検出ができないため、ストロークＳ２やＳ１、Ｓ３の範囲とは異なる電圧、例えば０Ｖが制御手段１７から出力される。

そして、この電圧波形Ｎ２から、電子回路が磁石１３のストローク、すなわちブレーキペダル２３が踏み込まれた操作量を算出して、踏み込み量に応じたブレーキ装置の制御やストップランプの消点灯等の、車両の様々な制御が行われる。

つまり、ブレーキペダル２３の踏み込み操作によって、ストローク検出装置２２の作動体１２と磁石１３を移動させ、この磁石１３の磁束密度を磁気検出ユニット１４の第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂが検出すると共に、これらを制御手段１７が演算して出力された電圧波形Ｎ２から、磁石１３のストローク、すなわちブレーキペダル２３が踏み込まれた操作量を検出して、車両の様々な制御が行われるように構成されている。

そして、この時、本発明の磁気検出ユニット１４やストローク検出装置２２においては、ブレーキペダル２３に連動して移動する作動体１２に装着された磁石１３に、作動体１２の移動方向に所定の間隔で設けられた第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂを、所定の間隙を空けて対向配置することによって、高精度で、確実なブレーキペダル２３の操作量の検出が行えるようになっている。

すなわち、ブレーキペダル２３が踏み込み操作された際に、アーム２３Ａが回動軸２３Ｂを支点として回動する角度は数１０度の範囲であるが、作動体１２と磁石１３が作動軸２０を介してアーム２３Ａに押圧されて、上記のように４０〜５０ｍｍ前後と大きく移動するため、この長いストロークの磁石１３の磁気を検出することによって、高精度なブレーキペダル２３の操作量の検出が可能なように構成されている。

また、磁石１３に対向配置された第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂの、磁束密度の差が所定値Ｐ以上の間は、これらの磁束密度の差から制御手段１７が磁石１３のストロークを検出し、磁束密度の差が所定値Ｐ以下の間は、第一の磁気検出素子１６Ａの磁束密度から磁石１３のストロークを検出することによって、長いストロークの磁石１３の磁気を高精度で、確実に検出することができるようになっている。

つまり、上述したように、第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂが検出した磁束密度の差が、所定値Ｐ以上の２０ｍｍ前後のストロークＳ１の間は、これらの磁束密度の差から制御手段１７が所定の演算を行って、磁石１３のストロークに応じて暫時増加する略直線状の電圧波形Ｎ２を出力することで、磁石１３以外の外部の磁界の影響が減算によって除去された、磁石１３の高精度なストロークの検出を行うことができる。

そして、第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂの磁束密度の差が、所定値Ｐ以下のストロークＳ１の前後の、１０ｍｍ前後のストロークＳ２とＳ３の間は、制御手段１７に直接接続された第一の磁気検出素子１６Ａの、所定値Ｐ以上の磁束密度に応じて、一定の電圧値の電圧波形Ｎ２を出力することによって、４０〜５０ｍｍ前後と大きく移動する長いストロークの、磁石１３の磁気の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、左方に配置された第一の磁気検出素子１６Ａのみを制御手段１７に直接接続し、この磁束密度によってストロークＳ２とＳ３の間は、制御手段１７から一定の電圧波形Ｎ２を出力しているため、ストロークＳ２に比べストロークＳ３がやや小さくなっているが、第二の磁気検出素子１６Ｂも制御手段１７に直接接続し、ストロークＳ２の間は左方の第一の磁気検出素子１６Ａの磁束密度、ストロークＳ３の間は右方の第二の磁気検出素子１６Ｂの磁束密度によって、制御手段１７が一定の電圧波形Ｎ２を出力するようにすれば、ストロークＳ２とＳ３がほぼ同じストロークとなり、さらに長いストロークでの検出を行うことができる。

また、以上の説明では、配線基板１５下面に第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂ、制御手段１７と差動手段１７Ａを実装装着し、各部品を配線パターンによって接続して、磁気検出ユニット１４を形成した構成について説明したが、これらをＩＣチップ等として一体に形成した構成としても、本発明の実施は可能である。

さらに、以上の説明では、磁気検出ユニット１４やストローク検出装置２２によって、ブレーキペダル２３の踏み込み操作量を検出する構成について説明したが、ブレーキペダル以外の、例えばアクセルペダルの操作量の検出や、排ガス再循環装置のバルブの上下動のストローク検出、ヘッドランプの上下左右動のストローク検出等に用いることも可能である。

このように本実施の形態によれば、磁石１３の磁束密度を検出する第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂ、及びこれらに接続された制御手段１７から磁気検出ユニット１４を形成すると共に、この磁気検出ユニット１４を、ブレーキペダル２３に連動して移動する作動体１２に装着された磁石１３に、所定の間隙を空けて対向配置してストローク検出装置２２を構成することによって、ブレーキペダル２３の踏み込み操作に応じて作動体１２と磁石１３を大きく移動させると共に、磁石１３の移動に伴って第一の磁気検出素子１６Ａと第二の磁気検出素子１６Ｂが検出した磁束密度の差が所定値以上の間は、これらの磁束密度の差から制御手段１７が磁石１３のストロークを検出し、磁束密度の差が所定値以下の間は、これらの磁束密度から磁石１３のストロークを検出することで、高精度で、確実なペダルの操作量の検出が可能な磁気検出ユニット、及びこれを用いたストローク検出装置を得ることができるものである。

本発明による磁気検出ユニット、及びこれを用いたストローク検出装置は、高精度で、確実なペダルの操作量の検出が可能なものを得ることができるという有利な効果を有し、主に自動車のブレーキペダル等の操作用として有用である。

１１ 筐体
１２ 作動体
１３ 磁石
１４ 磁気検出ユニット
１５ 配線基板
１６Ａ 第一の磁気検出素子
１６Ｂ 第二の磁気検出素子
１７ 制御手段
１７Ａ 差動手段
１８ 端子
１９ ケース
２０ 作動軸
２１ ばね
２２ ストローク検出装置
２３ ブレーキペダル
２３Ａ アーム
２３Ｂ 回動軸

Claims (2)

1. 対向配置された磁石の磁束密度を検出する第一及び第二の磁気検出素子と、この第一及び第二の磁気検出素子に接続された制御手段からなり、上記制御手段が上記第一及び第二の磁気検出素子が検出した磁束密度の差を演算すると共に、上記第一及び第二の磁気検出素子の少なくとも一方の磁束密度を検出する磁気検出ユニット。
2. ペダルに連動して移動する作動体に装着された磁石に、請求項１記載の磁気検出ユニットを所定の間隙を空けて対向配置すると共に、上記磁石の移動に伴って上記第一及び第二の磁気検出素子が検出した磁束密度の差が所定値以上の間は、これらの磁束密度の差から制御手段が上記磁石のストロークを検出し、磁束密度の差が所定値以下の間は、これらの磁束密度から上記磁石のストロークを検出するストローク検出装置。

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