JP2019190964A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冗長性を有しつつ小型化を可能にしたセンサ装置を提供すること。【解決手段】ステアリングアングルセンサ装置１は、上下ケースによるハウジングを備え、そのハウジング内に１つのホルダ２と、そのホルダ２を挟んで表裏両側に配置された２枚の制御基板３、４とが収容されている。検出物の回転をメインギヤ７により、第１のマグネット１１と第１の検出用ギヤ１０を組んだ第１の検出用ギヤモジュール９、及び、第２のマグネット１５と第２の検出用ギヤ１４を組んだ第２の検出用ギヤモジュール１３に伝達する。第１の検出用ギヤモジュール９及び第２の検出用ギヤモジュール１３の回転を制御基板３、４のＭＲセンサ（２２、２３、２６、２７）でセンシングすることで検出物の舵角信号を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、センサ装置に関する。

特許文献１には、回転体であるステアリングホイールの操作角度を磁気的に検出する舵角センサ装置について開示されている。
この種の舵角センサ装置は、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトに連動して回転するメインギヤを備え、そのメインギヤには、マグネットを組み込んだ検出用ギヤ（一例は歯数の異なる２つのギヤ）が噛合されている。そして、それぞれのマグネットに対向するように配置された２つのＭＲ（magnetoresistance:磁気抵抗）センサが１枚の制御基板に実装されている。マグネットを組み込んだ検出用ギヤの回転を、対応するＭＲセンサでセンシングし、それによる検出物の舵角信号をＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）に出力する。これにより、ＥＣＵは、それぞれのＭＲセンサから取得した舵角信号を解析することで、その組み合わせに基づいて、ステアリングホイールの操作角度を検出できることになる。

尚、ステアリングシャフトに連動するメインギヤの他、それぞれマグネットを組み込んだ２つの検出用ギヤ、２つのＭＲセンサが実装された１枚の制御基板が、カバーとホルダとによるケース内に収容されることによって、１個の舵角センサ装置を構成している。

特開２００５−４３２２４号公報

検出したステアリングホイールの操作角度に応じた反力を付与するステアバイワイヤの反力装置等において、ＭＲセンサの故障検出を行うために２重系を要する場合、舵角センサ装置を２個配置すると反力装置の体格が大きくなる。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、その目的は、冗長性を有しつつ小型化を可能にしたセンサ装置を提供することにある。

上記課題を解決するセンサ装置は、検出物に連動する機構部であって、被検出体が組み込まれた機構部を有する１つのホルダと、前記ホルダを挟んで両側に配置された２枚の制御基板であって、前記被検出体の物理量をセンシングしつつ、前記検出物の変位信号を出力するセンサ素子が実装されたそれぞれの制御基板とを備える。

この構成によれば、ホルダの両側に制御基板を配置したサンドイッチ構造により出力２重系のセンサ装置が得られる。ホルダが兼用される分、小型化が可能になる。したがって、冗長性を有しつつ小型化できる。

上記センサ装置について、前記ホルダには、それぞれの前記センサ素子からの変位信号を外部制御装置に出力するための媒体となるコネクタが設けられていることとしてもよい。

この構成によれば、コネクタをホルダに集約することで、作業性を向上できる。
上記センサ装置について、それぞれの前記制御基板に実装されたセンサ素子は、等価の変位信号を出力することとしてもよい。

この構成によれば、いずれかのセンサ素子が故障した場合でも、他のセンサ素子によって正しくセンシングできる。

本発明によれば、冗長性を有しつつ小型化できる。

ステアリングアングルセンサ装置の要部構成を示す分解斜視図。

以下、センサ装置の一実施の形態について説明する。
図１に示すように、センサ装置の一例であるステアリングアングルセンサ装置１は、操舵機構（入力系）と転舵機構（駆動系）とが機械的に分離されたバイワイヤ式のステアリング装置（ステアバイワイヤ）に適用され、入力系の構成要素であるステアリングホイール（図示略）の操作角度を検出する。回転体であるステアリングホイールが検出物に相当する。

ステアリングアングルセンサ装置１は、図示しない上下ケースによるハウジングを備え、そのハウジング内に１つのホルダ２と、そのホルダ２を挟んで表裏両側に配置された２枚の制御基板３、４とが収容されている。つまり、ハウジング内には、ホルダ２の両側に制御基板３、４を配置したサンドイッチ構造をなす中間構造体が収容されている。

ホルダ２は樹脂材料によって前方後円形の板状をなし、後円部には、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフト（図示略）が挿通される孔５が、ホルダ２の板厚方向に沿って形成されている。孔５の縁部には、ホルダ２の表面からリング状に突出する第１のギヤ支持部６が形成され、その第１のギヤ支持部６によってリング状のメインギヤ７が回転自在に支持されている。メインギヤ７はステアリングシャフトに連動して回転する。

ホルダ２の前方部には、第１のギヤ支持部６に隣接して第２のギヤ支持部８が形成され、その第２のギヤ支持部８によって第１の検出用ギヤモジュール９が回転自在に支持されている。ステアリングホイールの回転操作が第１の検出用ギヤモジュール９に伝達されることになる。第１の検出用ギヤモジュール９は、メインギヤ７に噛合される第１の検出用ギヤ１０と、その第１の検出用ギヤ１０に組み込まれた第１のマグネット１１とを含む。

また、ホルダ２の前方部には、第２のギヤ支持部８に隣接して第３のギヤ支持部１２が形成され、その第３のギヤ支持部１２によって第２の検出用ギヤモジュール１３が回転自在に支持されている。ステアリングホイールの回転操作が第２の検出用ギヤモジュール１３に伝達されることになる。第２の検出用ギヤモジュール１３は、第１の検出用ギヤ１０に噛合される第２の検出用ギヤ１４（第１の検出用ギヤ１０とは歯数が異なる）と、その第２の検出用ギヤ１４に組み込まれた第２のマグネット１５とを含む。

尚、第１のマグネット１１と第２のマグネット１５は共に被検出体に相当し、それらを第１の検出用ギヤ１０又は第２の検出用ギヤ１４に組み込んだ第１の検出用ギヤモジュール９及び第２の検出用ギヤモジュール１３の他、メインギヤ７は、ステアリングホイール（検出物）に連動する機構部に相当する。

ホルダ２の前端寄りには、ホルダ２の幅方向に沿って複数本のターミナル１６が、隣との絶縁距離が確保されつつ整列状態でインサートされ、その半分は一端がホルダ２の表面から突出されているとともに他端がホルダ２の前端面から突出され、残りの半分はホルダ２の裏面から突出されているとともに他端がホルダ２の前端面から突出されている。そして、ホルダ２の前端部には、ホルダ２の前端面から突出された全てのターミナル１６（コネクタ端子）を上下左右から囲む四角枠状のコネクタハウジング１７がホルダ２と一体で設定されている。各ターミナル１６とコネクタハウジング１７とによりコネクタが構成されている。

ホルダ２の前方部には、第２のギヤ支持部８及び第３のギヤ支持部１２の他、ホルダ２の表面から突出された各ターミナル１６を囲むエリアの四隅位置に対応して、ホルダ２の表面から突出する基板固定部１８が形成され、それら基板固定部１８に制御基板３がネジ止めされている。そして、それぞれの基板固定部１８からホルダ２の裏側に向かって連続するように、ホルダ２の裏側には、ホルダ２の裏面から突出する基板固定部１９が、対応する四隅位置に形成され、それら基板固定部１９に制御基板４がネジ止めされている。

ホルダ２の表側に配置される制御基板３は、ホルダ２の前方部よりも一回り小さな四角板状をなし、四隅位置にネジ挿入用の孔２０が形成され、これら４つの孔２０を介して制御基板３が４箇所の基板固定部１８にネジ止めされる。また、制御基板３には、ホルダ２の表面から突出された各ターミナル１６に対応して端子挿入孔２１が形成され、それら端子挿入孔２１には、対応するターミナル１６が挿入されて半田付けが施されている。そして、制御基板３には、第１のマグネット１１の磁界の変化（被検出体の物理量）をセンシングしつつ、ステアリングホイールの操作角度に関する舵角信号（検出物の変位信号）を出力する第１のＭＲセンサ２２と、第２のマグネット１５について同様の第２のＭＲセンサ２３とが実装されている。

ホルダ２の裏側に配置される制御基板４は、外形寸法が制御基板３と同じ四角板状をなし、四隅位置にネジ挿入用の孔２４が形成され、これら４つの孔２４を介して制御基板４が４箇所の基板固定部１９にネジ止めされる。また、制御基板４には、ホルダ２の裏面から突出された各ターミナル１６に対応して端子挿入孔２５が形成され、それら端子挿入孔２５には、対応するターミナル１６が挿入されて半田付けが施されている。そして、制御基板４には、第１のマグネット１１の磁界の変化（被検出体の物理量）をセンシングしつつ、ステアリングホイールの操作角度に関する舵角信号（検出物の変位信号）を出力する第１のＭＲセンサ２６と、第２のマグネット１５について同様の第２のＭＲセンサ２７とが実装されている。

制御基板３の第１のＭＲセンサ２２と制御基板４の第１のＭＲセンサ２６は、等価の舵角信号を出力し、制御基板３の第２のＭＲセンサ２３と制御基板４の第２のＭＲセンサ２７は、等価の舵角信号を出力する。尚、いずれのＭＲセンサもセンサ素子に相当する。そして、それぞれの舵角信号の他、制御基板３、４に対する給電信号等が、各ターミナル１６とコネクタハウジング１７とによるコネクタを介して、外部制御装置であるＥＣＵ（図示略）との間で入出力される。これにより、ＥＣＵは、取得したそれぞれの舵角信号を解析することで、その組み合わせに基づいて、ステアリングホイールの操作角度を検出できる他、いずれかのＭＲセンサの故障検出を行えることになる。例えば、ステアバイワイヤの反力装置において、検出したステアリングホイールの操作角度に応じた反力を付与することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）ホルダ２の表裏両側に制御基板３、４を配置したサンドイッチ構造により出力２重系のステアリングアングルセンサ装置１が得られる。ホルダ２が兼用される分、小型化が可能になる。したがって、冗長性を有しつつ小型化できる。

（２）コネクタ（コネクタ端子である各ターミナル１６とコネクタハウジング１７）をホルダ２に集約することで、作業性を向上できる。
（３）いずれかのＭＲセンサが故障した場合でも、他のＭＲセンサによって正しくセンシングできる。

（４）部品形状の共通化をしやすく、部品費を低減できる。
尚、上記実施の形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・第１のマグネット１１及び第２のマグネット１５をそれぞれ１つずつ用いることを前提に、ホルダ２の裏側の制御基板４の第１のＭＲセンサ２６及び第２のＭＲセンサ２７によるセンシングの感度を高めるために、各マグネットをホルダ２の表面に近い位置に配置しつつ、ホルダ２の裏側の各基板固定部１９の突出高さを低くしてもよい。この構成によれば、各マグネットをホルダ２の表面に近い位置に配置することに伴い、ホルダ２の表側の基板固定部１８の突出高さも低くすることができるため、ステアリングアングルセンサ装置１を薄型化できる。

・第１の検出用ギヤモジュール９の第１の検出用ギヤ１０と第２の検出用ギヤモジュール１３の第２の検出用ギヤ１４とが互いに噛合せず、且つ、双方がメインギヤ７に噛合してもよい。

・センサ素子はＭＲセンサに限らず、他の磁気センサであってもよい。
・本発明を磁気式のセンサ装置に代えて、光学式のセンサ装置に具体化してもよい。
・本発明に係るセンサ装置をステアバイワイヤに適用することに限らず、他の用途に適用してもよい。

１…ステアリングアングルセンサ装置（センサ装置）、２…ホルダ、３…制御基板、４…制御基板、５…孔、６…第１のギヤ支持部、７…メインギヤ（機構部）、８…第２のギヤ支持部、９…第１の検出用ギヤモジュール（機構部）、１０…第１の検出用ギヤ、１１…第１のマグネット（被検出体）、１２…第３のギヤ支持部、１３…第２の検出用ギヤモジュール（機構部）、１４…第２の検出用ギヤ、１５…第２のマグネット（被検出体）、１６…ターミナル（コネクタ）、１７…コネクタハウジング（コネクタ）、１８…基板固定部、１９…基板固定部、２０…孔、２１…端子挿入孔、２２…第１のＭＲセンサ（センサ素子）、２３…第２のＭＲセンサ（センサ素子）、２４…孔、２５…端子挿入孔、２６…第１のＭＲセンサ（センサ素子）、２７…第２のＭＲセンサ（センサ素子）。

Claims (3)

1. 検出物に連動する機構部であって、被検出体が組み込まれた機構部を有する１つのホルダと、
   前記ホルダを挟んで両側に配置された２枚の制御基板であって、前記被検出体の物理量をセンシングしつつ、前記検出物の変位信号を出力するセンサ素子が実装されたそれぞれの制御基板とを備える
   センサ装置。
2. 前記ホルダには、それぞれの前記センサ素子からの変位信号を外部制御装置に出力するための媒体となるコネクタが設けられている
   請求項１に記載のセンサ装置。
3. それぞれの前記制御基板に実装されたセンサ素子は、等価の変位信号を出力する
   請求項１又は２に記載のセンサ装置。