JP2504339B2 - 操舵角センサ - Google Patents

操舵角センサ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車両の操舵角を正確に
検出するための操舵角センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の車両に用いられている操舵角検出
装置としては、ステアリングコラム内に光学式エンコー
ダの一種であるステアリングセンサを組み込んだものが
主流になっている。これはステアリングホイールの回転
角を相対的に検出するもので、円周上に多数の透孔をも
ちステアリングシャフトに取り付けられたスリット板を
挟んで、センサの本体であるフオトインタラプタが対に
なってステアリングコラムに取り付けられた構造を有
し、ステアリングシャフトが運転者の運転操作によって
回転すると、スリット板が遮光と透光を繰り返すことに
よってフオトインタラプタが電気的なパルス信号を発す
るので、その数をカウントすることによってステアリン
グシャフトの相対的な回転角量を検出し、それに基づい
て操舵方向を算出するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の、ステアリング
コラム内に設けられたステアリングセンサによる操舵角
検出装置は、ステアリングシャフトの相対的な回転角に
基ずいて絶対的な車輪の操舵角を算出するものであり、
電源投入直後等においては車輪の操舵角が不明になるこ
と、ステアリングホイールの回転はステアリングシャフ
ト、インタミディエットシャフト、ステアリングピニオ
ンギヤ、これらを結合する自在継ぎ手、及び、ステアリ
ングラックバー等を介して車輪に伝えられるため、各部
品の弾性変形、組付け誤差、さらには継ぎ手のガタ、ギ
ヤのバックラッシュ等によって、ステアリングセンサが
検出するステアリングシャフトの回転角から算出される
操舵角と、実際に車輪に現れる操舵角との間には大なり
小なり誤差が生じる可能性があり、この装置によっては
車輪の操舵角を直接に検知することができないので、検
出精度を高めることが困難であった。
【０００４】本発明は、従来技術が有するこの問題に対
処し、車輪の実際の操舵角にきわめて近い絶対的な操舵
角を直接正確に検知することがができるような、構成の
簡単な操舵角センサを提供することを発明の目的とする
ものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決する手段として、ステアリングギヤボックスの内部の
ステアリングラックバーの表面の一部に、部分的に熱を
加えることによって表層の一部に生じた電磁気的特性の
部分的変化による信号パターンを、前記ステアリングラ
ックバーの長手方向に漸次変化するように形成し、これ
を前記ステアリングギヤボックス内に取り付けた信号検
出器によって非接触状態で読み取ることによって前記ス
テアリングラックバーの絶対的位置を検出すると共に、
操向車輪の操舵角を検知するように構成したことを特徴
とする車両における操舵角センサを提供する。
【０００６】
【作用】車両における操向車輪の操舵角の変化は、操向
車輪の軸に対して簡単なリンク機構を介して連結されて
いるステアリングギヤボックスのステアリングラックバ
ーの変位と略完全に対応しているから、ステアリングラ
ックバーの変位を正確に検出すれば操舵角は正確に判明
する。本発明においては、ステアリングラックバーの表
面に、部分的に熱を加えることによって表層の一部に生
じる電磁気的な特性の変化の形で位置を表示する信号パ
ターンを、ステアリングラックバーの長手方向に漸次変
化するように形成しており、現在信号検出器が対面して
いる部分の信号パターンの電磁気的特性の値を非接触状
態で読み取ることによって、ステアリングラックバーの
絶対的位置を検出し、それによって操向車輪の操舵角を
確実に検知することができる。
【０００７】
【実施例】図は本発明の操舵角センサの一実施例を示す
もので、図１は、その操舵角センサが取り付けられたス
テアリングギヤボックス全体の縦断面を示している。図
１において、１はステアリングギヤボックスのハウジン
グ、２はその中にベアリング３及び４によって軸支され
たステアリングピニオンギヤで、図示されていないが、
運転者が操縦するステアリングホイールから、ステアリ
ングコラムを通るステアリングシャフトと自在継ぎ手や
インタミディエットシャフト、場合によってはパワース
テアリング装置等、多くの機構や部材を介して、回転さ
れるようになっている。５はオイルシール、６はピニオ
ンギヤ２をベアリング４の内輪に取り付けるナット、７
はハウジング１の開口を塞ぐと共にベアリング４の外輪
を固定するキャップを示す。
【０００８】８はステアリングピニオンギヤ２と噛み合
うステアリングラックバーで、図示されていないが、そ
の両端はナックルアーム等の簡単なリンク機構を介して
操舵される車輪の軸に連結される。ステアリングラック
バー８は、シート９を介してステアリングラックガイド
１０により背面を摺動可能に支持されており、ステアリ
ングラックガイド１０は、ハウジング１に設けられた開
口１１の中に摺動可能に挿入されていて、開口１１を塞
ぐように螺着された螺子栓１２と、それが支持している
圧縮スプリング１３によって、ステアリングラックバー
８の方へ付勢されている。なお、１４は螺子栓１２のた
めのロックナットを示す。また、ハウジング１の内部に
は潤滑剤が封入される。以上述べた構造は、従来のステ
アリングギヤボックスと実質的に同じものと言ってよ
い。
【０００９】本発明の特徴に対応して、図示実施例のス
テアリングギヤボックスでは、開口１１の中に挿入され
ているステアリングラックガイド１０の中心に螺子孔１
５が設けられ、そこに後述の信号検出器１６が外方から
挿入、螺着されている。信号検出器１６の先端はステア
リングラックバー８の歯のない背面との間に適当な間隙
をおいて対向しており、その後端に取り付けられるリー
ド線１７は螺子栓１２の孔１８を通って外部に導き出さ
れる。１９は孔１８を塞ぐシール材を示す。
【００１０】ステアリングラックバー８の詳細が図２及
び図３に示されている。ステアリングピニオンギヤ２の
歯２０と噛み合うステアリングラックバー８の、ラック
歯２１が設けられていない背面２２は平滑な円筒面であ
って（平面であってもよい）歯が設けられていないが、
その表層の一部に信号検出器１６に対応して特殊な信号
パターン２３が形成された別の材料からなる薄板２５
が、溶接、溶着、圧入等の方法で固着されている。薄板
２５は、たとえばオーステナイトとフェライトの混合組
織をもつ非磁性の二相ステンレス鋼（たとえばＳＵＳ３
２９Ｊ１）から製作されている。信号パターン２３は、
ＹＡＧレーザ又はＣＯ2 レーザ等の高エネルギビームを
薄板２５の表層に照射することによって、電磁気的特性
が母材と異なる多数のスポット２４の集合として形成さ
れたものである。
【００１１】図２及び図３に例示する信号パターン２３
においては、幅は一定であるがスポット２４の分布が一
様ではなく、右端側が密で左端側が疎になっており、そ
の間で密度がステアリングラックバー８の長手方向に漸
次連続的に変化し、どの部分のスポット２４の密度も他
の部分のスポット２４の密度とは異なるようになってい
る。電磁気的特性の変化は、レーザのような収束した高
エネルギビームが所定の時間だけ非磁性のオーステナイ
トと強磁性のフェライトが混在する二相ステンレス鋼か
らなる薄板２５の表層に照射されることにより、その部
分が所定の深さまで溶融し、照射が止むと同時に熱が母
材の中に放散して急冷され、そこに強磁性のフェライト
のみの、あるいは照射前に比較してフェライトの増加し
た組織がスポット２４として形成されることにより生じ
る。スポット２４を母材の表面に所定の粗密分布をなす
ように多数形成させることは、ＮＣ制御のような方法を
利用すれば容易になし得る。
【００１２】信号パターン２３は、特別の材料からなる
薄板２５にレーザビームや電子ビーム等の高エネルギビ
ームを部分的に照射して形成することができるほか、ス
テアリングラックバー８自体の表層の一部に、熱処理等
の加工を施こすことによって形成することができること
は言うまでもない。
【００１３】更に別の信号パターン２３の作製法とし
て、スポット２４の分布を一様にしても、その代わり
に、電磁気的特性の変化した部分の幅や厚さ（深さ）
が、長手方向に向かって漸次変化する例えば細長い三角
形状等に形成することによって、単位面積や単位体積当
たりの電磁気的特性（透磁率、導電率等）が、部分的に
変化するように構成することもできる。
【００１４】本発明においては、要するにステアリング
ラックバー８の一部或いはそれに取り付けられた薄板の
表面に、部分的に熱を加えて表層の電磁気的特性を部分
的に変化させることによって、長手方向の位置ごとにそ
の単位面積或いは単位体積当たりの電磁気的特性が漸次
異なり、その特性値がその位置を表示するように構成さ
れた信号パターン２３が形成されていればよいのであっ
て、母材が磁性で、信号を表示するものが非磁性という
ような組合せであってもよい。
【００１５】信号パターン２３の情報を読み出してその
位置を検知するための信号検出器１６は、たとえばピッ
クアップコイル、磁気抵抗素子、ホール素子等、非接触
で信号パターン２３の単位面積或いは単位体積当たりの
透磁率や導電率等の電磁気的特性を検出することができ
るものであればよい。信号検出器１６が読み出した透磁
率等の特性値は、リード線１７によって図示されない検
出回路に入力され、信号検出器１６が現在対面している
信号パターン２３の部分がどの位置であるかを認識する
ことによって、ステアリングラックバー８の絶対的位
置、したがって操舵角が正確に検知される。このような
信号処理は、よく行われているように、検出された特性
値（たとえば出力信号電圧に変換したもの）を、マイク
ロプロセッサを利用した情報処理装置において、予め測
定された特性値と絶対変位との対照表と照合することに
よって全く自動的に行うことができる。
【００１６】
【発明の効果】本発明の操舵角センサにおいては、ステ
アリングラックバーの表面の一部に、部分的に熱を加え
ることによって電磁気的特性が長手方向に漸次変化する
信号パターンを形成し、これを非接触の信号検出器によ
って読み取ることにより、ステアリングラックバーの絶
対的位置をアナログ的に検出し、直ちに操舵角を検知す
ることができる。ステアリングラックバーは操舵系統の
中でも特に操舵車輪に近く、その後の伝動機構において
誤差が入る恐れが少ないので、検知される操舵角はきわ
めて正確な値になる。更に、本発明によれば信号検出器
がステアリングラックバーに接触しない状態で信号パタ
ーンを読み取るので、信号検出器に流すべき電流量がご
く僅かで済むという利点もある。 本発明の操舵角センサ
においては、特に、可動部分がステアリングラックバー
の表層に加熱によって形成された目に見えない電磁気的
特性の変化としての信号パターンだけであるから、セン
サの設置によって増加する可動部分はなく、信号検出器
も、ステアリングピニオンを収容しているステアリング
ギヤボックスの中に僅かなスペースを設けて取り付ける
だけで済むから、操舵角センサを設けることによってス
テアリングギヤボックスが大型化する恐れがない。しか
も、可動部分や信号検出器はステアリングギヤボックス
の内部に形成されるから、特別に防水や防塵の手段を設
ける必要もないという点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の操舵角センサを含むステアリ
ングギヤボックスの縦断面図である。
【図２】本発明の実施例の操舵角センサにおける要部を
示す側面図である。
【図３】本発明の実施例の操舵角センサにおける要部を
示す平面図である。
【符号の説明】
１…ステアリングハウジング ２…ステアリングピニオンギヤ ８…ステアリングラックバー １０…ステアリングラックガイド １６…信号検出器 ２３…信号パターン ２４…スポット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 瑞穂 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 横矢 雄二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−59206（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−52002（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−16309（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−99834（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ステアリングギヤボックスの内部のステ
    アリングラックバーの表面の一部に、部分的に熱を加え
    ることによって表層の一部に生じた電磁気的特性の部分
    的変化による信号パターンを、前記ステアリングラック
    バーの長手方向に漸次変化するように形成し、これを前
    記ステアリングギヤボックス内に取り付けた信号検出器
    によって非接触状態で読み取ることによって前記ステア
    リングラックバーの絶対的位置を検出すると共に、操向
    車輪の操舵角を検知するように構成したことを特徴とす
    る車両における操舵角センサ。
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