JP3218513B2 - 回転角度又は回転数の検知器と、この検知器を含む車両用パワーステアリング装置 - Google Patents

回転角度又は回転数の検知器と、この検知器を含む車両用パワーステアリング装置

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JP3218513B2 JP29792391A JP29792391A JP3218513B2 JP 3218513 B2 JP3218513 B2 JP 3218513B2 JP 29792391 A JP29792391 A JP 29792391A JP 29792391 A JP29792391 A JP 29792391A JP 3218513 B2 JP3218513 B2 JP 3218513B2
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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回転角度を検知し、又
検知器が連結されている回転部材が発生する回転方向又
は回転数を表示する信号を発生させる検知器に関する。
また本発明は、この様な検知器を含む自動車のためのパ
ワーステアリング装置にも関する。
【０００２】本発明は特に、ステアリングコラム等のス
テアリング部材に加わる力を必要に応じて、電子装置に
より制御して補助するようにした、自動車用パワーステ
アリング機構に適用することが可能である。この制御操
作は、後輪が前輪と異なったステアリング角度を必要と
する４輪操舵式の自動車の場合、運転者がとるステアリ
ング角度函数であり、この制御操作により、前輪と後輪
はこれら異なる２つの要求を満たすことができるもので
ある。
【０００３】
【従来の技術】回転方向を表示するために、即ち計測さ
れた回転角度の表示と、又必要な場合にステアリングコ
ラムによって発生する回転数を計数するために、数多く
の異なった装置は、既に提案されている。この様な装置
は、少なくとも１つの円板を有し、その回転が、計測を
必要とする角度の変化に従うようになっている。この円
板の周縁は、回転角度を計測するための適当な計測手段
と協働する。
【０００４】従来、この種の検知器は、通常、増分角度
符号器（incremental angular coder）と呼ばれてい
る。この様な装置においては、円板は、読み取り装置の
正面を通過した印として役立つ凹部又はトラックを備え
ている。読み取り装置は、回転の絶対角度、又は回転角
度が変化する率、回転方向、及び（必要な場合には）所
要の回転数を発生するべく、電子的に処理可能な計測信
号のパルスを発生させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の装置に
おいては、パルスカウントを記憶する事によって、又補
助的な印付きのトラックを設けること等々によって、回
転数を計測する高価な手段が必要である。
【０００６】本発明の目的は、信頼性が高く、又経済的
な方法で、回転角度を検知するための角度符号器又は検
知器が、少なくとも符号器の回転の全１回転、従ってス
テアリングコラム等の回転部材の回転の完了を表示する
信号を供給する手段を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、運動す
ることにより、回転角度を計測し、かつ運動の方向を示
すとともに、運動の起点を示すようになっている第１の
回転体と、第１の回転体の運動に少なくとも部分的に連
動する、第２の回転体と、第２の回転体の移動を検出す
ることにより、第１の回転体が行なった回転数又は回転
方向を示すようになっている少なくとも１つの検出器と
を含む回転角度又は回転数の検知器であって、前記第２
の回転体が扇形部材であって、扇形の周縁の両端部にそ
れぞれ歯と、その中央部に２個の歯を具備し、２個の歯
の間に凹部を形成していることを特徴とする回転角度又
は回転数の検知器により、上記課題は解決される。
【０００８】第１の回転体は、位置情報を表示する印を
有する少なくとも１つのトラックを有し、検出器による
このトラックの読み取りにおいて、回転角度及び方向を
計測し、かつ基準の点（即ち、ステアリングコラム等の
回転部材の回転運動の０又は起点）を示す。
【０００９】本発明は又、本発明に係る検知器における
円板を、ステアリングコラムの様な回転可能な部材に機
械的に連結した、車両用パワーステアリング装置を提供
するものである。
【００１０】本発明の他の利点及び特徴は、添付の図面
を参照して、以下に行なう本発明の好適な実施例の説明
から、より明瞭になると思う。
【００１１】
【実施例】図1は、本発明に係る回転角度を検知するた
めの増加符号器つまり検知器を示す。検知器には符号
(１)を付してある。検知器(１)は、回転軸(18)に連結さ
れた円形リング(２)からなる第１の回転体を備えてい
る。検知器(１)によって検知あるいは計測されるのは、
この回転軸(18)の回転運動である。円形リング(２)は、
２つの環状リング(2a)によって、回転軸(18)に連結され
ている。
【００１２】検知器(１)のハウジングのカバー(1d)は、
３本の止めネジ(1a)(1b)(1c)によって、基板(1e)に固定
されている。円形リング(２)の周縁には、光学的角度符
号器の分野において周知のように、特定の数の細孔(３)
又はマークが設けられている。細孔(３)は、同一円周上
に並び、検知器の固定基準点に接続された検出器によっ
て読み取られる。この検出器は、１組の細孔(３)で検出
された情報を、適当な電子計算器によって処理しうる信
号に変換する。
【００１３】この電子計算器は、次の機能の１又はそれ
以上を実行しうるものである。
【００１４】（ｉ）回転軸(18)に連結された円形リング
(２)の基準点に関する角度位置を計測する。
【００１５】（ii）上記角度位置の少なくとも２つの値
の間で、回転軸(18)に連結された円形リング(２)の回転
速度を計測する。
【００１６】（iii）回転軸(18)に連結された円形リン
グ(２)の回転方向を決定する。
【００１７】上記の様な光学式検知器センサーと電子信
号計算器との組合せにより、光学電子式つまり「オプト
ロニック」検知器が形成される。
【００１８】この様な電子計算機は高価であるが、ここ
に記載した、又は図面に示した検知器は、光学式検知器
それ自身の内部で、上述の機能のいくつかを実行するよ
うになっている。いくつかの適用例においては、例え
ば、車両の操舵可能な車輪の操舵方向をモニターする場
合、特に、ステアリングコラムによって生じる回転数又
はその回転の方向といった一定の簡単なデータを求める
必要があり、それによって、車輪の操舵方向の変更を中
止するのが適切であるか否か、又操舵が中立位置にある
か否かを決定することが出来る。この様なデータは、電
子的に処理されることが出来るが、上述した様に、これ
を行うための装置は高価である。
【００１９】従って本発明は、特に角度位置を検知する
ための検知器を、自動車のパワーステアリング用として
大量生産しうるように、前記データを、効果的に、かつ
安価に処理することを目的としている。従って、この意
味において、本明細書の記載は、制限的なものではな
い。また、本発明は、光学式符号器が使用される場合に
限られるものではない。他の計測技術を採用することも
可能であり、特に光学式装置より、むしろ電磁式システ
ムを採用することも出来る。
【００２０】円形リング(２)には、その回転中心から一
定の距離を置いた位置に、ピン(４)が設けられている。
従って、ピン(４)は、円形リング(２)とともに回転す
る。ピン(４)は。円形リング(２)を貫通し、その先端
は、扇形部材(５)に設けた凹部(８)に係合している（図
１では見えない）。図２で判る様に、扇形部材(５)は、
検知器(１)のハウジングの基板(1e)に設けたスピンドル
(６)に枢支されている。
【００２１】図示した好適な実施例においては、扇形部
材(５)である第２の回転体の周縁には、歯付領域(７)が
ある。この歯付領域(７)には、ピン(４)の外周の輪郭と
合致するようにした形状の２つの歯(９)(10)が設けられ
ている。歯(９)(10)と協働するピン(４)によって、円形
リング(２)と扇形部材(５)とは、一体的に回転しうるよ
うに機械的に結合されている。
【００２２】扇形部材(５)は、図２矢印(5a)の方向に移
動する。この移動は、円形リング(２)によりピン(４)が
矢印(4a)の方向に移動した時に、それに応答して行なわ
れる。同様に、ピン(４)が矢印(4b)の方向に移動した場
合には、扇形部材(５)は矢印(5b)の方向に移動する。
【００２３】保持部材(15a)の中で直線的な運動を行う
キャリッジ(15b)が、クランク・連桿型のリンク(20)を
介して、扇形部材(５)に連結されている。
【００２４】扇形部材(５)に、その回転軸(６)から半径
(ｘ)の所に設けられたピボットピン(13)は、キャリッジ
(15b)に設けたスロット(14)に係合している。ピボット
ピン(13)と歯付扇形部材(５)とから構成されているこの
クランク連桿型リンク部材により、キャリッジ(15b)は
直線的運動をさせられる。キャリッジ(15b)のこの直線
的運動により、円形リング(２)の回転方向と回転数が分
かる。
【００２５】扇形部材(５)の歯付領域(７)に形成された
凹部(８)は、検知器の中立位置又は基準位置の指示を与
えるようになっている。この位置は、図２において、線
(6a)により示されている。この中立位置で（図２では、
検知器は実際この位置にある）、ピン(４)は凹部(８)の
中に嵌合している。もちろん凹部(８)は、２つの歯(９)
(10)の間に形成され、従って、検知器が中立位置にある
時には、それらの間にピン(４)が保持される。ついで、
保持部材(15a)のキャリッジ(15b)の位置を提出して、ス
テアリング機構が中立位置にあることを指示する信号を
発生させる。
【００２６】図３から図９には、検知器(１)の種々の異
なった角度位置が示されている。図３から図９において
は、図面の煩雑さを避けるために、図１と図２で示した
各部材に必ずしもすべて符号を付していない。
【００２７】図３は、図２で示した中立位置に対応し、
ステアリングコラムの回転軸(18)と扇形部材(５)のスピ
ンドル中心(６)に結ぶ線(6a)は、凹部(８)と、それに嵌
合しているピン(４)の中心を通っている。
【００２８】図４においては、ピン(４)は中立位置を離
れ、円形リング(２)は矢印(Ａ)の方向に回転し、扇形部
材(５)は矢印(Ｂ)の方向に回転している。ピボットピン
(13)をキャリッジ(15b)に連結するリンク(20)により、
キャリッジ(15b)は、保持部材(15a)に対して直線的に運
動させられる。
【００２９】円形リング(２)が時計方向に回転軸(18)の
周囲を約１回転すると、ピン(４)は、図５で示した位置
へ来る。さらに回転運動が継続すると、歯(10)の端部
が、図８に示す様に、ピン(４)の外周に接触する。つい
でキャリッジ(15b)は更に移動する。保持部材(15a)の運
動と同一の方向であるキャリッジの補助的運動は、円形
リング(２)の１回転完了をが指示する。
【００３０】歯(９)(10)の数をふやし、従って、それら
の間に形成される凹部の数を多くして、保持部材(15a)
のキャリッジ(15b)の移動を検出するパルスを供給し、
回転の数を計数することも可能である。
【００３１】特に、検知器がパワーステアリング装置の
一部である場合、パワーアシストステアリング操縦の
間、どのくらいの距離でステアリングホイールの方向変
更を終了すべきかを決定するために、このデータは特に
必要である。このデータは又、後輪が操舵輪となってい
る場合に必要である。
【００３２】また、キャリッジ(15b)は、円形リング
(２)の回転方向又は少なくとも１回転の完了を、計測信
号、例えば電子的又は光学的信号に変換するための適当
な変換手段と協働する。
【００３３】ホイール(２)の少なくとも１回転の完了を
モニター出来る変換手段を、図に示してある。それは、
キャリッジ(15b)と、図３等で符号(52)によって示して
ある１組のダイオードを備えている。これらは、キャリ
ッジ(15b)の位置を指示する信号を処理するための発光
ダイオードと受信ダイオードからなっている。この信号
は、円形リング(２)の１回転の完了を指示する。
【００３４】この特別な実施例においては、回転方向の
検出は、細孔(３)（図２）を検出する検出器によって実
行される。これらの細孔は、この例では、２つの円周(3
a)(3b)上に設けられている。円周(3a)には数多くの細孔
(３)が、円周(3b)には、たった１つの細孔(53)が設けら
れている。細孔(3a)は、円形リング(２)の周縁近くで、
一定の径を有し、円周(3b)は、その内側にある。これ
は、図２と図３以下に最も良く示されている。内側の円
周(3b)上の単一の細孔(53)は、ステアリング装置の機械
的な「０」位置、すなわち中立位置を示す。
【００３５】円形リング上のピン(４)が扇形部材(５)の
凹部(８)の中にある図３で示す中立位置では、光学式検
出器(51)は、細孔(53)と整列し、電子基準信号を発生す
る。この位置では、キャリッジ(15b)は、保持部材(15a)
に設けた細孔(54)を遮弊する。光学式検出器(51)はキャ
リッジ(15b)に連結されて、細孔(54)を照らすダイオー
ド（図示せず）から何の光も受信しない。従って、信号
は何もない。
【００３６】発生する回転方向と回転数の検出は、直交
して配置した２つの検出器によって行なわれる。この配
置は、図示されていない。
【００３７】円形リング(２)が回転し始めると、ピン
(４)はその中立位置から離れて、図４でを示すように、
キャリッジ(15b)を、保持部材(15a)に対して僅かに直線
的に運動させる。円形リング(２)は、時計回り方向(Ａ)
に回転し続け、ピン(４)は扇形部材(５)の歯(10)を押
す。従って細孔(53)は、低いレベルの論理信号を伝送す
る光学式検出器(51)から遠ざかる方向に運動する。
【００３８】外側の円周(3a)上の細孔(３)を読み取る他
の検出器（図示せず）が発生した信号と比較することに
よって、検出器からの信号は、円形リング(２)の回転角
度及び回転方向を指示する。対照的に、扇形部材(５)が
反時計回り方向(Ｂ)に回転したときには、キャリッジ(1
5b)は、まだ細孔(54)を覆っている保持部材(15a)の中へ
移動する。従って、検出器(51)及び(52)が発する信号
は、「００」である。
【００３９】ピン(４)は、図５で示す位置へ来ると、扇
形部材(５)の歯(９)に接触する。その後、時計回り方向
(Ａ)に回転が継続すると、ピン(４)は歯(９)の端部を押
し、キャリッジ(15b)は更に移動する。同一方向にキャ
リッジ(15b)が更に運動すると、細孔(54)は露出し、光
は、発光及び受信ダイオードからなる検出器(52)と光学
式検出器(51)との間を通過する。これによって、円形リ
ング(２)の１回転完了を指示する新しい電気信号が発生
する。検出器からの論理信号は、従って「０１」であ
る。
【００４０】次に、図８のように、円形リング(２)が、
(A')で示す反時計方向に逆転すると、ピン(４)は、扇形
部材(５)の歯(９)と同じ中線の側にある扇形部材(５)の
端部で、歯(11)に接触する（図２参照）。ピン(４)は歯
(11)を押し、キャリッジ(15b)を移動させて、キャリッ
ジ(15b)は再び細孔(54)を遮弊する。従って、装置は図
４に示す状態へ戻る。
【００４１】円形リング(２)の初期回転が反時計回りで
ある場合には、作用は上記のそれの逆となる。この場
合、図４、図５及び図８と対応する位置は、それぞれ、
図６、図７及び図９のようになる。扇形部材(５)の歯(1
1)から見て反対側端部にも歯(12)があり、（図２）、図
９の状態では、ピン(４)は歯(12)に当接する。
【００４２】本発明は、円形リング(２)の１回転の検出
に限られるものではない。従って、数組の光学式検出器
を設けることも可能である。
【００４３】図３以下の各部分に見られる検出手段は、
光学式のものとしてあるが、他の型式のものとしても
い。回転方向又は回転数を示すコードを表示する、例え
ば８ビットの２進語の形式でアドレスを含むメモリを設
け、電気的な導電通路共に電気的に接続するキャリッジ
の作用により、電気的通路の形式で、スイッチ回路によ
って、電子メモリをアドレスすることも可能である。
【００４４】又、本発明に従えば、円形リング(２)の１
組の細孔(３)を、図示しない公知の光学式検出器によっ
て読み取ることも可能であるこの検出器は、少なくとも
１回転（360゜回転）まで、回転角度を即座に表示する
信号を処理するものである。出力信号は特に、検知器か
らの信号を識別することによって、正確な角度とステア
リング角度の変化率に関するデータを発生するようにし
た電子計算回路によって使用することが出来る。この種
の回路は既に周知である。
【００４５】ある実施例においては、前記回路を、検出
器(51)(52)からの信号の処理回路に組み入れ、極性を回
路（図示せず）に供給する接続器(31)を備える板(30)
（図２)上に、例えば接続器(31)に接続された６本の導
線(32)のうちの２本の上に取付ける。残りの４本の導線
は、検知器それ自体を構成する３個の光学式検出器から
来る信号を受ける。
【００４６】角度検知器は、好ましくは車両用パワース
テアリング装置の一部とするのが望ましい。周知の様
に、21の様なステアリング装置は、ステアリング部材
と、運転者が加える力を検出するための検出器と、車両
の前部又は後部の操舵可能な車輪に、また操舵可能な車
輪の操縦特性に従って制御され、運転者が加えた力を検
知する検出器からの出力信号に応答する機械的エネルギ
ー源にステアリング部材を連結する連結手段とを含んで
いる。
【００４７】ステアリング部材は、無論、ステアリング
コラムの端部に取付けられた運転者によって操作される
ステアリングホイールを含む。運転者によって加えられ
た力の方向の検出は、数多くの計測手段の１つによって
行なわれる。
【００４８】非常に多くの場合において、ステアリング
コラムの回転角度を、即時にかつ簡単に計測することが
できることを、本発明者は見出した。但し、いかなる場
合においても、中立位置及び実行される回転方向と回転
数は全て知りうる。
【００４９】従って、検知器の円形リング(２)がステア
リングコラムに回転するように連結されている場合に、
この検知器は、特に上記の問題を克服するのによく適し
ており、それによって、サーボモーターを制御するため
に運転者によって加えられた力を検出することが出来
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転角度の検知器の分解斜視図で
ある。
【図２】検知器の一部を示す拡大正面である。
【図３】図２に示す検知器の種々の角度位置、即ち異な
る回転角度における正面図である。
【図４】図２に示す検知器の種々の角度位置、即ち異な
る回転角度における正面図である。
【図５】図２に示す検知器の種々の角度位置、即ち異な
る回転角度における正面図である。
【図６】図２に示す検知器の種々の角度位置、即ち異な
る回転角度における正面図である。
【図７】図２に示す検知器の種々の角度位置、即ち異な
る回転角度における正面図である。
【図８】図２に示す検知器の種々の角度位置、即ち異な
る回転角度における正面図である。
【図９】図２に示す検知器の種々の角度位置、即ち異な
る回転角度における正面図である。
【符号の説明】
１ 検知器 1a、1b、1c 止めネジ 1d カバー 1e 基板 ２ 円板 2a 環状リング ３ 細孔 3a、3b 円周 ４ ピン 4a、4b 回転方向 ５ 扇形部材 5a、5b 回転方向 ６ スピンドル 6a 結線 ７ 歯付領域 ８ 凹部 ９、１０、１１、１２ 歯 １３ ピボットピン １４ スロット 15a 保持部材 15b キャリッジ 15c 直線 １８ 回転軸 ２０ リンク ３０ 板 ３１ 接続器 ３２ 導線 ５１、５２ 検出器 ５３ 細孔 ５４ 開孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−61754（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−42411（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−52210（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭62−44835（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭36−3168（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 G01B 11/00 - 11/30 G01B 21/00 - 21/32 G01D 5/00 - 5/62 G01P 3/00 - 3/495 G01P 13/00 - 13/04

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 運動することにより、回転角度を計測
    し、かつ運動の方向を示すとともに、運動の起点を示す
    ようになっている第１の回転体と、 第１の回転体の運動に少なくとも部分的に連動する、第
    ２の回転体と、 第２の回転体の移動を検出することにより、第１の回転
    体が行なった回転数又は回転方向を示すようになってい
    る少なくとも１つの検出器とを含む回転角度又は回転数
    の検知器であって、前記第２の回転体が、扇形部材であ
    って、扇形の周縁の両端部にそれぞれ歯と、その中央部
    に２個の歯を具備し、２個の歯が凹部を形成しているこ
    とを特徴とする回転角度又は回転数の検知器。
  2. 【請求項２】 第１の回転体に固定され、第１の角度位
    置において、第２の回転体の凹部と係合するピンによっ
    て、両回転体を連結し、かつ、その第１の角度位置が、
    検知器の中立又は基準位置である請求項１記載の回転角
    度又は回転数の検知器。
  3. 【請求項３】凹部が、ピンの輪郭と対孔する空所から成
    り、かつこの空所は第２の回転体の周縁の歯付領域で、
    ２つの歯の間に形成されている請求項２記載の回転角度
    又は回転数の検知器。
  4. 【請求項４】 第１の回転体の少なくとも始めの１回転
    の完了を示すために、第２の回転体の第１の凹部の少な
    くとも１つの側面となっている少なくとも１つの第２の
    凹部を有し、この第２の凹部は、中立位置となっている
    凹部の境界を定める歯の中の１つと、第２の回転体の歯
    付領域の他の歯との間に形成されている請求項３記載の
    回転角度又は回転数の検知器。
  5. 【請求項５】 第１の回転体の回転方向、又は少なくと
    も１回転の完了を、例えば電気的、光学的又は他の計測
    信号に変換するための変換手段上で直線的に移動するよ
    うに配置されたキャリッジに、第２の回転体が連結して
    なる請求項１記載の回転角度又は回転数の検知器。
  6. 【請求項６】 キャリッジが、クランク・連桿型のリン
    ク部材を介して、第２の回転体に連結されている請求項
    ５記載の回転角度又は回転数の検知器。
  7. 【請求項７】 第１の回転体に、位置情報を表示し、回
    転角度の絶対値を表示する信号を与えるようになってい
    る適当な検出器によって読み取られる標識を有する少な
    くとも１つのトラックを設け、検知器は、検知器からの
    信号を処理するための電子回路を内部に有するハウジン
    グを備え、かつその回路は、外部の接続手段に接続する
    ための接続器に接続された出力手段を有する請求項１か
    ら６のいずれかに記載の回転角度又は回転数の検知器。
  8. 【請求項８】 第１の回転体に、位置情報を表示する印
    を有し、かつ回転角度の絶対値を表示する信号を供給す
    る適当な検出器によって読み取られた少なくとも１つの
    トラックを設け、かつ出力信号を、処理又は接続器に伝
    送するようになっている請求項７記載の回転角度又は回
    転数の検知器。
  9. 【請求項９】 少なくとも１つのトラックが、装置の中
    立位置を示すデータを表示する標識を有し、第１の検出
    器によって供給され、他のトラックの標識のための第２
    の検出器によって供給された読み取り信号により、読み
    取り信号の位相の進み又は遅れを示すようにしてなる請
    求項８記載の回転角度又は回転数の検知器。
  10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれかに記載の検
    知器を含み、第１の回転体が、例えばステアリングコラ
    ムの様なステアリング部材に機械的に連結されているこ
    とを特徴とするパワーステアリング装置。
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