JP3626326B2 - 基準位置設定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ウォームネジを介してまたはウォームネジを介さずして直接噛合する大径ギアおよび小径ギアの相互基準位置を設定する基準位置設定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載の車高調整装置によって車高、すなわち、車体位置を変更する場合には、少なくとも、現在の車体位置あるいは基準となる車体位置に基づいて車高調整装置に所定の動作をさせることになる。
【０００３】
そして、現在の車体位置や基準となる車体位置を検知する車高センサが車体に配在されていて、車高調整装置を構成するコントローラに信号を入力するように構成されている。
【０００４】
ちなみに、コントローラは、車高センサからの信号を処理して、車高調整装置を構成する車高調整器を伸縮させる油圧給排源や制御弁などに車高調整信号を出力する。
【０００５】
ところで、車体位置を検知する車高センサとしては、従来から、種々の提案があり、これらのいずれの車高センサによっても車両における現在の車体位置や基準となる車体位置を検知し得る。
【０００６】
また、これらの提案車高センサは、おおむね基準となる車体位置、すなわち、例えば、中車高位置だけでなく、調整後の高車高位置および低車高位置をも検知し得るように構成されている。
【０００７】
そのため、その構成如何によっては、センサ自体が大型化され易くなり、そして、大型化される場合には、車高センサの車体への配在性を低下させる不具合がある。
【０００８】
また、コントローラは、車高センサからの、例えば、低，中，高用の三種類の車高調整信号と予め設定した基準値等との比較処理をして所定の信号を出力し、この出力にもとづいて、車高調整器を伸縮制御するように構成されているから、コントローラ自体が複雑化し、車高調整装置における制御構造も複雑化することになる。
【０００９】
その結果、車高調整装置全体の構成が大掛りになり、車高調整装置の車両への搭載性が低下し、車高調整装置がコスト高の傾向になって、高級車はともかく、大衆車への搭載を不向きにする。
【００１０】
一方、これに対して、少なくとも一方が駆動されて、互いに噛合する大径ギアおよび小径ギアと、これらの大径ギアと小径ギアの各回転位置をスイッチのオン／オフ作動により検知する検知手段とを有し、検知手段が同時にオン作動するときの大径ギアと小径ギアの２つの回転位置を、車高調整のための基準位置に設定する基準位置設定装置が提案されている（特願平９−１１７４９６号）。
【００１１】
これは、図８に示すように、ウォームネジ１に大径ギア２および小径ギア３を噛合させ、大径ギア２と小径ギア３上の基板４とに各一のマグネット５，６を配置し、これらのマグネット５，６の回転軌跡に対向する位置に各一のホール素子７，８を配置したものからなる。なお、ホール素子７，８は、固定基板９に取り付けられている。
【００１２】
そして、これらのマグネット５，６およびホール素子７，８が一直線上に位置決めされたとき、大径ギア２および小径ギア３相互の基準位置が設定される。
【００１３】
また、小径ギア３の歯数は、大径ギア２の歯数の約数にならず、かつ、大径ギア２の基準位置からの一方向への回転数で割り切れない歯数になるように設定されている。
【００１４】
従って、例えば、大径ギア２および小径ギア３の歯数をそれぞれ１５６および３０とすると、大径ギア２を上記基準位置から時計方向に回転させると、小径ギア３は基準位置から反時計方向に５．２回転し、マグネット６が基準位置から所定角度θずれた位置に位置決めされる。
【００１５】
そして、大径ギア２が５回転するまでの間では、各マグネット５，６およびホール素子７，８は一直線状にならず、小径ギア３は大径ギア２に対して基準位置から回転方向にずれ、５回転した位置で基準位置に戻ることとなる。
【００１６】
ホール素子７は、大径ギア２の１回転で１パルス出力し、ホール素子８は小径ギア３の１回転で１パルス出力するため、各ホール素子７，８のパルス数をカウントすることで、調整された回転位置を検出できる。
【００１７】
すなわち、かかる従来の基準位置設定装置は、大径ギア２および小径ギア３のそれぞれに設けられたホール素子７，８がそれぞれマグネット５，６の直上に臨むときのみオン（パルス電圧を出力）となって、上記直線関係にあるとき大径ギア２および小径ギア３が基準位置にあると判定することができる。
【００１８】
また、かかる従来の基準位置設定装置にあっては、各ホール素子７，８による各マグネット５，６の検出感度を等しくするために、大径ギア２側のホール素子７およびマグネット５間の距離を、小径ギア３側のホール素子８およびマグネット６間の距離よりも大きく設定してある。
【００１９】
大径ギア２の回転速度は、小径ギア３の回転速度に対して十分に遅く、したがって、ホール素子７によるマグネット５の磁界の検出幅、つまり、ホール素子の出力パルス幅が、大きくなるのを回避するため、ホール素子７とマグネット５の距離を大きくとり、これにより、ホール素子７による磁界の検出幅を狭め、各ホール素子７，８の上記のような検出感度の均等化と検出精度の向上を図ることができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の基準位置設定装置にあっては、上記のように、各ホール素子７，８による磁界の各検出幅を同じにしようとすると、大径ギア２および小径ギア３を図８に示すように段違いに配置する必要があり、高さ方向の寸法拡大を招くという課題があった。
【００２１】
また、基準位置の設定精度を上げるために、各ホール素子７，８による磁界の検出幅を抑えるべく、これらと各マグネット５，６との距離を大きくした場合、周囲温度によるマグネット５，６の磁界の変化により、磁界検出動作の不確実化を招く場合が考えられる。
【００２２】
さらに、大径ギア２に対して小径ギア３の回転量が大きいため、大径ギア２側の磁界の検出幅の方が大きくなることにより、各ホール素子７，８の出力パルスが時間軸上で重なり、誤って基準位置を検出する場合が考えられる。
【００２３】
この発明は、上記のような課題を解決するものであり、ホール素子などの各回転位置センサによる磁界の検出幅を同じにでき、しかも周囲温度によるマグネットの磁界の変化にも拘らず、大径ギアおよび小径ギア相互の基準位置の設定およびこの基準位置を中心とする小径ギアの回転および回転方向の検出を高精度かつ高感度に、しかも簡単な組立作業および構成にしてローコストに実現できる基準位置設定装置を得ることを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明にかかる基準位置設定装置は、互いに直接またはウォームネジを介して噛合されて設定比で回転する大径ギアおよび小径ギアと、大径ギアの回転位置を検出する第一の回転位置センサと、互いに離れて隣り合い小径ギアの回転位置を広い領域に亘って同時に検出しうる第二の回転位置センサおよび第三の回転位置センサとを設けて、これらの第二の回転位置センサおよび第三の回転位置センサの出力が両方共にオンしている位置が第一の回転位置センサの出力パルスの中央にあるタイミングを小径ギアおよび大径ギアの基準位置とするようにしたものである。
【００２５】
また請求項２の発明にかかる基準位置設定装置は、第一の回転位置センサ，第二の回転位置センサおよび第三の回転位置センサを大径ギアおよび小径ギアにそれぞれ設けられた各一のマグネットに対向配置されたホール素子から構成したものである。
【００２６】
また、請求項３の発明にかかる基準位置設定装置は、小径ギアを大径ギアの歯数の約数にせず、かつ、大径ギアの基準位置からの一方向への回転数で割り切れない歯数に設定したものである。
【００２７】
また、請求項４の発明にかかる基準位置設定装置は、小径ギアに設けられた一つのマグネットの対向領域に二つのホール素子が互いに離れて隣り合うように並置したものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を図について説明するが、図１，図２および図３に示すように、この基準位置設定装置は、ウォームネジ１に大径ギア２および小径ギア３を噛合させるとともに、大径ギア２と小径ギア３の各々にマグネット５，６を配置し、これらのマグネット５，６の回転軌跡に対向する位置に第一の回転位置センサとしてのホール素子７，第二の回転位置センサとしてのホール素子８および第三の回転位置センサとしてのホール素子１０をそれぞれ配置したものからなる。
【００２９】
なお、これらの各ホール素子７，８，１０は、固定基板９に取り付けられ、各マグネット５，６に対して、距離が近くて等しい位置に配置されている。これにより、各ホール素子７，８，１０が磁界の変化時にも、その磁界を確実に検出可能にしている。
【００３０】
また、マグネット５，６のうちマグネット６は、小径ギア３上にあって、これの円周方向に亘って長く形成されて円弧状をなす。そして、固定基板９におけるマグネット６の対向領域に、互いに離れて隣り合う第二のホール素子８および第三のホール素子１０が、図３に示すように配置されている。
【００３１】
また、上記同様に小径ギア３の歯数は、大径ギア２の歯数の約数にならず、かつ、大径ギア２の基準位置から一方向への回転数で割り切れない歯数に設定されている。
【００３２】
従って、例えば、大径ギア２および小径ギア３の歯数をそれぞれ１５６および３０とすると、大径ギア２を上記基準位置から時計方向に回転させると、小径ギア３は基準位置から反時計方向に５．２回転し、マグネット６が基準位置から所定角度θずれた位置に位置決めされる。
【００３３】
つまり、大径ギア２が５回転するまでの間では、全てのホール素子７，８，１０が同時にオンすることがなく、小径ギア３は大径ギア２に対して基準位置から回転方向にずれ、５回転した位置で全てのホール素子７，８，１０が同時にオンとなり、上記基準位置に戻ることとなる。
【００３４】
ここで、ホール素子７は、大径ギア２の１回転で１パルスを出力し、ホール素子８，１０は小径ギア３の１回転で１パルスを出力するため、各ホール素子７，８，１０のパルスタイミングを検出することで、回転位置を検出できる。
【００３５】
かかる基準位置設定装置に設けられた各ホール素子７，８，１０は、それぞれマグネット５，６の直上に臨むときのみオン（パルス電圧を出力）となる。
【００３６】
また、この発明では、大径ギア２および小径ギア３の各上面は、同一レベルとされており、これらに配置されたマグネット５，６と固定基板９上の回転位置センサを構成するホール素子７，８，１０とはそれぞれ等距離に保たれている。したがって、従来のように磁界の検出幅均等化のための、基板４などによる高さ調整は行われない。
【００３７】
次に、動作について説明すると、いま、ウォームネジ１をモータにより駆動して大径ギア２および小径ギア３が回転すると、第一のホール素子７，第二のホール素子８および第三ホール素子１０は、図４に示すようなパルスをそれぞれ出力する。
【００３８】
また、第一のホール素子７のオン時間と、第二のホール素子８のオン周期および第三のホール素子１０が共にオンする区間があらわれる周期とは、回転速度によって変化するが、その時間と周期の比は、その回転速度が変化しても一定である。
【００３９】
この発明は、マイクロプロセッサを用いて、上記のようにして得た時間と周期の比にもとづき、第一のホール素子７の出力パルスの中央位置に第二，第三のホール素子８，１０の出力パルスが得られるタイミングを大径ギア２および小径ギア３の基準位置と判定するようにしている。
【００４０】
図５は、上記のようなマイクロプロセッサが各ホール素子７，８，１０の出力パルスを入力として基準位置の演算および判定するための、イニシャル処理手順を示すフローチャートである。
【００４１】
まず、バッテリ電源のオンに続いて車高調整等を行うためのモータ（図示しない）を駆動して（ステップＳ１）、ウォームネジ１を駆動し、これに噛合する大径ギア２および小径ギア３を回転させる。これにより、これらの大径ギア２および小径ギア３に設けられたマグネット５，６が回転して、各ホール素子７，８，１０に図４に示すような出力パルスを出力させる。
【００４２】
このため、マイクロプロセッサは、これの内部に設けたタイマにこれらの各出力パルスにもとづいて、大径ギア２側のホール素子７がオンしている時間Ｔ１を計測させ（ステップＳ２）、これと同時または前後して小径ギア３側のホール素子８，１０から出力パルスが得られる（オンとなる）周期Ｔ２を計測させる（ステップＳ３）。
【００４３】
続いて、マイクロプロセッサは、これらの計測値Ｔ１，Ｔ２からこれらの比Ｋを、式Ｋ＝Ｔ１／Ｔ２により演算し（ステップＳ４）、この演算結果を、メモリ（図示しない）に記憶させておき、この後、モータの駆動を停止する（ステップＳ５）。なお、この比Ｋは、バッテリ電源のオン後のイグニッションオン時に車高を変化させる場合に使用される。
【００４４】
ここでは、周期Ｔ２をホール素子８の出力パルスの周期としているが、ホール素子１０の出力パルスの周期Ｔ２ａを計測してもよい。各ホール素子８，１０が同時にオンとなる周期については、出力パルスの立上りはＴ２ａごととなり、いずれも小径ギア３の回転周期であるため、上記のような比を求めるに当って、Ｔ２およびＴ２ａのいずれかを用いることができる。
【００４５】
次に、上記のようなイニシャル処理に続いて、通常の車高調整を行う場合を図６のフローチャートおよび図７のタイムチャートを参照して説明すると、まず、モータによりウォームネジ１を駆動させ、大径ギア２とともに小径ギア３を駆動させることで、車高の変化が始まることになる。
【００４６】
このように、車高の変化が始まると、マイクロプロセッサには小径ギア側のホール素子８の出力パルスが次々に入力され、その出力パルスの繰り返し周期（オン周期）Ｔ３が計測される（ステップＳ１１）。また、大径ギア２も小径ギア３に対してゆっくりした速度で回転し、ホール素子７が対応するパルス幅の大きいパルスを出力する。
【００４７】
マイクロプロセッサは、上記の繰り返し周期Ｔ３とイニシャル処理において得られた比Ｋとにもとづいて、大径ギア２側のホール素子７が出力するパルスのオン時間の中央までの時間ＴＳを、式ＴＳ＝（Ｔ３×Ｋ）／２により演算する（ステップＳ１２）。
【００４８】
ここで、周期Ｔ３の値は、車高調整開始時は大きく、各ギア２，３の回転速度が安定するにつれて小さくなるため、大径ギア２側のホール素子７がオンするまで時間ＴＳを算出し続ける。そして、ホール素子７がオンしたとき（ステップＳ１３）、その前に算出した時間ＴＳを待って（ステップＳ１４）、小径ギア３側の各ホール素子８，１０の出力パルスの状態（オンまたはオフ）を読み取る（ステップＳ１５）。
【００４９】
そして、このような時間ＴＳにおいて、各ホール素子８，１０がともにオンとなるパルスを出力していた場合には（ステップＳ１６）、このタイミングを大径ギア２および小径ギア３の基準位置とする（ステップＳ１７）。また、各ホール素子８，１０がともにオンとなるパルスを出力するのではなく、ホール素子８のみがオンとなるパルスを出力していれば（ステップＳ１８）、大径ギア２が基準位置から＋一回転の位置に（ステップＳ１９）、また、ホール素子１０のみがオンとなるパルスを出力していれば（ステップＳ２０）、大径ギア２が基準位置から−一回転の位置にあるとすることができる（ステップＳ２１）。
【００５０】
さらに、ホール素子８，１０が共にオンとなるパルスを出力せずして共にオフならば（ステップＳ２０）、大径ギア２が基準位置から±二回転の位置にあるとすることができる（ステップＳ２２）。このことから、基準位置からの大径ギア２の変位量（大径ギア２が何回転したか）および残りの変位量とともに、回転の方向（時計方向か反時計方向か）を高精度に検出することができる。
【００５１】
なお、モータの回転方向が逆（逆転）になった場合には、小径ギア３側のホール素子８，１０の出力パルスの位相が、正転の場合とは逆になるため、基準位置からの回転量の＋，−符号が逆になるだけであり、上記と同様にして、基準位置からの大径ギア２の変位量および残りの変位量とともに、回転の方向を検出することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、大径ギアの回転位置を検出する第一の回転位置センサと、互いに離れて隣り合い、小径ギアの回転位置を広い領域に亘って同時に検出しうる第二の回転位置センサおよび第三の回転位置センサとを設けて、これらの第二の回転位置センサおよび第三の回転位置センサの出力が両方共にオンしている位置が第一の回転位置センサの出力パルスの中央にあるタイミングを小径ギアおよび大径ギアの基準位置とするように構成したので、ホール素子などの各回転位置センサによる磁界の検出幅を同じにでき、しかも、周囲温度によるマグネットの磁界の変化にも拘らず、大径ギアおよび小径ギア相互の基準位置の設定およびこの基準位置を中心とする大径ギアの回転量および回転方向の検出を高精度かつ高感度にしかも簡単な組立作業および構成にしてローコストに実現できるという効果が得られる。
【００５３】
また、請求項２の発明によれば、第一の回転位置センサ，第二の回転位置センサおよび第三の回転位置センサを大径ギアおよび小径ギアにそれぞれ設けられた各一のマグネットに対向配置されたホール素子から構成したので、各回転位置センサを簡単な構成にてローコストに形成できるという効果が得られる。
【００５４】
そして、請求項３の発明によれば、小径ギアを大径ギアの歯数の約数にせず、かつ、大径ギアの基準位置からの一方向への回転数で割り切れない歯数に設定するように構成したので、設定された基準位置からの大径ギアの回転量や回転方向を確実に検知でき、必要に応じて、回転異常の検知も行えるという効果が得られる。
【００５５】
さらに、請求項４の発明によれば、小径ギアに設けられた一つのマグネットの対向領域に、二つのホール素子が互いに離れて隣り合うに並置するように構成したので、小径ギア側の２つのホール素子のうち一方のみをオンさせたり、両方を同時にオンまたはオフさせたりすることができ、これらのオン，オフにもとづく論理演算等により設定された基準位置からの大径ギアの回転量および回転方向のデータ生成を簡単に実現できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態による基準位置設定装置を示す概略側面図である。
【図２】図１に示す基準位置設定装置の平面図である。
【図３】図２に示す基準位置設定装置の要部を詳細に示す拡大平面図である。
【図４】図３における各ホール素子の出力パルスを示すタイムチャートである。
【図５】この発明による基準位置設定時のイニシャル処理手順を示すフローチャートである。
【図６】この発明による基準位置設定手順を示すフローチャートである。
【図７】大径ギア側のホール素子の出力パルスの中心タイミングで小径ギア側のホール素子の出力パルスが発生した状態を示すタイムチャートである。
【図８】従来の基準位置設定装置を示す概略側面図である。
【符号の説明】
１ ウォームネジ
２ 大径ギア
３ 小径ギア
５，６ マグネット
７ 第一の回転位置センサとしてのホール素子
８ 第二の回転位置センサとしてのホール素子
１０ 第三の回転位置センサとしてのホール素子

Claims (4)

1. 互いに直接またはウォームネジを介して噛合されて設定比で回転する大径ギアおよび小径ギアと、大径ギアの回転位置を検出する第一の回転位置センサと、互いに離れて隣り合い小径ギアの回転位置を広い領域に亘って同時に検出し得る第二の回転位置センサおよび第三の回転位置センサとを有し、これらの第二の回転位置センサおよび第三の回転位置センサの出力が両方共にオンしている位置が第一の回転位置センサの出力パルスの中央にあるタイミングを小径ギアおよび大径ギアの基準位置とすることを特徴とする基準位置設定装置。
2. 第一の回転位置センサ，第二の回転位置センサおよび第三の回転位置センサが大径ギアおよび小径ギアにそれぞれ設けられた各一のマグネットに対向配置されたホール素子であることを特徴とする請求項１に記載の基準位置設定装置。
3. 小径ギアが大径ギアの歯数の約数にならず、かつ、大径ギアの基準位置からの一方向への回転数で割り切れない歯数に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の基準位置設定装置。
4. 小径ギアに設けられた一つのマグネットの対向領域に二つのホール素子が互いに離れて隣り合うように並置されていることを特徴とする請求項２に記載の基準位置設定装置。

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