JP5670857B2 - 回転角速度センサ - Google Patents
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Description
図1は、実施例1の回転角速度センサが適用されるパワーステアリング装置のシステム構成図である。実施例1のパワーステアリング装置が適用される自動車のステアリング装置は、操作機構とギヤ機構とリンク機構を有している。操作機構は、ステアリングホイールSWとステアリングシャフト(コラムシャフト)SSを有している。ステアリングシャフトSSは第1シャフトS1と第2シャフトS2(中間シャフト)からなる。ギヤ機構はラック&ピニオン型であり、ラックRとピニオンPを有している。ピニオンPは、第2シャフトS2に連結されたピニオンシャフトPSの先端に設けられており、ラックRと噛み合っている。リンク機構は、ラックRが設けられたラックシャフトRSの両端に連結されたタイロッドTRと、タイロッドTRに連結された転舵輪FL,FRとを有している。
ここで、歪センサ11の詳細について説明する。図5は、歪センサ11の組立体110の構成を表す概略図である。この組立体110は、同一のシリコン基板111上に、抵抗112aとダミー抵抗112bとを有するホイートストンブリッジ回路112、歪センサアンプ群113、アナログ/デジタルコンバータ114、整流・検波・変復調回路部115、通信制御部116、外部接続用の電極パッド118、及び接着部117を備えている。シリコン基板111はシリコン単結晶により形成されている。以下ではシリコン基板111と、シリコン基板111上に構成した薄膜群を総称してチップと記載する。組立体110は接着部117により梁104,105に接着される。すなわち、シリコン基板裏面を梁104,105との接着面とする。組立体110は、アンテナ12から電極パッド118を介して送られた電力用高周波信号を整流・検波・変復調回路部115で平滑化し、一定電圧の直流電力にしてチップ内の各回路に電源として供給する。ホイートストンブリッジ回路112(抵抗112aとダミー抵抗112b)には、所定の電流が供給される。
次に、実施例1の回転角速度センサ1の作用を説明する。
回転角速度センサ1は、歪センサ11の出力信号に基づき、ボディ100(ピニオンシャフトPS)の回転角速度ωを検出する。歪センサ11の出力信号は、ピニオンシャフトPSの回転に伴いボディ100の梁104,105に遠心力が作用することによって発生する。すなわち、梁104,105は、所定の質量を有して軸Oから径方向に所定距離だけ離間した位置に設けられているため、ボディ100の回転に伴い遠心力が作用する。図3に示すように、梁104,105に遠心力α´が作用すると、梁104,105の径方向長さが変化(実施例1では減少)する。歪センサ11は、(梁104,105に遠心力α´が作用しない状態を基準とする)上記径方向長さの変化量(減少量)を、それぞれ歪量A,Bとして検出し、出力する。具体的には、第1歪センサ11aは、梁104の回転方向一方側の径方向長さの減少量を歪量A1として検出し、出力する。第2歪センサ11bは、梁104の回転方向他方側の径方向長さの減少量を歪量B1として検出し、出力する。第3歪センサ11cは、梁105の回転方向一方側の径方向長さの減少量を歪量A2として検出し、出力する。第4歪センサ11dは、梁105の回転方向他方側の径方向長さの減少量を歪量B2として検出し、出力する。このように、回転角速度センサ1は、回転体としてのボディ100(ピニオンシャフトPS)の回転角速度ωに応じて変化する(歪量検出ピースとしての梁104,105に作用する)遠心力α´を歪量A,Bとして検出する。これにより、角度の微分演算によらない、物理量そのものとしての回転角速度ωの情報を得ることができる。よって、回転角速度ωの検出精度を向上することができる。
この異方性を利用して、ボディ100の径方向反対側に設けられた両梁104,105の(回転方向で同じ側に設けられた)歪センサ11の出力信号に基づき回転角速度ωを検出することで、上記外乱γ´による歪み成分σの影響を低減し、遠心力α´(回転角速度ω)による歪み成分をより精度よく取り出すことができる。
以下、実施例1の回転角速度センサ1が奏する効果を列挙する。
(1)回転体(ボディ100)の回転中心(軸O)から径方向に所定距離離間した位置に設けられ、回転体の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、遠心力の作用によって径方向長さが減少するように形成された歪量検出ピース(梁104)と、回転体の回転方向を回転方向としたとき、歪量検出ピースの回転方向一方側に設けられ、歪量検出ピースの前記一方側の歪量A1を検出する第1歪センサ11aと、歪量検出ピースの回転方向他方側に設けられ、歪量検出ピースの前記他方側の歪量B1を検出する第2歪センサ11bと、を備え、歪量検出ピースに遠心力が作用することによって減少する歪量検出ピースの径方向長さ変化量である第1歪センサ11aおよび第2歪センサ11bの出力信号に基づき回転体の回転角速度ωを検出する。
よって、角度の微分演算によらない回転角速度情報を得ることができるため、検出精度を向上することができる。
よって、遠心力によって変化する歪量検出ピースの径方向長さの変化量を大きくとることができるため、検出精度を向上することができる。
よって、回転体に回転方向以外の力が作用しても、この力をキャンセルした出力信号を得ることができるため、検出精度を向上することができる。
よって、ピエゾ抵抗効果を用いた歪センサを用いることにより、検出精度を向上することができる。
よって、構成を簡便化することができる。
よって、信頼性を向上しつつ検出精度を向上することができる。
よって、信頼性を向上しつつ検出精度を向上することができる。
参考例では、回転角加速度センサについて説明する。なお、以下では、回転角加速度dωは、加速度と減速度の両方を含むものとする。
参考例の回転角加速度センサが適用されるパワーステアリング装置EPSは、回転角速度センサ1の代わりに、操舵角加速度としてピニオンシャフトPSの回転角加速度dωを検出する操舵角加速度検出手段としての回転角加速度センサ1を有する。運転者によりステアリングホイールSWが操舵されると、ステアリングシャフトSSを介してピニオンシャフトPSに伝達される回転角加速度(操舵角加速度)dωが、回転角加速度センサ1により検出され、ECUに出力される。ECUは、入力される回転角加速度dωに基づいて操舵アシスト量を補正し、操舵操作性や操舵フィーリングを向上するための制御を行う。例えば、回転角加速度dωの検出値に基づき作成した補償値により操舵アシスト量を補正する慣性補償、粘性補償等を行うことで、操舵フィーリングの向上を図る。この補償制御の内容は周知の技術であるため、説明を省略する。その他のEPSの構成は実施例1と同様である。回転角加速度センサ1の構成は、実施例1の回転角速度センサ1と同様である。すなわち、回転角加速度センサ1は、センサ本体(歪センサ11)と送信側アンテナ12とがボディ100に一体に組付けられたセンサユニット10として構成され、受信側アンテナユニット20との間で信号及び電力の授受を行う。歪量検出ピース及びカウンタピース(梁104及び梁105)と第1〜第1歪センサ11a〜11dの構成は、回転角速度センサ1と同様である。梁104及び梁105は、ボディ100の回転に伴い、ボディ100の回転方向への撓みが発生するように所定の質量および形状を有している。
歪センサ11の出力信号は、ピニオンシャフトPSの回転に伴いボディ100の梁104,105に回転方向への撓み(図3の矢印β)が発生することによって生じる。すなわち、梁104,105に回転力が作用するとき、図3で矢印β´により示すように、梁104,105の回転方向一方側には伸び方向の撓みが発生し、回転方向他方側には縮み方向の撓みが発生する。歪センサ11は、(梁104,105に撓みが発生しない状態を基準とする)上記伸び方向の撓み量及び縮み方向の撓み量を、それぞれ歪量として検出し、出力する。撓みの伸び方向と縮み方向とでは、撓みに対応する歪量の符号が反対となる。具体的には、第1歪センサ1は、梁104の回転方向一方側の(例えば伸び方向の)撓み量を(例えば正の)歪量A1として検出し、出力する一方、第2歪センサ11bは、梁104の回転方向他方側の(縮み方向の)撓み量を(例えば負の)歪量B1として検出し、出力する。同様に、第3歪センサ11cは、梁105の回転方向一方側の撓み量を(例えば正の)歪量A2として検出し、出力する一方、第4歪センサ11dは、梁105の回転方向他方側の撓み量を(例えば負の)歪量B2として検出し、出力する。このように、回転体としてのボディ100の回転角加速度dωに応じて変化する(歪量検出ピースとしての梁104,105の)撓みを歪量として検出する。これにより、角度の2階微分によらない、物理量そのものとしての回転角加速度dωの情報を得ることができる。よって、回転角加速度dωの検出精度を向上することができる。
以下、参考例の回転角加速度センサ1が奏する効果を列挙する。
(8)回転体(ボディ100)の回転中心(軸O)から径方向に所定距離離間した位置に設けられ、回転体の回転に伴い回転体の回転方向への撓みが発生するように所定の質量および形状を有する歪量検出ピース(梁104)と、回転体の回転方向を回転方向としたとき、歪量検出ピースの回転方向一方側に設けられ、歪量検出ピースの前記一方側の歪量Aを検出する第1歪センサ11aと、歪量検出ピースの回転方向他方側に設けられ、歪量検出ピースの前記他方側の歪量Bを検出する第2歪センサ11bと、を備え、第1歪センサ11aと第2歪センサ11bの夫々が、歪量検出ピースの撓みによって伸び方向の撓みと縮み方向の撓みを検出するとき、第1歪センサ11aの出力信号A1と第2歪センサ11bの出力信号B1の差に基づき回転体の回転角加速度dωを検出する。
よって、角度の微分演算によらない回転角加速度情報を得ることができるため、検出精度を向上することができる。
よって、回転力によって生じる歪量検出ピースの撓み量を大きくとることができるため、検出精度を向上することができる。
よって、回転体に回転方向以外の力が作用しても、この力をキャンセルした出力信号を得ることができるため、検出精度を向上することができる。
よって、ピエゾ抵抗効果を用いた歪センサを用いることにより、検出精度を向上することができる。
よって、構成を簡便化することができる。
よって、信頼性を向上しつつ検出精度を向上することができる。
よって、信頼性を向上しつつ検出精度を向上することができる。
以上、本発明を実現するための形態を、実施例1に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例1と参考例では、回転角速度センサ1と回転角加速度センサ1をそれぞれ独立してパワーステアリング装置EPSに適用することとしたが、回転角速度センサ1及び回転角加速度センサ1の両方を同時にEPSに適用することとしてもよい。この場合、回転角速度センサ1及び回転角加速度センサ1は、それぞれの構成部品を共通とする一体のセンサとして設けられるため、部品点数を低減することができる。
実施例1と参考例では、回転角速度センサ1と回転角加速度センサ1は、EPSの回転軸(ステアリングシャフトSS)に適用されることとしたが、他の任意の装置の回転軸に適用することができる。また、回転軸に限らず、任意の回転体に適用可能である。
実施例1と参考例では、梁104,105をボディ100の内周側に突出するように設けたが、ボディ100の外周側に突出するように設け、遠心力の作用によって外径方向に若干延び、その径方向寸法が増大するように形成することとしてもよい。この場合、遠心力や径方向外乱に対する歪量の符号が変わるだけで、考え方は実施例1および参考例と同様である。また、梁104,105の一方をボディ100の内周側に突出するように設け、他方を外周側に突出するように設けることとしてもよい。
受信側アンテナユニット20は、センサユニット10と軸方向に対向する位置に限らず、例えばセンサユニット10の外周を取り囲むように設置してもよい。センサユニット10のアンテナは、実施例1では電力(出力)を稼ぐために外部に大きなアンテナを形成したが、チップ内に内蔵することとしてもよい。この場合、外部接続用の電極パッドが不要となり、電極がチップ表面に露出することがなく、劣悪な環境下で用いる場合にも、電極パッドの腐食等が起こらず、信頼性を向上できる。実施例1ではセンサユニット10の外部から歪センサ11に電力を供給することとしたが、チップ内に電源(蓄電池)を備えることとしてもよい。エネルギ供給及びECUとの通信方法としては、アンテナに誘導電磁界を形成する電磁誘導を用いるもののほか、マイクロ波を受信、復調して用いたものや、光を用いてエネルギ供給及び交信を行なうものでもよい。また、無線形式に限らず、スリップリングや固定ハーネス等を用いた有線形式によるものであってもよい。
シリコンの結晶方位と抵抗712a, 712bの配置は、実施例のものに限らず、任意に調整可能である。例えば以下の組み合わせのいずれかであってもよい。
1)抵抗712aをN型不純物拡散層で<100>方向を長手とし、ダミー抵抗712bをP型不純物拡散層で<100>方向を長手とし、2つの抵抗712a及び2つのダミー抵抗712bが平行配置されているもの
2)抵抗712aをN型不純物拡散層で<100>方向を長手とし、ダミー抵抗712bをN型不純物拡散層で形成し、ダミー抵抗712bはV字形状でV字を形成する直線部分の長手方向が<110>方向とされているもの
3)抵抗712aをP型不純物拡散層で、ダミー抵抗712bをN型不純物拡散層で形成し、抵抗712a及びダミー抵抗712bをともに<110>方向を長手とするように形成し、かつ、2つの抵抗712a及び2つのダミー抵抗712bが平行配置されているもの
104 梁(歪量検出ピース)
105 梁(カウンタピース)
11a 第1歪センサ
11b 第2歪センサ
11c 第3歪センサ
11d 第4歪センサ
Claims (7)
- 回転体の回転中心から径方向に所定距離離間した位置に設けられ、前記回転体の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、前記遠心力の作用によって径方向長さが増大または減少するように形成された歪量検出ピースと、
前記回転体の回転方向を回転方向としたとき、前記歪量検出ピースの前記回転方向一方側に設けられ、前記歪量検出ピースの前記一方側の歪量を検出する第1歪センサと、
前記歪量検出ピースの前記回転方向他方側に設けられ、前記歪量検出ピースの前記他方側の歪量を検出する第2歪センサと、を備え、
前記歪量検出ピースに前記遠心力が作用することによって増大または減少する前記歪量検出ピースの径方向長さ変化量である前記第1歪センサおよび前記第2歪センサの出力信号に基づき前記回転体の回転角速度を検出する
ことを特徴とする回転角速度センサ。 - 請求項1に記載の回転角速度センサにおいて、
前記歪量検出ピースは、この歪量検出ピースの長手方向が前記回転体の径方向とほぼ一致するように設けられることを特徴とする回転角速度センサ。 - 請求項1に記載の回転角速度センサにおいて、
前記回転体の回転中心を基準として前記歪検出ピースの反対側に設けられ、前記回転体の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、前記遠心力の作用によって径方向長さが増大または減少するように形成されたカウンタピースと、
前記カウンタピースの前記回転方向一方側に設けられ、前記カウンタピースの前記一方側の歪量を検出する第3歪センサと、
前記カウンタピースの前記回転方向他方側に設けられ、前記カウンタピースの前記他方側の歪量を検出する第4歪センサと、を備え、
前記カウンタピースに前記遠心力が作用することによって増大または減少する前記カウンタピースの径方向長さ変化量である前記第3歪センサの出力信号と前記第1歪センサの出力信号の和を回転方向一方側の歪量とし、
前記カウンタピースに前記遠心力が作用することによって増大または減少する前記カウンタピースの径方向長さ変化量である前記第4歪センサの出力信号と前記第2歪センサの出力信号の和を回転方向他方側の歪量とし、
前記回転方向一方側の歪量と前記回転方向他方側の歪量に基づき、前記回転体の回転角速度を検出することを特徴とする回転角速度センサ。 - 請求項1に記載の回転角速度センサにおいて、
前記第1歪センサおよび前記第2歪センサは、前記歪量検出ピースに作用する力によってピエゾ抵抗効果に基づき変化する内部抵抗値の変化に基づき前記歪量検出ピースの前記一方側の歪量および前記他方側の歪量を検出することを特徴とする回転角速度センサ。 - 請求項4に記載の回転角速度センサにおいて、
前記第1歪センサおよび前記第2歪センサは、所定の電流が供給され、この電流に対する前記内部抵抗値の変化に伴う電圧降下量を検出することにより前記歪量を検出することを特徴とする回転角速度センサ。 - 請求項5に記載の回転角速度センサにおいて、
前記第1歪センサおよび前記第2歪センサは、内部に不純物が拡散された拡散抵抗を含むシリコン結晶によって構成されることを特徴とする回転角速度センサ。 - 請求項6に記載の回転角速度センサにおいて、
前記シリコン結晶は単結晶であることを特徴とする回転角速度センサ。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN105974157B (zh) * | 2016-06-14 | 2019-01-18 | 西安交通大学 | 含双传感单元可消除偏心误差的螺杆泵井角速度测量装置 |
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