JP6757266B2 - ストロークセンサ - Google Patents

Description

ストロークセンサに関し、特に、操作機構に適用されるストロークセンサに関する。

従来の技術として、ブレーキペダルの操作に基づいて制動にかかわる制御信号を出力するストロークセンサが知られている。例えば、このストロークセンサは、磁石、２つの検知部、第１の出力部、及び第２の出力部を備える。磁石は、軸に固定されており、ブレーキペダルの踏み込み動作に応じて、軸を中心に回転動作を行う。２つの検知部は、磁石の回転動作をそれぞれ独立して検知する。第１の出力部は、２つの検知部でそれぞれ検知された２つの結果から、回転動作の変化を連続的に表した２つのリニア信号を生成して出力する。また、第２の出力部は、２つの検知部でそれぞれ検知された２つの結果から、各々の結果に対して設けられた閾値を基準に回転動作の変化を二値で表した２つのＯＮ／ＯＦＦ信号を生成して出力するものである（特許文献１参照）。

ストロークセンサは、アクチュエータと、第１の検知判断部、第２の検知判断部と、第１の演算処理部、第２の演算処理部と、リニア信号出力部と、ＯＮ／ＯＦＦ信号出力部と、外部入力判断部とを備える。演算処理部において、第１の演算処理部は、第１の検知部から出力される検知信号及び第２の検知部から出力される検知信号をそれぞれ入力し、これらの検知信号から所定の電圧範囲（例えば０Ｖ〜５Ｖ）を採るリニア信号をそれぞれ生成する。リニア信号出力部は、第１の演算処理部で生成された２つのリニア信号をブレーキ電子制御ユニットに出力する。

特開２０１２−９１７００号公報

特許文献１のストロークセンサは、上記したように、リニア信号出力部からブレーキペダルの操作量に基づいて生成されるリニア信号を出力する。このリニア信号は、例えば、ブレーキＥＣＵに出力され、ブレーキランプの点灯制御等に使用される。しかし、このリニア信号を、例えば、車両のハイブリッドシステムあるいはＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）システムにおける回生ブレーキ制御のフィードバック信号として使用する場合には、回生ブレーキシステムの効率を向上させるために、応答速度の向上が要求される。

従って、本発明の目的は、操作機構の操作時の応答性に優れたストロークセンサを提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するために、操作機構に備えられ、前記操作機構の操作量を第１出力値として出力する第１検出部と、前記操作機構に備えられ、前記第１検出部とほぼ同じ出力特性を有し、前記操作機構の操作量を第２出力値として出力する第２検出部と、前記第１出力値及び前記第２出力値に基づいて和信号を出力する制御部と、を有することを特徴とするストロークセンサを提供する。

［２］前記制御部は、線形化された第１出力値及び第２出力値により演算処理した前記和信号を出力することを特徴とする上記［１］に記載のストロークセンサであってもよい。

［３］また、前記操作機構は、車両のブレーキ機構であり、前記制御部は、前記和信号を前記車両の回生ブレーキ装置に出力することを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のストロークセンサであってもよい。

［４］また、前記制御部は、前記第１出力値と前記第２出力値の差信号に基づいて、故障検知信号を出力することを特徴とする上記［１］から［３］のいずれか１に記載のストロークセンサであってもよい。

本発明によれば、操作機構の操作時の応答性に優れたストロークセンサを提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサを有する車両のブレーキシステムを示す構成概略図である。 図２は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサのマグネットと磁気センサの構成を示す概略斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサの磁気センサの回路構成例を示す回路図である。 図４（ａ）は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサの磁気センサの各ＭＲ素子からの検出信号、図４（ｂ）は、回転角θと出力値Ｖとの関係を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサの制御部における磁気センサ出力値、和信号、差信号とブレーキペダルの踏み込み操作量（回転角θ）との関係を示す出力図である。

本発明の実施の形態に係るストロークセンサ１は、操作機構に備えられ、この操作機構の操作量を出力値として出力し、出力値に基づいて和信号等を出力する制御部とを有して構成される。操作機構としては、操作に伴って操作量が変化する機構であれば種々の機構に適用可能である。本実施の形態では、一例として、操作機構を車両のブレーキ機構として以下に説明する。

本発明の実施の形態に係るストロークセンサ１は、車両のブレーキ機構に備えられ、ブレーキ機構の操作量を第１出力値Ｖ１として出力する第１検出部である磁気センサ５０と、車両のブレーキ機構に備えられ、磁気センサ５０とほぼ同じ出力特性を有し、ブレーキ機構の操作量を第２出力値Ｖ２として出力する第２検出部である磁気センサ５１と、第１出力値Ｖ１及び第２出力値Ｖ２に基づいて和信号（Ｖ１＋Ｖ２）を出力する制御部７０と、を有して構成されている。

（ブレーキシステムの概略構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサを有する車両のブレーキシステムを示す構成概略図である。本発明の実施の形態に係るストロークセンサ１は、車両のブレーキ操作に伴う操作量を検出し、ブレーキランプの点灯制御等を行なうことができる。また、例えば、バイワイヤ方式のブレーキシステムでは、ストロークセンサで検出したブレーキ操作に伴う操作量に対応してブレーキ動作を制御することができる。また、例えば、ハイブリッド車両、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）車両等、回生ブレーキシステムを備えたものに適用できる。本発明の実施の形態に係るストロークセンサ１は、図１に示すような回生ブレーキシステムにおいて、ブレーキ機構６０の動きを検出して回生ブレーキシステムへフィードバック信号を出力するために使用されるものとして、以下に説明する。

図１に示すように、ブレーキ機構６０はブレーキペダルの操作量を検知する磁気センサ５０、５１を備えており、制御部７０と接続されている。ブレーキ機構６０は、検出信号Ｖ１、Ｖ２を制御部７０に出力する。一方、制御部７０は、モータジェネレータ１００と接続され、モータジェネレータ１００は出力軸１１０に接続されている。この出力軸１１０は、動力分割機構１２０及び車軸１３０を介して左右の駆動輪１４０に連結されている。

なお、モータジェネレータ１００には、ハイブリッド車両の場合は、クラッチを介してエンジン装置が接続されているが、本説明では図示説明は省略する。また、モータジェネレータ１００は、走行時にはモータとして機能するが、本説明では省略する。以下、ブレーキ操作時における、回生ブレーキシステムに関して説明を行なう。

図１に示すように、ブレーキ機構６０に備えられた磁気センサ５０、５１から、制御部７０に検出信号Ｖ１、Ｖ２が出力される。制御部７０は、後述するように、検出信号Ｖ１、Ｖ２に基づいて生成された回生ブレーキ制御信号Ｓｂを車輪１１０の回転機構に接続されたモータジェネレータ１００に出力する。この回生ブレーキ制御信号Ｓｂは、回生ブレーキシステムへのフィードバック信号として機能する。これにより、車両の制動時において、バッテリ１５０に充電することができる。

図２は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサのマグネット１０と磁気センサ５０、５１の構成を示す概略斜視図である。本実施の形態では、磁気検出部２０、出力演算部３０は、図２に示すような、例えば、パッケージ化された磁気センサ５０、５１とされている。

マグネット１０の回転軸１２は、ブレーキ機構６０に接続され、ブレーキ機構６０の動きに連動して回転駆動される。ブレーキ機構６０の操作量は、ブレーキペダル６２の回転角θとして検出される。回転角θに対応して出力されるストロークセンサ１の出力は、例えば、後述する制御部７０を介して、ハイブリッドシステムにおける回生ブレーキシステムへのフィードバック信号として使用される。また、ブレーキランプの点灯制御、また、ストロークセンサの故障診断等に使用される。

図１に示したように、本発明の実施の形態に係るストロークセンサ１は、２つの磁気センサ５０、５１を使用する。磁気センサ５０は、車両のブレーキ機構に備えられ、ブレーキ機構の操作量を第１出力値Ｖ１として出力する第１検出部として機能する。また、磁気センサ５１は、車両のブレーキ機構に備えられ、ブレーキ機構の操作量を第２出力値Ｖ２として出力する第２検出部として機能する。２つの磁気センサ５０、５１は、それぞれ独立したセンサであって、ブレーキ機構の操作量をそれぞれＶ１、Ｖ２として出力することができる。

（マグネット１０）
マグネット１０は、図２に示すように、円板状の永久磁石であり、中心に回転軸１２が設けられている。マグネット１０は、この回転軸１２を中心として回転可能とされている。

マグネット１０は、図２に示すように、円板状の径方向に着磁され、Ｎ極及びＳ極が形成されている。このマグネット１０の磁束φは、Ｎ極からＳ極に向かう。図２に示すように、磁束φの一部は、磁気センサ５０の感磁面５５を通るので、マグネット１０の磁束φはこの感磁面５５において回転する。これにより、磁気センサ５０がＭＲ素子の場合は、磁界の変化（磁束の方向変化）に伴って出力が変化して、回転角θの検出が可能になる。

マグネット１０は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石等の永久磁石、又は、フェライト系、ネオジム系、サマコバ系、サマリウム鉄窒素系等の磁性体材料と、ポリアミド系、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の合成樹脂材料と、を混合して所望の形状に成形したプラスチックマグネットである。本実施の形態では、マグネット１０は、プラスチックマグネットを使用する。

（磁気検出部２０）
図３は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサの磁気センサ５０、５１の回路構成例を示す回路図である。なお、本発明の実施の形態では、同一構成の磁気センサ５０と磁気センサ５１を使用する。

磁気検出部２０は、ＭＲ素子により構成される２つのフルブリッジが４５°の回転角度を有して配置されている構成を示している。第１ＭＲブリッジ２１０（ＭＲ素子２１１、２１２，２１３、２１４）のノード２１５ｂ、２１５ｄからは中間電圧がオペアンプ（差動アンプ）ＯＰ１に入力されて、検出信号Ｓ１が差動信号として検出できる構成とされている。

同様に、第２ＭＲブリッジ２２０（ＭＲ素子２２１、２２２，２２３、２２４）のノード２２５ｂ、２２５ｄからは中間電圧がオペアンプ（差動アンプ）ＯＰ２に入力されて、検出信号Ｓ２が差動信号として検出できる構成とされている。なお、ノード２１５ａ、２２５ａには、基準電圧Ｖｃｃが印加され、ノード２１５ｃ、２２５ｃは、接地（ＧＮＤ）されている。また、検出信号Ｓ１及び検出信号Ｓ２は、出力演算部３０へ出力される。

ここで、図４（ａ）は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサの磁気センサの各ＭＲ素子からの検出信号である。検出信号Ｓ１及び検出信号Ｓ２は、４５°の位相差を有した正弦波信号である。その正弦波信号は、マグネット１０のＮ極、Ｓ極の回転により、１周期がπの正弦波である。本実施の形態では、例えば、回転角θが０（ゼロ）からπ／４の範囲を使用することができる。

（出力演算部３０）
出力演算部３０は、マグネット１０の磁界の変化（磁束の方向変化）として、４５°の位相差を有した検出信号Ｓ１、Ｓ２が入力される。出力演算部３０は、線形化処理を行なう信号処理の一例として、この２つの検出信号Ｓ１、Ｓ２を割算してアークタンジェントをとるＡｒｃｔａｎ処理を行なう。これにより、例えば、記憶部にテーブルとして記憶されたＡｒｃｔａｎ表を参照して、磁界の変化（磁束の方向変化）に基づいた出力値Ｖを演算して算出することができる。ここで、図４（ｂ）は、回転角θと出力値Ｖとの関係を示す図であり、この算出された出力値Ｖは、ブレーキペダル６２の回転操作角に対応した線形化（リニア）出力である。

（ブレーキ機構６０）
図１で示したように、ブレーキ機構６０は、車両５に装備されるブレーキペダル装置であって、運転者がブレーキ操作するために踏み込むブレーキペダル６２を有する。このブレーキペダル６２は、車両５側に設けられた回転中心６４に回転可能に支持され、所定位置から踏み込んで回転中心６４に回転させることにより車両５のブレーキ操作を行なう。

また、マグネット１０の回転軸１２は、ブレーキ機構６０に連結されている。例えば、図１に示すように、ブレーキペダル６２の回転中心６４に、マグネット１０の回転軸１２が連結され、ブレーキペダル６２の回転に連動して回転する。なお、マグネット１０の回転軸１２とブレーキ機構６０との連結は、これに限られず、回転軸１２とブレーキペダル６２とが、リンク機構、ギア機構等の伝達機構を介して回転可能に連結される構成であってもよい。

（制御部７０）
制御部７０は、ストロークセンサ１からの出力Ｖ１、Ｖ２に基づいて、回生ブレーキシステムのモータジェネレータ１００を制御する回生ブレーキ制御信号Ｓｂや、車両のストップランプを点灯制御するためのストップランプ信号等を生成し、所定のタイミングで出力するものである。回生ブレーキ制御信号Ｓｂは、ストロークセンサ１からの出力Ｖ１、Ｖ２に基づいて、生成されるものである。

制御部７０は、例えば、記憶されたプログラムに従って、所定の演算、処理実行等を行うＣＰＵ(Central Processing Unit)、半導体メモリであるＲＡＭ(Random Access Memory)及びＲＯＭ(Read Only Memory)等から構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部７０が動作するためのプログラムと、各種のパラメータ等が格納されている。また制御部７０は、車両の種々の車載機器と車両ＬＡＮを経由して通信するためのインターフェース部を備えている。

（制御部７０の動作）
図５は、本発明の実施の形態に係るストロークセンサの制御部における磁気センサ出力値、和信号、差信号とブレーキペダルの踏み込み操作量（回転角θ）との関係を示す出力図である。制御部７０は、ストロークセンサ１からの線形化された出力Ｖ１、Ｖ２に基づいて、和信号（Ｖ１＋Ｖ２）、及び、差信号（Ｖ１−Ｖ２）を内部演算により生成する。

なお、和信号（Ｖ１＋Ｖ２）、及び、差信号（Ｖ１−Ｖ２）は、磁気センサ５０、５１から出力される出力Ｖ１、Ｖ２を、例えば、オペアンプ等によるハード構成により生成することもできる。また、和信号（Ｖ１＋Ｖ２）、及び、差信号（Ｖ１−Ｖ２）を生成する構成を磁気センサ５０、５１側に内蔵した１パッケージ構造とすることもできる。本実施の構成では、制御部７０内部において、和信号（Ｖ１＋Ｖ２）、及び、差信号（Ｖ１−Ｖ２）を生成するものとして説明する。

図５に示すように、磁気センサ５０から出力される出力Ｖ１、磁気センサ５１から出力されるＶ２は、ほぼ同じ出力特性を有したものとする。ここで、ほぼ同じ出力特性とは、公称特性が同じという意味である。したがって、測定値としての両者の出力特性においては、傾き、線形性、オフセット等において誤差を有する。

このような出力Ｖ１と出力Ｖ２の和信号（Ｖ１＋Ｖ２）は、ブレーキペダルの踏み込み操作量（回転角θ）に対して、出力Ｖ１又はＶ２の約２倍の傾きとなる。これにより、磁気センサ５０の和信号（Ｖ１＋Ｖ２）における応答速度は、出力Ｖ１又はＶ２の約２倍の応答速度となる。

また、図５に示すように、磁気センサ５０から出力される出力Ｖ１、磁気センサ５１から出力されるＶ２は、ほぼ同じ出力特性を有するので、差信号（Ｖ１−Ｖ２）は、ほぼ０（ゼロ）となる。

この差信号（Ｖ１−Ｖ２）は、ダイアグ信号とすることにより、磁気センサ５０の故障検知に利用することができる。すなわち、磁気センサ５０の内部のオペアンプ等の電子回路が故障した場合、出力値が不定となり、電源電圧値をとる場合がある。したがって、差信号（Ｖ１−Ｖ２）がほぼ０（ゼロ）でない場合に磁気センサ５０を故障と判断する、故障検知に利用することができる。したがって、制御部７０は、差信号（Ｖ１−Ｖ２）に基づいて故障検知信号を出力することができる。

（回生ブレーキシステムへの適用）
本発明の実施の形態に係るストロークセンサ１は、上記した和信号（Ｖ１＋Ｖ２）がブレーキペダルの踏み込み操作量（回転角θ）に対して約２倍の応答速度を有するので、例えば、回生ブレーキシステムに効果的に適用できる。

制御部７０は、車両５の運転中にブレーキペダル６２が操作された場合には、図５に示すように、ブレーキペダルの踏み込み操作量（回転角θ）に応じて、和信号（Ｖ１＋Ｖ２）に基づく回生ブレーキ制御信号Ｓｂをモータジェネレータ１００へ出力する。制御部７０は、ブレーキペダル６２の踏み込み操作量（回転角θ）に応じた回生ブレーキ制御信号Ｓｂをブレーキシステム１００へ出力することで回生ブレーキ制御を行なう。

モータジェネレータ１００は、回生ブレーキ制御信号Ｓｂの立ち上がりに反応して、駆動輪１４０から車軸１３０、動力分割機構１２０、出力軸１１０を介して伝達される回転力をモータジェネレータ１００に伝達する。これによるモータジェネレータ１００の発電は、電流Ｉとしてバッテリ１５０に充電される。

なお、図１は制御部７０がモータジェネレータ１００に直接接続された図とされているが、制御部７０が回生ブレーキシステム側の制御ＥＣＵに車両ＬＡＮ等を介して接続された構成でもよい。この場合は、回生ブレーキシステム側の制御ＥＣＵが、和信号（Ｖ１＋Ｖ２）に基づく回生ブレーキ制御を行なう。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係るストロークセンサ１によれば、次のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係るストロークセンサ１は、操作機構の一例として、車両のブレーキ機構に備えられ、ブレーキ機構の操作量を第１出力値Ｖ１として出力する第１検出部である磁気センサ５０と、車両のブレーキ機構に備えられ、ブレーキ機構の操作量を第２出力値Ｖ２として出力する第２検出部である磁気センサ５１と、第１出力値Ｖ１及び第２出力値Ｖ２に基づいて和信号（Ｖ１＋Ｖ２）を出力する制御部７０と、を有して構成されている。この和信号（Ｖ１＋Ｖ２）は、単独の磁気センサ出力に対して約２倍の応答速度を有する。したがって、特殊な機能を搭載したセンサＩＣを使用する必要がなく、安価なセンサＩＣで高い応答性を有するストロークセンサが実現できる。
（２）制御部７０から出力される和信号（Ｖ１＋Ｖ２）に基づいて、回生ブレーキシステムを制御することにより、回生ブレーキシステムの効率が向上し、車両の燃費や電費が向上する。
（３）制御部７０から出力される差信号（Ｖ１−Ｖ２）は、ダイアグ信号とすることにより、磁気センサ５０、５１の故障検知に利用することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ストロークセンサ、５…車両、１０…マグネット、１２…回転軸、２０…磁気検出部、３０…出力演算部、５０、５１…磁気センサ、５５…感磁面、６０…ブレーキ機構、６２…ブレーキペダル、６４…回転中心、７０…制御部
１００…モータジェネレータ、１１０…出力軸、１２０…動力分割機構、１３０…車軸、１４０…駆動輪
２１０…第１ＭＲブリッジ、２１１、２１２，２１３，２１４…ＭＲ素子、２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、２１５ｄ…ノード、２２０…第２ＭＲブリッジ、２２１、２２２、２２３、２２４…ＭＲ素子、２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ、２２５ｄ…ノード
Ｓ１、Ｓ２…検出信号
Ｖ１、Ｖ２…磁気センサ出力値
Ｓｂ…回生ブレーキ制御信号
θ…回転角

Claims (3)

1. 操作機構に備えられ、前記操作機構の操作量を第１出力値として出力する第１検出部と、
   前記操作機構に備えられ、前記第１検出部とほぼ同じ出力特性を有し、前記操作機構の操作量を第２出力値として出力する第２検出部と、
   前記第１出力値及び前記第２出力値に基づいて和信号を出力する制御部と、
   を有し、
   前記操作機構は、車両のブレーキ機構であり、前記制御部は、前記和信号を前記車両の回生ブレーキ装置に出力することを特徴とするストロークセンサ。
2. 前記制御部は、線形化された第１出力値及び第２出力値により演算処理した前記和信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のストロークセンサ。
3. 前記制御部は、前記第１出力値と前記第２出力値の差信号に基づいて、故障検知信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載のストロークセンサ。

Images