JPH085310A

JPH085310A - 回転角検出器

Info

Publication number: JPH085310A
Application number: JP17305994A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nakaho; 純一仲保
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1994-06-20
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】回転体の中立位置近くの位置検出精度をさら
に高める。【構成】ポテンショメータ２０は、抵抗体１０の一端が
接地され、他端を抵抗Ｒを介して電源＋Ｖに接続されて
いるので、抵抗体１０上は０から＋Ｖより低い電圧＋Ｖ
Ｒの電圧が分布している。従ってブラシ部材６が抵抗体
１０及び導体１１上を動くと、導体１１の電圧はブラシ
部材を介して抵抗体１０上の電圧に接続されるので０か
ら＋ＶＲの範囲で変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は自動車の種々の制御に必
要な自動車のステアリングホイール等の回転角度、若し
くは、回転位置を検出する装置に関するものである。

【従来の技術】図９乃至図１１を使って、従来から使用
されているステアリング回転角検出器の説明をする。２
２はステアリングシャフトに係合しステアリングシャフ
トと一体となって回転するディスクで、周囲に回転角度
を検出するための多数の等間隔の孔２３が形成されると
共に、一部に円弧状の孔２４が形成されている。２５は
発光ダイオードとフォトトランジスタ又はフォトダイオ
ードの対から成る所謂フォトインターラプターが３対内
蔵され、１対は円弧状の孔２４を、他の２対は孔２３を
検出する位置にお互い孔２３のピッチの１／４の間隔で
配置されている。以上の構成の従来技術は次のような作
用をする。ステアリングシャフトが回転し、それと一体
になってディスク２２が回転すると３対のフォトインタ
ーラプターは夫々、図１１のような３つの矩形信号Ｓ
４、Ｓ５、Ｓ６を出力する。信号Ｓ４及びＳ５は孔２３
を検出した信号であり、お互い位相が１／４周期ずれて
おり、信号Ｓ６は円弧状の孔２４を検出した信号であ
る。信号Ｓ４及びＳ５はディスクが１回転の間に多数の
矩形信号を出力し、１パルスの間隔が一定の回転角度に
相当するので、パルス数を計数することで、相対的な回
転角度を知ることができる上、両者の信号の位相差１／
４周期により回転方向をも知ることができる。一方、信
号Ｓ６は１回転の間に１個の矩形信号を出力するだけで
ある。この信号Ｓ６によりステアリングの中立位置（絶
対基準位置）を知ることができるのでである。ところ
が、実際にはステアリングシャフトは一般的に数回転
（３〜４）し、その間信号Ｓ６は回転数だけ（３〜４）
の信号を出力するので（例えば、図１１のＮ０、Ｎ１の
ように）、ステアリングの真の中立位置は直接的には認
識できない。そこで、真の中立位置を知るためにマイク
ロコンピュータにより推測して真の中立位置を検出して
いるのである。従って、推測するまでに自動車がある程
度走行する必要があり、その間は真の中立位置がわから
ないことになる上に、推測した中立位置が誤っている場
合も想定され、このステアリング回転角検出器では自動
車の各システムの制御が不十分なものとなる。

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来技術
に対して本発明は、ステアリングの真の中立位置の検出
の暖昧さや、検出までに時間を要すること等の問題を解
決すると共に、中立位置近くの位置検出精度をさらに高
めることを目的としている。

【課題を解決するための手段】上記課題の後者の部分に
関しては、従来技術のステアリングの中立位置検出手段
に対し、ステアリングと一体となって回転する第１のデ
ィスクの回転角度位置により抵抗値が変化するポテンシ
ョメータをステアリングの中立位置を中心に適当な回転
角度範囲に設け、その中立位置近傍の回転角度位置を該
ポテンショメータにて検出することにより実現する。そ
の場合、抵抗値の変化は、例えば、ポテンショメータに
加えられた電圧値の変化によって電気信号として出力す
る。このように一定範囲の回転角度をアナログ信号化す
ることにより検出精度を向上することが可能となる。例
えば、中立位置を中心に１０°の回転範囲を検出するよ
うにし、ポテンショメータの回転角度に対する抵抗値の
変化の非直線性を１％とすると、検出誤差は１０°×１
％＝０．１°となり、高い精度が得られる。課題の前半
の部分、即ち、ステアリングの真の中立位置を正しく検
出する手段関しては、ステアリングと一体となって回転
する第１のディスクと連動して回転する第２のディスク
と、そのディスクによって開閉操作されるスイッチを設
け、第２のディスクの１回転の一定範囲においてのみス
イッチが閉じられるようにする。この時、第１のディス
クと第２のディスクの回転数の比は非整数となるように
設定しておき、ステアリングが中立位置近傍で前記ポテ
ンショメータが検出範囲にあるときは、スイッチは閉じ
た状態（ＯＮ）とする。この中立位置からステアリン
グ、即ち、第１のディスクが１回転すると、ポテンショ
メータは再び、前記中立位置近傍と同様の状態となる
が、第２のディスクは第１のディスクに対する回転数の
比が非整数であるので、第２のディスクは前記中立位置
近傍と同様な位置にならない。そしてこの時、スイッチ
は開いた状態（ＯＦＦ）となる様に設定する。

【作用】このような手段においては、例えば、ステアリ
ングが中立位置近傍においてはポテンショメータはその
検出範囲にあり、中立位置近傍の回転角度位置を検出
し、例えば、アナログの電圧信号を出力する。また、こ
の時スイッチは第２のディスクによりＯＮ状態にあるの
で、ステアリングが中立位置近傍にあることが判別でき
る。ポテンショメータの検出範囲は比較的狭いので、ス
テアリングの回転角に換算した場合の精度は良い。例え
ば、ポテンショメータの出力の回転角度に対する非直線
性が±１％とすると、検出範囲が１０°の場合は±０．
１°の精度となる。一方、ステアリングが中立位置近傍
から回転してゆくと、ポテンショメータは検出範囲から
外れ、信号を出力しなくなる。即ち、中立位置近傍から
外れたことになり、この場合は従来技術で説明した信号
Ｓ４及びＳ５により中立位置からの相対回転角が高い精
度ではないが検出される。ステアリングが中立位置近傍
から１回転するとポテンショメータにおいては中立位置
近傍と同じ状況になるが、第２のディスクが前記中立位
置とは異なる位置に来るので、第２のディスクにより操
作されるスイッチを閉じることはない（ＯＦＦ）。従っ
て、このスイッチの状態よりステアリングが中立位置に
ないことが判別される。例えば、第１のディスクに対す
る第２のディスクの回転数の比をＮ＋１／４（Ｎは整
数）とすると、ディスクが４回転して初めてディスクと
カム部材の位置関係が元に戻ることになるので、第２の
ディスクがスイッチを操作する範囲を適当に設定するこ
とにより、０テンショメータの電圧出力とスイッチのＯ
Ｎとのタイミングを、第１のディスクが４回転して初め
て一致することになるこれにより、ステアリングの全回
転範囲が４回転以下なら、ポテンショメータの電圧出力
とスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を判別することにより正
しい中立位置を知ることができるのである。

【実施例】図１乃至図８を使って実施例を説明する。図
１は本実施例の構成を上部から内部を見た図であり、図
２は横断面図を示している。ケース１及びカバー２によ
って、ディスク３が回転自在に支持されている。そし
て、このディスク３は自動車のステアリングシャフト等
に連結され、ステアリングシャフトと一体となって回転
する。ディスク３には、周囲に多数の等間隔の孔部４
が、その外周には歯車５が設けられている。また、その
裏面には図４に示すように２本のブラシ電極７及び８を
有する金属製のブラシ部材６が固着されている。ここ
で、２本のブラシ電極７、８は電気的に導通している。
ケース１の底面には図３の形状の板状基板９が固着され
ている。基板９の表面にはディスク３の回転中心と同心
に円弧状の抵抗体１０と、同様に円弧状の導体１１が形
成されており、抵抗体１０の両端は電圧を供給するため
の電極１２及び１３に接続されている。更に、基板９の
上にはノブ１５を押下げることにより回路を閉じるよう
なスイッチ１４が固着されている。スイッチの端子の一
端は前記導体１１に接続されており、他端は図７に示す
回路図のオペアンプＡの非反転入力（＋）に接続されて
いる。回転軸１６に回転自在に支持されているカム部材
１７は正面図５及び側面図６に示す円盤状の形状をして
おり、外周に歯車１８を、円盤面上にカム用突起１９を
有している。カム部材１７の歯車１８は、前記ディスク
３の歯車５と係合し、ディスク３の回転によりカム部材
１７が回転する。ここで、歯車５と１８の比は非整数に
なっている。即ち、ディスク３が丁度１回転した場合
に、カム部材１７は元の位置にならなくて、例えば、数
回転と１／４回転するのである。また、カム部材１７の
カム用突起１９は、前記スイッチ１４のノブ１５を押下
げスイッチの開閉を行う機能を有している。ディスク３
に固着されたブラシ部材６はディスクの回転と共に、ブ
ラシ電極７は抵抗体１０の上を、ブラシ電極８は導体１
１の上を接触摺動し、導体１１と電極１２若しくは１３
の間の抵抗値が変化する所謂ポテンショメータ２０を抵
抗体１０、導体１１及びブラシ部材６で構成している。
ステアリングホイールが中立位置にある時は、ブラシ部
材６は抵抗体１０及び導体１１の中央に位置し、又、カ
ム用突起１９はスイッチ１４のノブを押下げスイッチを
閉じた状態にしている。ディスク３の孔部４は、従来技
術で説明したフォトインターラプター部２１により光学
的に孔部４を検出し回転に応じたパルス信号を出力する
（図１１のＳ１、Ｓ２）。図７には上記構成の検出器の
信号処理回路の一例を示してある。ポテンショメータ２
１を構成する抵抗体１０の一端１２は接地（０Ｖ）に接
続されており、他端１３は抵抗Ｒに直列に接続され、抵
抗Ｒの他端は電圧＋Ｖに接続されている。ポテンショメ
ータ２０の導体１１はスイッチ１４を介してオペアンプ
Ａの非反転入力（＋）に接続されている。オペアンプＡ
の反転入力（−）はオペアンプＡの出力に接続され、オ
ペアンプＡの出力は信号電圧Ｓ３を出力する。ここで、
オペアンプＡは所謂ボルテージフォロアーと呼ばれる増
幅率１倍の増幅器を成している。更に、オペアンプＡの
非反転入力（＋）はダイオードＤのアノードに接続さ
れ、ダイオードＤのカソードは前記電圧＋Ｖに接続され
ている。尚、ここで、オペアンプＡの入力バイアス電流
はそれら入力（＋、−）から流れ出るようなタイプのも
の、即ち、オペアンプ内の入力段のトランジスタがＮＰ
Ｎから成るものである。以上の構成の検出器は次の様に
作用する。ディスク３の孔部４とフォトインターラプタ
ー２１により、従来技術と同様の回転角度に応じたパル
ス信号Ｓ１、Ｓ２が得られる。一方、ポテンショメータ
２０は以下のように作用する。抵抗体１０は一端を接地
され、他端を抵抗Ｒを介して電圧＋Ｖに接続されている
ので、抵抗体１０上は０から＋Ｖより低い電圧＋ＶＲの
電圧が分布している。従って、ブラシ部材６が抵抗体１
０及び導体１１上を動くと、導体１１の電圧はブラシ部
材を介して抵抗体上の電圧に接続されるので、０から＋
ＶＲの範囲で変化する。従って、その電圧値を検出する
ことによりステアリングの回転位置を検出することがで
きるのである。この場合ステアリングが中立位置にある
ときはカム部材１７のカム用突起１９がスイッチ１４の
ノブ１５を押下げているので、スイッチ１４は閉じてお
り、導体１１の検出する電圧はオペアンプＡの非反転入
力（＋）に入力され、その出力から信号電圧Ｓ３が出力
される。この場合前述の様にオペアンプＡの増幅率は１
倍であるので、その出力信号電圧Ｓ３は導体１１の検出
する電圧と同じで、０から＋ＶＲの範囲で変化する。
尚、オペアンプＡの非反転入力（＋）にはダイオードＤ
を介して＋Ｖの電圧に接続されているが、ダイオードＤ
のカソード側の電圧の方が高いという逆バイアス状態で
あるので、オペアンプＡの非反転入力（＋）には＋Ｖの
電圧が加わることはない。一方、ステアリングが中立位
置から右若しくは左に１回転した場合も導体１１の検出
する電圧は同様であるが、この場合はカム部材１７のカ
ム用突起１９の位置は、ディスク３の歯車５の歯数とカ
ム部材１７の歯車１８の歯数の比が整数でないので、ス
イッチ１４のノブ１５の位置にはなく、従って、スイッ
チ１４のノブ１５を押下げないので、スイッチ１４は閉
じず、導体１１の検出する電圧はオペアンプＡの非反転
入力（＋）に入力されない。この時、オペアンプＡの非
反転入力（＋）にはダイオードＤを介して＋Ｖの電圧が
接続されているので、非反転入力（＋）からバイアス電
流が＋Ｖに流れ、従って、非反転入力（＋）には概略＋
Ｖの電圧が入力されることになる（ダイオードＤの僅か
な電圧降下分が加算される）。これから、オペアンプＡ
の出力は概略＋Ｖとなる。また、ブラシ部材６が導体１
１から外れた場合も前記スイッチが開いた場合と同じ
で、オペアンプＡは概略＋Ｖの電圧を出力する。ディス
ク３の歯車５とカム部材１７の歯車１８の歯数の比が、
例えば、Ｎ＋１／４（Ｎは整数）とすると、ディスク即
ちステアリングが４回転して初めて最初の位置関係にな
るので、ステアリングの全回転が３回転であるとする
と、オペアンプＡから抵抗体１０の電圧が出力されるの
はステアリングが中立位置のときだけになる。回転角度
に応じた電気信号の状態を示したのが図８である。横軸
はディスク３即ちステアリングの回転角度で、Ｎ０はス
テアリングの中立位置を示し、Ｎ１は中立位置から１回
転目を示している。Ｓ１は導体１１の検出する電圧を示
し、Ｓ２はスイッチ１４の開閉状態を示し、Ｓ３はオペ
アンプＡの出力する電圧を示している。これから、導体
１１には１回転毎にノコギリ波状の電圧を検出するが、
スイッチ１４が導体１１の信号Ｓ１と同期していないお
かげで、オペアンプＡの出力する電圧Ｓ３は中立位置の
みで電圧変化を示し、その他の位置では概略＋Ｖの一定
電圧となっており、ステアリングの中立位置の認識が可
能となる。また、ステアリングの中立位置近傍では直線
的に電圧が変化しているので、この電圧を読むことによ
り、この電圧が変化する範囲内においては、ステアリン
グの正確な位置を知ることができるのである。以上の実
施例において、第２のディスクをカム部材としカム部材
により操作されるスイッチで構成されているが、ポテン
ショメータ部と同様に、第２のディスクにブラシ部材を
設け、基板状に一定範囲に２つの円弧状の電極を設け、
ブラシ部材と２つの円弧状電極によりスイッチ部を構成
することも可能である。

【発明の効果】本発明は自動車のステアリングのように
多回転する回転軸の中立位置を容易に一意で検出できる
と共に、中立位置近傍の回転角度位置を精度良く検出で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成の正面内部図

【図２】本発明の実施例の構成の横断面図

【図３】基板の正面図

【図４】ブラシ部材の外観図

【図５】カム部材の正面図

【図６】カム部材の側面図

【図７】信号処理回路図

【図８】各部の信号状態図

【図９】従来技術の正面図

【図１０】従来技術の横断面図

【図１１】従来技術の出力信号図

【符号の説明】

１はケース、２はカバー、３及び２２はディスク、４及
び２３はディスクの回転検出孔部、５はディスクの歯
車、６はブラシ部材、７及び８はブラシの電極、９は基
板、１０は抵抗体、１１は導体、１２及び１３は電極、
１４はスイッチ、１５はスイッチのノブ、１６はカムの
回転軸、１７はカム部材、１８はカム部材の歯車部、１
９はカム部材の突起部、２０はポテンショメータ、２１
は２対のフォトインターラプター、２４は円弧状孔、２
５は３対のフォトインターラプターＡはオペアンプ、
Ｄはダイオード、Ｒは抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸に係合し回転軸と一体となって回
転する円盤状の第１のディスクと、第１のディスクの回
転角度の一部を検出するポテンショメータと、第１のデ
ィスクに対して非整数の回転数比で回転する第２のディ
スクと、第２のディスクの回転の一定範囲において開閉
するスイッチとから構成され、ポテンショメータの出力
信号と該スイッチの開閉状態を判別して数回転の内１度
のみポテンショメータの出力信号を出力することを特徴
とする回転角検出器。