JPS6176901A - 回転角検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ステアリングホイール等の回転角を高精度で
検出するようにした回転角検出器に関する。

（従来技術） 従来、ステアリンクホイール等の操舵角を検出するため
に使用する回転角検出器としては、例えば第６図に示す
ようなものがある（特開昭５７−１６３８１５＞。

第６図において、１は回転側となるテアリングシャフト
であり、ステアリングシャフト１には円板２が同軸に取
付けられ、円板２の外周側に一定の角度ピッチをもって
複数のスリット３を等間隔で配列し、このスリット３の
部分を挟んで発光素子４と受光素子５でなる２祖のフォ
トカブラ６ａ。

６ｂを例えば４分の１ピツチずらして配置している。

このような回転角検出器による回転検出は、ステアリン
グの回転に対応して２組のフォトカプラ６ａ、６ｂから
得られる２つのパルス信号を処理して回転角を求める。

例えば、２つのパルス信号の位相関係から回転方向を検
出し、いずれか一方のパルス信号を回転方向に応じて加
算または減算カウントすることで回転角を求めることが
できる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の回転角検出器にあって
は、スリット円板とフォトカプラの組み合わせによる回
転角の検出であったため、スリットの加工精度およびフ
ォトカプラの大きさによって角度分解能、即ちスリット
の大きさ及びスリット間隔が規定されてしまい、高分解
能の角度検出がそのままではできない。

これを解決するためにはスリット円板の径を大きくして
スリットの数を壜やすか、更にはフォトカプラを多数配
置して角度の高分解能化を図ることも考えられるが、検
出器の設置スペースには制約があるためスリット円板を
あまり大きくできず、また多数のフォトカプラを配置し
た場合には、全操舵領域（ロックツーロックで約４回転
−１４４０度）について角度パルスをカウントして操舵
量を埠出しなければならないために処理回路の規模が極
めて大きなものとなり、実用的でなかった。

また、スリット円板やフォトカプラの取付はガタ、撮動
の影響等で検出誤差を生じ、角度パルスのカウントによ
る角度検出であるため誤差が積算されて大きな角度誤差
を生ずる恐れもあった。

更に、角度パルスのカウントからはステアリングホイー
ルの零舵角に対応した信号が得られないので、別途零位
置を検出する機構が必要となり、また、ハンドルを切っ
たまま車両を止めておくと、次に使用したときには零位
置の信号が出てカウンタをクリアした後でなければ角度
検出ができないという問題もあった。

一方、検出された操舵角の使われかたとしては、例えば
高速走行域でのサスペンション制御、後輪ステア制御、
あるいは舵角の変化パターンから運転者の居眠りを判断
するシステム等があり、これらのシステムに要求される
操舵情報としては、高分解能ではあるが、舵角範囲とし
ては零舵角位置を基準として最大でも±１８０ｆｉ程度
の範囲で角度検出ができれば充分な嶺能を果し得るもの
である。しかし、従来の回転角検出器にあっては、前述
した問題点があるために角度領域が狭くなっても依然し
て高分解能を得ることは困難であった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、所定位置を基準と、した±１８０度未満の角度領
域で高い分解能をもった角度検出を行なうため次のよう
に構成したものである。

即ち、回転体側に一対のスリップリングと１箇所で分離
した摺動抵抗体を形成し、摺動抵抗体の一端を一方のス
リップリングに接続すると共に摺動抵抗体の他端を他方
のスリップリングに接続し、摺動接点機構によって回転
体の一対のスリップリングに電源を供給することで回転
角に応じた分圧電（を摺動抵抗体に摺接した摺！ＩＩＩ
Ｉ点から取出し、これによって回転側が摺動抵抗、固定
側が摺動接点となる所謂ポテンショメータを構成する。

更に回転体の回転を歯車機構を介して直線運動に変換し
、ポテンショメータの回転が所□定位置を中心とした±
１８０度未満となる一方の領域を越えたときに）習摺動
抵抗の接点端子をスリップリングの一方の接点端子と短
絡し他方の領域を越えたときに１習動抵抗の接点端子を
スリップリングの他方の接点端子と短絡することにより
、±１８０度未満となる所定の領域内で回転角に比例し
て変化するアナログｆｆ１度信号を出力し、所定の角度
領域を越えた回転角度については一定の信号出力が得ら
れるようにしたものである。

（実施例） 第１図は本発明の回転角検出器においてステアリングシ
ャフトに装着される回転側を示した斜視ｍであり、第２
図に回転体の回転を直線運動に変換する変換機構及びス
ライドスイッチ機構を回転側と共に取り出して示プ。

まず構成を説明すると、１はステアリング操作により回
転するステアリングシャフトであり、ステアリングシャ
フト１の所定位置には絶縁材、例えばプラスチック材料
等からなる平歯車７が同軸に固定されている。平歯車７
の上には導電材料からなる一対のスリップリング８ａ　
、　８ｂと、抵抗材料からなるリング状の摺動抵抗体９
が同心配置されており、内側にスリップリング８ａ、続
いて摺動抵抗体９を形成し、更に外側にスリップリング
８ｂを形成している。

摺動抵抗体９は左側の位置で分離部位１０によって分離
されており、この分離部位１ｏにおける摺動抵抗体９の
一端を接続線１１ａによって内側のスリップリング８ａ
に接続し、また摺動抵抗体９の他端を接続線１１ｂによ
って外側のスリップリング８ｂに接続している。尚、リ
ング状の摺動抵抗体９における分離部位１０は、分離部
位１０を形成したことによる凹凸等がなく、分離部位１
０を含めて摺動抵抗体９の摺動面が均一となるように形
成している。

このような第１図に示す一対のスリップリング８ａ　、
８ｂ及び摺動抵抗体９を備えた回転体としての平歯車７
に対しては、第２図に示すように固定側となる摺動接点
機構、平歯ＩＩ７の回転を直線運動に変換する変換機構
、及び変換機構により作動するスライドスイッチ機構が
配置される。

まず、固定側となるケース１２の内側には３本の摺動接
点１３．１４．１５が設けられ、摺動接点１３は内側の
スリップリングＩｌａに摺接し、摺動接点１４は真中の
摺動抵抗体９に闇接し、更に摺動接点１５は外側のスリ
ップリング８ｂに摺接しており、摺動接点１３と１５に
よって一対のスリップリングＩｌａ、１１ｂ間に電源電
圧を供給し、摺＃１接点１４によってステアリングシャ
フト、即ち平６ｉ重７の回転位置に応じて分圧された信
号電圧を取り出すようにしている。

次に平歯車７の回転を直線運動に変換する変換機構とし
て、平歯車７に歯車１６が噛み合され、歯車１６はケー
ス１２内に設けたコ字型の枠体１１にネジ１８による扱
は止めで回転自在に装着したネジシャフト１９に連結さ
れており、ネジシャフト１つにはブロック２０が螺合さ
れ、このブロック２０は左側に形成した溝２１をブロッ
ク２０側のガイド板２２に嵌め入れた構造としている。

即ち、歯車１６を介して平歯車７から得られるネジシャ
フト１９の回転によりブロック２０はガイド板２２に沿
って直線的に移動することになり、平歯車７の回転量に
応じた直線変位を得ることができる。

次に、ネジシャフト１つの回転により直線移動するブロ
ック２０で作動されるスライドスイッチＩｆｌ１Ｍとし
ては、ブロック２０の右側に取り付けたスライド接点２
３と、スライド接点２３が摺接する基Ｆｉ２４とで構成
される。

このスライドスイッチ機構における基板２４の詳細は第
３図に示され、基板２４のスライド接点側には３つの導
体パターン２５，２６．２７が形成され、中央の導体パ
ターン２６はスライド接点の移動範囲に亘る長さＢをも
つ。これに対し両側の導体パターン２５．２７は中央を
外れた上下の位置に形成されており、導体パターン２５
と２７の間隔は寸法Ａに設定されている。

即ち、中央の導体パターン２６の間隔Ｂはステアリング
シャフトのロックツーロックとなる全回転範囲に対応し
たスライド接点の直線移動ｍに対応した長さをもち、両
側の導体パターン２５と２７の間隔Ａは最大でもステア
リングシャフトの１回転、即ち中央の零舵角位置を基準
とした±１８０度の回転角に対応した直線移動範囲に対
応した寸法としている。

このような３つの導体パターン２５，２６．２７に対し
第２図に示したスライド接点２３は導体バクーン２５，
２６．’２７の幅Ｃに一致する寸法をちっている。

一方、基板２４の反対面には３本の摺動接点１３゜１４
．１５が横方向に突出されており、１習Ｕノ接点１３は
導体パターン２５に接続され、また摺動接点１４は中央
の導体パターン２６に接続され、更に摺動接点１５は導
体パターン２７に接続されている。

この結果、スライド接点２３（第２図参照）が直線移動
したとき、スライド領域へにおいては摺動接点１４を介
して平歯車７の摺動抵抗体９に接続されている中央の導
体パターン２６のみがスライド接点２３と接触し、スラ
イド領域Ａを越えて上側に移動す”ると導体パターン２
６と２５が短絡され、またスライド領域Ａを越えて下側
に移動すると導体パターン２６と２７を短絡するように
なる。

ここで、基板２４の一方の導体パターン２５には電源電
圧が供給され、他方の導体パターン２７はアース側に接
続されることから、スライド領域Ａにおいて所謂回転角
に対応した電ａｔ電圧の分圧電圧を取り出すポテンショ
メータとしての機能が得られ、一方、導体パターン２６
を導体パターン２５または２７と短絡する１舵角位置を
基準として±１８０度を越えた回転角については、回転
角の如何に拘わらず電源電圧または零電圧がスイッチ出
力として得られるようになる。

第４図は第１〜３図で明らかにされた本発明の回転角検
出器の等価回路を示したもので、回転側２８は所謂ポテ
ンショメータを構成しており、この回転側２８に対して
は第２図に示したダ動接点１３．１４及び１５でなる滑
動接点機構を介して一対のスリップリング８ａ　、８ｂ
間に対する電源電圧の供給が行・なわれ、平歯車の回転
に応じてポテンショメータのＩＰ　ｕ接点の位置が変わ
り、この１２１　ｅ接点の出力電圧をスライドスイッチ
２つを介して出力端子３０に角度検出器電圧Ｖｏｕｔと
して取り出していうつ スライドスイッチ２９はスライド接点２３と切替接点３
１．３２をもも、スライド接点２３の１舵角位置を基準
とした±１８０度未満の領域では図示のように切替接点
３１及び３２から開放されており、この±１８０度を越
える角度領域に至ると回転方向に応してスライド接点２
３は切替接点３１または３２に閉じ、切替接点３１に閉
じたときには角度検出信号ｖｃｕｔは？ｆ［電圧に固定
され、一方、切替接点３２側に閉じたときには角度検出
信号はＭ’Ｒ圧に固定される。

次に、第５図の回転角に対づ゛る角度検出信号の出力特
性図を参照して上記の実施例の動作を説明する。

まず、ステアリングシャフトを１舵角位置とした場合に
は、電ＲＴ１圧の半分となる１／２Ｖｃが得られるよう
に平歯車７に対する固定側の摺動接点１４の位置合せを
予め行なっておく。この１舵角位置は、例えば第１図に
示す平歯車７の上に形成した摺動抵抗体９における分離
部位１０の反対側となる位置であり、この位置に摺動接
点１４を組付けの際に位置決め調整してｄ５けばよい。

ここで、例えばステアリングホイールを右に切ったとす
ると、ステアリングシャフト１に固定した平歯車７が右
回転し、平歯車７における内側のスリップリング８ａに
電源電圧を供給し、外側のスリップリング８ｂを′アー
スラインに接続していた場合には、ステアリングシャフ
ト１の右回転で回転角の増加に比例して角度検出信号は
直線的に増加し、回転角の増加に比例したアナログ角度
検出信号を出力するポテンショメータとして作動する。

これはステアリングホイールを左側に切った場合も同様
であり、回転角の増加に比例して減少するアナログ角度
検出信号を得ることができる。

続いてステアリングホイールを１舵角位置から１８０度
以上切ると、第３図に示した中央の導体パターン２６と
一方の導体パターン２５または２７とがスライド接点２
３の移動、で短絡され、±　１８０度を越える回転角で
は角度検出出力ｙｏｕｔは電源型［Ｖ　ｃまたは零電圧
に固定される。

即ち、ステアリングホイールの全操舵範囲（ロックツー
ロックで約４回転）の中で零舵角を中心として±１８０
度未満の所定角度において回転角に比例したアナログ角
度検出信号を出力するポテンショメータとしての機能が
得られ、この角度領域において電源電圧をフルスケール
とする角度検出信号の電圧変化が得られることになる。

この結果、通常の操舵角情報を必要としたシステムで要
求される±１８０度の範囲内で操舵角を高感度を検出す
ることができ、また角度検出範囲を越えた舵角入力に対
しては電源電圧または零電圧に固定されていることでス
テアリングｄくイールを切っている方向の判別が可能と
なる。

尚、上記の実施例は零舵角位昭を基準とした±１８０度
の領域で回転角に対応して変化するアナログ検出電圧を
得る場合を例にとるものであったが、零舵角位買を基準
とした±１８０度未満の領域であれば適宜の角度範囲に
ついて回転角に比例して変化するアナログ検出電圧をｊ
ｑることができ、この＃４域を越えた場合には電源電圧
または零電圧に飽和させる機能を実現することができる
。

一方、回転角の検出υ［度は歯車やネジシャフトの精度
に依存して定まる。この精度の影響を受けるのは±１８
０度未満の角度領域、即ちポテンショメータとしてアナ
ログ検出電圧を出力する領域での変動のみであり、ポテ
ンショメータとして作動する角度領域以外の領域につい
ては、操舵角と出力の関係に全く影響を与えることがな
く、歯車やネジシャフトに多少のカタがあっても許容で
き、機械的な精度を厳しく管理する必要がないためコス
ト的に安価に作ることができる。

また、振動等によってアナログ検出電圧が影響を受ける
が、適切な時定数をもった平滑回路を設けることで＋！
　！ＪＪ　Ｗによる変動分を容易に除去することができ
る。仮に＠動等による影響を起こしたとしても、従来！
Ｄスリット板を用いた回転角検出器のように、Ｍ　ｎ３
パルスの積算で回転角を求めていないことから、１辰肋
で生じたノズルによる誤差が積算されるといった問題は
全くない。

更にまた、ハンドルを切ったまま車両を停止しておき、
次に使用するときにイグニッションスイッチのオン操作
で電源電圧が供給されると、電源電圧が供給された時点
でそのときの舵角に応じたアナログ検出電圧を直ちに得
ることができる。

尚、上記の実施例はステアリング操作による操舵角の検
出を例にとるものであったが、本発明はこれに限定され
ず、適宜の回転体の回転角を高精度で検出する場合にそ
のまま適用することができる。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、所謂ポテンシ
ョメータ機構と、回転を直線運動に変換してスライドス
イッチを作動し、所定位置を基準として±１８０度未満
のｆｒ４域で回転角に応じて変化するアナログ検出電圧
が得られるようにしたスライドスイッチ□構をもち、こ
の角度領域を越えた場合にはスライドスイッチの機能に
よりアナログ検出電圧を固定させるようにしたため、通
常の操舵情報を利用した制御システムで要求される±１
８０度未満の角Ｖ領域での角度検出を挿めて高精度で行
なうことができる。また、回転角の変化に直接対応した
アナログ検出信号が（ｑられるため、振動やガタ等によ
るノイズを除去する回路手段を付加するだけで高精度で
且つ安定した角度検出信号が得られ、処理回路を簡単に
できるためコスト的にも安価で信頼性も高いものとする
ことができる。

更に、従来のスリット板とフォトカブラを用いた回転角
検出器における誤差を累積する問題、電源を供給したと
きに直ちに角度検出かできない等の問題も完全に解決す
ることができる。

４、図面（７）　ｍ　’Ｎ　％　説明 第１図は本発明にＪ３ける回転側の一実施例を取り出し
て示した斜視図、第２図は固定側の一実施例を回転側と
共に示した説明図、第３図は第２図におけるスライドス
イッチ機構の基板を取り出して示した説明図、第４図は
本発明の実施例における等（西回路図、第５図は本発明
の回転角検出器による出力特性図、第６図は従来例を示
した説明図である。

１、ステアリングシャフト ７：平歯中 ８ａ　、　８ｂ　　ニスリップリング ９：摺動抵抗体 １０：分離・部位 １１ａ、１１ｂ　：接続線 １２：ケース １３．１４，１５：ｌ冒動接点 １６：歯車 １７；枠体 １８：ネジ １９：ネジシャフト ２０ニブロツク ２１：溝 ２２ニガイド板 ２３ニスライド接点 ２４：基板　。

２５．２６，２７：導体パターン ２８：回転側 ２９ニスライドスイツチ ３０：出力端子 ３１．３２：切替接点 特許出願人　日産自動中株式会社 第１図 第　２　図 第３図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一対のスリップリング及び１か所で分離されたリング状
   の摺動抵抗体を備え、該摺動抵抗体の一端を一方のスリ
   ップリングに接続すると共に摺動抵抗体の他端を他方の
   スリップリングに接続した回転体と、 固定側に設けられ前記一対のスリップリングとの摺接で
   外部より電源を供給する一対の摺動接点と前記摺動抵抗
   体との摺接で回転位置に応じて分圧された信号電圧を取
   出す摺動接点を備えた摺動接点機構と、 前記回転体の回転を歯車機構を介して直線運動に変換す
   る変換機構と、 該変換機構により直線変位し、所定の回転角を越える一
   方の領域において前記摺動抵抗体の接点端子を前記一対
   のスリップリングの接点端子の一方と短絡し、所定の回
   転角を越える他方の領域において、前記摺動抵抗体の接
   点端子を前記一対のスリップリングの他方の接点端子と
   短絡するスライドスイッチ機構とを設けたことを特徴と
   する回転角検出器。