WO2020129401A1 - ステアリング装置 - Google Patents

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WO2020129401A1
WO2020129401A1 PCT/JP2019/041749 JP2019041749W WO2020129401A1 WO 2020129401 A1 WO2020129401 A1 WO 2020129401A1 JP 2019041749 W JP2019041749 W JP 2019041749W WO 2020129401 A1 WO2020129401 A1 WO 2020129401A1
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magnetic
pattern
rack
steering device
pole
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PCT/JP2019/041749
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French (fr)
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高橋　誠
礒部　敦
高太郎 椎野
横田　忠治
木村　誠
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Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/249—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code

Definitions

  • the present invention relates to a steering device, and is particularly suitable for a steering device having a magnetic sensor.
  • Patent Document 1 discloses a technique for measuring a tire angle from a rotation angle of a steering wheel (handle) in a steering device.
  • the rack moves in the horizontal direction via the gear, and the horizontal movement of the rack changes the tire angle. Therefore, the tire angle can be known by measuring the rotation angle of the steering wheel.
  • Patent Document 2 discloses a technique of forming a magnetic mark on a rack and reading the magnetic mark with a magnetic sensor to detect that the rack is located at a neutral position.
  • a technique for quickly detecting a failure of the magnetic sensor is required.
  • a conventional technique for detecting a failure of the magnetic sensor there is a method of using a semiconductor chip in which a coil is arranged around the magnetic sensor. In this method, the presence or absence of a failure of the magnetic sensor is determined by controlling the magnetic field generated by changing the current passed through the built-in coil and by normally detecting the change in the magnetic field.
  • a semiconductor chip having such a magnetic sensor and a built-in coil is expensive and there is a problem that the manufacturing cost increases.
  • a steering device includes a housing, a rack provided inside the housing and movable in a first direction, a plurality of N-pole magnetic bodies and a plurality of N-pole magnetic bodies formed on the rack. It has a magnetic pattern having an S-pole magnetic substance and a magnetic sensor attached to the housing and for detecting a magnetic signal from the magnetic pattern.
  • the performance of the steering device can be improved.
  • FIG. 3 is a plan view of the steering device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a sectional view of the steering device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a sectional view of the steering device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a sectional view of the steering device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the steering device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example in which the magnetic sensor receives a magnetic signal from a magnetic pattern in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a functional block diagram for realizing rack position measurement and magnetic sensor failure detection in the first embodiment.
  • 8 is a signal waveform input/output to/from each functional block in FIG. 7.
  • FIG. 6 is a plan view of a steering device according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a steering device according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a steering device according to a second embodiment.
  • FIG. 9 is a plan view of a steering device according to a modified example 1 of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a steering device according to a modified example 2 of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view of a steering device according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of detecting a magnetic pattern using a magnetic sensor in the fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view of a steering device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a plan view of a steering device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view of a steering device 1 of a vehicle such as an automobile according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line BB
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line CC of FIG.
  • FIG. 1 is a plan view, in order to make the drawing easy to see, the N-pole magnetic body 30N and the S-pole magnetic body 30S included in the magnetic pattern 30 are hatched. Similarly, in other plan views described below, the N-pole magnetic body 30N and the S-pole magnetic body 30S are hatched.
  • the steering device 1 is attached to the housing 11, a rack (rod) 10 provided inside the housing 11, a magnetic pattern 30 formed on the rack 10, and the housing 11. It has a magnetic module 21, a steering wheel (handle) 12, and a shaft 13 that connects the rack 10 and the steering wheel 12.
  • the shaft 13 connected to the steering wheel 12 rotates.
  • the tip of the shaft 13 is provided with a gear-shaped pinion as a part of the shaft 13, and the pinion of the shaft 13 and the rack 10 are formed by the rotation of the shaft 13.
  • the rack teeth 10G meshed with each other and the rack 10 moves in the X direction (longitudinal direction or moving direction of the rack 10).
  • the angle of the wheel 3 changes via the tie rod 2. That is, by changing the angle of the steering wheel 12, the position of the rack 10 that can move in the X direction changes, and the angle of the wheel 3 also changes.
  • the angle of the wheel 3 changes by about ⁇ 20 degrees
  • the steering wheel 12 changes by about ⁇ 334 degrees. If the angle error of the steering wheel 12 is about ⁇ 0.1 degrees, the position error of the rack 10 in the X direction is about ⁇ 30 ⁇ m, and the angle error of the wheels 3 is about ⁇ 0.006 degrees. Become.
  • the inventors of the present application arrange a position detecting element such as the magnetic sensor 20 in the steering device 1 to measure the position of the rack 10 with high accuracy and the angle of the wheel 3 with high accuracy. I focused on doing. In particular, the inventors of the present application focus on measuring the position of the rack 10 with high accuracy by a magnetic linear encoder provided in the steering device 1 with a magnetic pattern 30 and a magnetic module 21 having a plurality of magnetic sensors 20. did.
  • a magnetic pattern 30 having a plurality of N-pole magnetic bodies 30N and a plurality of S-pole magnetic bodies 30S is formed on the rack 10 of the present embodiment.
  • the magnetic pattern 30 has a thickness of 1 mm, for example.
  • the magnetic pattern 30 is an absolute type capable of detecting the absolute coordinates of the rack 10, and has a coarse magnetic pattern 31 and a fine magnetic pattern 32.
  • the coarse magnetic pattern 31 and the fine magnetic pattern 32 each extend in the X direction and are arranged so as to be adjacent to each other in the Y direction orthogonal to the X direction.
  • the N-pole magnetic body 30N and the S-pole magnetic body 30S form an n-bit random random number code pattern (M-sequence pattern).
  • the N-pole magnetic body 30N and the S-pole magnetic body 30S in the rough magnetic pattern 31 may have other patterns.
  • the fine magnetic pattern 32 of the present embodiment the N-pole magnetic body 30N and the S-pole magnetic body 30S are alternately arranged.
  • the coarse magnetic pattern 31 has 7 bits, and seven magnetic sensors 20 are provided on the coarse magnetic pattern 31, and four fine magnetic patterns 32 are provided on the fine magnetic pattern 32. The case where the magnetic sensor 20 is provided is illustrated. Further, the number of bits and the number of magnetic sensors 20 can be appropriately changed.
  • the magnetic module 21 includes a plurality of magnetic sensors 20 mounted on the sensor substrate 22, and each magnetic sensor 20 is located between the housing 11 and the magnetic pattern 30. It is fixed to the housing 11. That is, the magnetic module 21 constitutes a part of the housing 11, and the magnetic sensor 20 included in the magnetic module 21 is attached to the housing 11 as a member used for a part of the housing 11.
  • Each magnetic sensor 20 can also receive a magnetic signal from the magnetic pattern 30. Specifically, by reading a magnetic signal from the n-bit coarse adjustment magnetic pattern 31 by n magnetic sensors 20 provided on the coarse adjustment magnetic pattern 31, the absolute coordinates of the rack 10 are measured in millimeters (mm). ) Can be measured on the order. Further, by reading the magnetic periodic signal (trigonometric function wavelength) from the fine magnetic pattern 32 by the plurality of magnetic sensors 20 provided on the fine magnetic pattern 32, the relative movement of the rack 10 in the coarse magnetic pattern 31 is achieved. Coordinates can be measured on the order of micrometers ( ⁇ m).
  • the magnetic pattern 30 and the plurality of magnetic sensors 20 form a magnetic linear absolute encoder in the steering device 1. Therefore, in the present embodiment, the absolute coordinates of the rack 10 in the X direction can be measured with high accuracy, and the angle of the wheel 3 can be detected with high accuracy from the result. That is, in the present embodiment, the performance of the steering device 1 can be improved.
  • the rack 10 has a substantially columnar structure, but the rack 10 is processed at the portion where the rack 10 is connected to the shaft 13. , A plurality of rack teeth 10G are formed.
  • the rack 10 has a flat portion 10a and a curved portion 10b in a region other than the region where the plurality of rack teeth 10G are formed.
  • the magnetic pattern 30 when the magnetic pattern 30 is formed over the flat portion 10a and the curved portion 10b, the direction and magnetic force of the magnetic force lines generated from the magnetic pattern 30 vary, and the magnetic sensor 20 cannot correctly detect the magnetic signal. There is a fear.
  • the magnetic pattern 30 including the coarse magnetic pattern 31 and the fine magnetic pattern 32 is formed on the flat portion 10 a of the rack 10, and the curved portion 10 b of the rack 10 is formed. Not formed on. Therefore, the above fear can be suppressed. That is, it is desirable that the entire magnetic pattern 30 be formed on the flat portion 10 a of the rack 10.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example in which the magnetic sensor 20 receives a magnetic signal from the magnetic pattern 30.
  • a magnetic signal from the coarsely-adjusted magnetic pattern 31 composed of a 7-bit M-sequence code is read by the seven magnetic sensors 20 will be described.
  • the inventors of the present application have noticed that when the magnetic sensor 20 is out of order, the output signal from the magnetic sensor 20 is often fixed at 0 or 1 value. In the following description, it is assumed that one of two different output signals from the magnetic sensor 20 has a 0 value and the other has a 1 value. If the magnetic sensor 20 is a sensor such as a Hall switch, one value or -1 value is output as an output signal. Here, one of the 1 value and the -1 value is a 0 value. Yes, and the other is one value.
  • each magnetic sensor 20 receives the magnetic signals from at least one N-pole magnetic body 30N and at least one S-pole magnetic body 30S. Each magnetic sensor 20 will detect both 0 and 1 values at least once.
  • each magnetic sensor 20 outputs both a 0 value and a 1 value at least once while the rack 10 moves the distance of the product of the number of bits and the bit interval of the coarsely adjusted magnetic pattern 31. Whether or not each magnetic sensor 20 is out of order is determined based on whether or not it is detected. That is, when the magnetic sensor 20 outputs both 0 value and 1 value, it is determined that the magnetic sensor 20 is normal, and when the magnetic sensor 20 outputs only either 0 value or 1 value, the The magnetic sensor 20 is determined to be defective.
  • whether or not the rack 10 has moved the distance of the product of the number of bits and the bit interval of the rough magnetic pattern 31 is determined by using the output signal from another vehicle-mounted sensor attached to the vehicle.
  • vehicle-mounted sensors include an angular velocity sensor, a motor angle sensor, a vehicle body position measuring camera, a GPS, and the like. With such a configuration, it is possible to detect the failure of the magnetic sensor 20 without using the magnetic sensor 20 and the semiconductor chip having the built-in coil.
  • FIG. 7 is a functional block diagram for realizing position measurement of the rack 10 and failure detection of the magnetic sensor 20 in the first embodiment
  • FIG. 8 is a signal waveform input/output to/from each functional block in FIG. Is shown.
  • Each signal shown in FIGS. 7 and 8 is shown at a voltage level.
  • Each of the converters) 57 is an electric circuit formed inside another semiconductor chip electrically connected to the magnetic sensor 20.
  • Such a semiconductor chip may be mounted inside the magnetic module 21 together with the magnetic sensor 20, or may be mounted inside an ECU (Electronic Control Unit) mounted outside the magnetic module 21. Good.
  • the magnetic sensor 20 receives a magnetic signal from either the N-pole magnetic body 30N or the S-pole magnetic body 30S of the rough magnetic pattern 31.
  • the magnetic sensor 20 that has received the signal outputs the sensor output signal Vs to the output reader 50.
  • the output reader 50 reads the value (high level V H or low level V L ) of the sensor output signal Vs according to the read clock signal CLKr. Then, the value of the read output signal Vr (high level V H , low level V L or zero level) is output from the output reader 50 to the 0/1 determiner 51.
  • the 0/1 determiner 51 determines 0 value or 1 value according to the read clock signal CLKr, passes the determination result to the ADC 57 as a 0/1 determination output signal Vdig, and the ADC 57 calculates the position of the rack 10. Is done.
  • the magnetic periodic signal (trigonometric function wavelength) from the fine magnetic pattern 32 is read by the plurality of magnetic sensors 20 provided on the fine magnetic pattern 32.
  • the read magnetic sensor 20 outputs an output signal to the output reader 56, and this output signal is sent to the ADC 57. Then, by integrating this result with the position of the rack 10 calculated on the side of the coarse magnetic pattern 31, the relative coordinates of the rack 10 in the coarse magnetic pattern 31 can be measured.
  • the above steps are mainly related to the measurement of the position of the rack 10, but the failure of the magnetic sensor 20 is detected in the following steps.
  • the 0/1 judging device 51 sends the 0/1 judging output signal Vdig to the XOR judging device 53 in accordance with the read clock signal CLKr. Further, the 0/1 determiner 51 sends the determination result of 0 value or 1 value to the first register 52 as the first register input signal Vreg1_in according to the measurement start signal Ts.
  • the first register 52 sends the first register output signal Vreg1_out having the value of the first register input signal Vreg1_in to the XOR determiner 53 according to the read clock signal CLKr.
  • the XOR determiner 53 determines a 0 value or a 1 value from the 0/1 determination output signal Vdig and the first register output signal Vreg1_out.
  • the determination result becomes 0, and the reference voltage Vss becomes the XOR determination output signal Vxor as the latch determiner 54. Is output to.
  • the XOR determiner 53 when the 0/1 determination output signal Vdig and the output signal Vreg1_out of the first register are different, the determination result is 1 and the power supply voltage Vdd is the XOR determination output signal Vxor as the latch determiner. It is output to 54.
  • the latch determiner 54 outputs the second register input signal Vreg2_in to the second register 55 according to the read clock signal CLKr.
  • the XOR determination output signal Vxor which is a signal input to the latch determiner 54, becomes 1 value (reference voltage Vss)
  • the value of the second register input signal Vreg2_in is the value of the subsequent XOR determination output signal Vxor. It is fixed to the reference voltage Vss regardless of the result of the value.
  • the second register 55 reads the second register input signal Vreg2_in according to the determination end signal Te and outputs the second register output signal Vreg2_out having the value of the second register input signal Vreg2_in.
  • the second register output signal Vreg2_out has a value of 1 (reference voltage Vss)
  • the magnetic sensor 20 is determined to be normal
  • the second register output signal Vreg2_out has a value of 0 (power supply voltage Vdd)
  • the magnetic sensor is detected. 20 is determined to be abnormal.
  • the determination end signal Te is a bit of the magnetic pattern 31 of which the rack 10 is rougher adjusted than when the measurement start signal Ts is output by another on-vehicle sensor such as an angular velocity sensor, a motor angle sensor, a vehicle body position measuring camera, or GPS. This is output when it is determined that the product of the number and the bit interval is moved.
  • the magnetic sensor 30 having the coarsely adjusted magnetic pattern 31 and the finely adjusted magnetic pattern 32 and the magnetic sensor 20, it is possible to accurately change the position of the rack 10. Therefore, it is possible to determine whether or not there is a failure in the magnetic sensor 20 at low cost.
  • the center of the magnetic pattern 30 may be aligned with the center of the magnetic module 21 in the X direction.
  • the center where they coincide is shown as center 40.
  • the “case where the rack 10 is located at the initial position” described here is a case where the steering wheel 12 is located at the initial position, the steering wheel 12 is not steered, and This is the case when the angle is zero degrees.
  • the angle of the wheel 3 is zero degree means that the direction of the wheel 3 is roughly parallel to the Y direction and the vehicle can go straight ahead in the forward direction.
  • the angle of the wheel 3 is 10 degrees means that the direction of the wheel 3 is inclined 10 degrees from the direction parallel to the Y direction.
  • the state where the angle of the wheel 3 is zero degree is a state that can frequently occur when actually driving a car. Since the center 40 of the magnetic pattern 30 coincides with the center 40 of the magnetic module 21 in a state where the angle of the wheel 3 which is frequently used is zero degree, the position of the magnetic pattern 30 and the position of the magnetic module 21 are aligned with each other. Since they are close to each other, it is possible to quickly measure the change in the position of the rack 10, and it is possible to quickly detect the failure of the magnetic sensor 20.
  • the center 40 of the magnetic pattern 30 and the center 40 of the magnetic module 21 do not necessarily have to coincide with each other. That is, it is sufficient that the center 40 of the magnetic pattern 30 overlaps at least a part of the magnetic module 21 in a plan view. In other words, the center 40 of the magnetic pattern 30 may overlap with the magnetic module 21 in plan view. Even in such a case, the variation in the position of the rack 10 can be quickly measured in a state where the angle of the wheel 3 that is frequently used is zero degree, and the failure of the magnetic sensor 20 can be quickly detected. ..
  • the actuator may be controlled so that the rack 10 returns to the initial position even when the rack 10 is moving while the vehicle is stopped. That is, the position of the magnetic pattern 30 may be adjusted by the actuator so that the center 40 of the magnetic pattern 30 overlaps the magnetic module 21. In this case, the variation in the position of the rack 10 can be measured more quickly when the vehicle starts next time, and the failure of the magnetic sensor 20 can be detected more quickly.
  • the nonmagnetic film 33 is provided between the rack 10 and the magnetic pattern 30. That is, the nonmagnetic film 33 is provided between the rack 10 and the coarse magnetic pattern 31 and between the rack 10 and the fine magnetic pattern 32.
  • the non-magnetic film 33 is provided, so that when the magnetic signal generated from the magnetic pattern 30 is read by the magnetic sensor 20, The influence of the magnetic signal generated from the rack 10 can be suppressed. Therefore, for this reason, the position of the rack 10 can be measured with high accuracy.
  • the non-magnetic film 33 is made of a resin material, for example, and may be a resin containing glass fiber. Since the resin containing glass fiber has a low coefficient of linear expansion, it is unlikely that the shape of the non-magnetic film 33 changes due to a change in environmental temperature. For this reason, it is possible to suppress such a problem that the shape of the magnetic pattern 30 formed on the non-magnetic film 33 varies, so that the position of the rack 10 can be measured with high accuracy.
  • the resin material forming the non-magnetic film 33 may be an elastic material. In that case, even if stress is generated between the rack 10 and the magnetic pattern 30 due to the difference in the linear expansion coefficient, it is possible to prevent problems such as damage to the magnetic pattern 30.
  • the sensor substrate 22 on which the magnetic sensor 20 is arranged is formed of the same resin material as the non-magnetic film 33, the sensor substrate 22 and the non-magnetic film 33 have the same linear expansion coefficient.
  • the change in ambient temperature has the effect that no stress is generated between them.
  • the area of the non-magnetic film 33 is larger than the area of the magnetic pattern 30.
  • the coarse magnetic pattern 31 and the fine magnetic pattern 32 are provided on the non-magnetic film 33.
  • the area of the non-magnetic film 33 is equal to the area of the coarse magnetic pattern 31 and the fine magnetic pattern. It is larger than the sum of the areas of the patterns 32.
  • the non-magnetic film 33 is arranged so as to include the magnetic pattern 30 in a plan view. In other words, the nonmagnetic film 33 is formed between the magnetic pattern 30 and the rack 10 so that a part of the magnetic pattern 30 does not protrude from the nonmagnetic film 33 and is not formed on the rack 10. preferable.
  • the rack 10 is made of a ferromagnetic material and the area of the nonmagnetic film 33 is smaller than the area of the magnetic pattern 30, the magnetic signal read from the magnetic pattern 30 by the magnetic sensor 20 is influenced by the magnetic signal generated from the rack 10. Therefore, the accuracy of detecting the position of the rack 10 may decrease. Therefore, since the area of the non-magnetic film 33 is larger than the area of the magnetic pattern 30, such a fear can be suppressed.
  • the non-magnetic film 33 is not formed on the entire rack 10 but is formed on a part of the rack 10. Specifically, the nonmagnetic film 33 is not provided on the curved portion 10b of the rack 10 but is selectively provided on the flat portion 10a of the rack 10. Therefore, in the X direction, the length of the nonmagnetic film 33 is shorter than the length of the rack 10.
  • the BB cross section in the second embodiment is shown in FIG. 11, but the CC cross section in the second embodiment is the same as that in FIG. 4 of the first embodiment.
  • the nonmagnetic film 33 can be easily installed.
  • a fixing pin 60 that penetrates the nonmagnetic film 33 and reaches the inside of the rack 10 is provided. Since the non-magnetic film 33 is fixed to the rack 10 by the fixing pin 60, distortion due to the difference between the expansion coefficient of the rack 10 and the expansion coefficient of the non-magnetic film 33 is generated even if the environmental temperature changes. Since the non-magnetic film 33 does not occur, the position of the rack 10 can be measured with higher accuracy.
  • the fixing pin 60 is provided at the center 41 of the non-magnetic film 33 in the X direction, and the fixing pin 60 is not provided at both ends of the non-magnetic film 33. If the fixing pin 60 is provided at the end of the nonmagnetic film 33, it is assumed that the shape of the nonmagnetic film 33 is deformed by ⁇ L due to expansion. Since the fixing pin 60 is provided in the center 41 of the non-magnetic film 33, the change in the shape of the non-magnetic film 33 due to expansion occurs at both ends of the non-magnetic film 33, and at each end. The shape of the nonmagnetic film 33 is deformed by ⁇ L/2. Therefore, even if the nonmagnetic film 33 is deformed, the positional deviation between the magnetic pattern 30 and the magnetic sensor 20 can be minimized.
  • the center 40 of the magnetic pattern 30 is the magnetic sensor 20 in the state where the position of the rack 10 that is frequently used is the initial position (the state where the angle of the wheel 3 is zero degree), the center 40 of the magnetic pattern 30 is the magnetic sensor 20. It is desirable that they overlap, and it is more desirable that the center 40 of each of the magnetic pattern 30 and the magnetic sensor 20 be coincident with the center 41 of the nonmagnetic film 33. For this reason, as in the first modification, by using the fixing pin 60, the variation in the shape of the non-magnetic film 33 near the center 41 is reduced, so that the magnetic sensor 20 further detects the magnetic signal from the magnetic pattern 30. It can be measured with high accuracy.
  • the magnetic pattern 30 including the coarse magnetic pattern 31 and the fine magnetic pattern 32 is made of a non-magnetic material such that the surface of the magnetic pattern 30 facing the magnetic sensor 20 is exposed. It is embedded inside the film 33. That is, the side surfaces and the bottom surfaces of the coarse magnetic pattern 31 and the fine magnetic pattern 32 are covered with the non-magnetic film 33 so that the surfaces of the coarse magnetic pattern 31 and the fine magnetic pattern 32 are exposed. ..
  • Such a structure can be manufactured by integrally molding the magnetic pattern 30 and the nonmagnetic film 33.
  • a non-magnetic film 33 in which a recess is formed, burying a powdery magnetic material in the recess, and then performing heat treatment, the magnetic pattern embedded in the recess of the non-magnetic film 33. 30 can be formed. This can reduce the manufacturing cost.
  • the magnetic pattern 30 of the second embodiment can be adhered as a seal on the non-magnetic film 33, for example, but in that case, the interval between the coarse magnetic pattern 31 and the fine magnetic pattern 32 can be accurately set. There is a problem that it is difficult to match. In addition, the magnetic pattern 30 thus formed has a problem that it is easily cracked. By embedding the magnetic pattern 30 in the recess of the non-magnetic film 33 as in the second modification, these problems can be suppressed as compared with the case where the magnetic pattern 30 has a seal shape.
  • a vernier type pattern is used as the absolute type magnetic pattern 30.
  • a vernier magnetic pattern 34 and a vernier magnetic pattern 35 are provided on the rack 10 as the magnetic pattern 30.
  • the vernier magnetic pattern 34 and the vernier magnetic pattern 35 each extend in the X direction and are arranged so as to be adjacent to each other in the Y direction orthogonal to the X direction.
  • N-pole magnetic bodies 30N and S-pole magnetic bodies 30S are alternately arranged, and the length L1 of the N-pole magnetic body 30N in the X direction is the S-pole magnetic body. It is equal to the length L1 of 30S.
  • N-pole magnetic bodies 30N and S-pole magnetic bodies 30S are alternately arranged, and the length L2 of the N-pole magnetic body 30N in the X direction is the S-pole magnetic body. It is equal to the length L2 of 30S.
  • the length L1 is different from the length L2 and is longer than the length L2.
  • the magnetic signals generated from the vernier magnetic pattern 34 and the vernier magnetic pattern 35 have wavelengths of different lengths and are measured by the magnetic sensor 20. Then, the position to which the rack 10 has moved can be obtained from the difference in the phase of the wavelength of the magnetic signal measured by each magnetic sensor 20. With such a configuration using the vernier magnetic pattern 30, the position of the rack 10 can be measured with high accuracy, and the failure of the magnetic sensor 20 can be detected.
  • the center 40 of the magnetic pattern 30 overlaps with the magnetic module 21, and the center 40 of the magnetic pattern 30 and the center 40 of the magnetic module 21 should coincide with each other. It is desirable to do it. Then, the boundary between the N-pole magnetic body 30N and the S-pole magnetic body 30S in the vernier-type magnetic pattern 34 and the boundary between the N-pole magnetic body 30N and the S-pole magnetic body 30S in the vernier-type magnetic pattern 35 are It is most desirable to be located in the center 40. By arranging the vernier magnetic pattern 34 and the vernier magnetic pattern 35 in this way, the magnetic sensor 20 can measure the magnetic signal from the magnetic pattern 30 with higher accuracy.
  • the technology described in the third embodiment can be applied by appropriately combining the technology described in the second embodiment.
  • the detection method is a method capable of detecting a failure of the magnetic sensor 20 when the rack 10 moves by 2 bits.
  • the M-series coarse adjustment magnetic pattern 31 is connected to the first coarse adjustment magnetic region 31a in which the N-pole magnetic body 30N and the S-pole magnetic body 30S are randomly arranged, and to the first coarse adjustment magnetic region 31a. Further, the second coarse adjustment magnetic region 31b in which the N-pole magnetic body 30N and the S-pole magnetic body 30S are alternately arranged is provided. For example, when the M-sequence coarse adjustment magnetic pattern 31 has 7 bits, the coarse adjustment magnetic pattern 31 has a region of “01010” or “1010101”. In FIG. 15, such a region is shown as the second rough magnetic region 31b.
  • each magnetic sensor 20 alternately detects 0 value and 1 value. That is, when the rack 10 moves by 2 bits, all the magnetic sensors 20 detect both 0 value and 1 value by the magnetic signals from the pair of N-pole magnetic body 30N and S-pole magnetic body 30S. Therefore, the failure of the magnetic sensor 20 can be detected quickly.
  • a part of the second coarse adjustment magnetic region 31b overlaps at least a part of the magnetic module 21 in a plan view. Is desirable. In other words, it is desirable that the second coarsely adjusted magnetic region 31b overlaps with the magnetic module 21 in a plan view. Then, it is most desirable to align the center of the second coarsely adjusted magnetic region 31b with the center of the magnetic module 21 in the X direction. In FIG. 16, the center where they coincide is shown as center 42. In this way, the failure of the magnetic sensor 20 can be detected quickly.
  • the technique described in the fourth embodiment can be applied by appropriately combining the techniques described in the second and third embodiments.
  • FIG. 18 is a sectional view taken along the line AA shown in FIG. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described.
  • the magnetic pattern 30 and the magnetic module 21 straddle the center 43 of the rack 10 in the X direction. It is located in. That is, in plan view, a part of the magnetic pattern 30 and a part of the magnetic module 21 overlap with the center 43 of the rack 10 in the X direction.
  • the technique described in the fifth embodiment can be applied by appropriately combining the techniques described in the second to fourth embodiments.
  • the magnetic pattern 30 and the magnetic module 21 are arranged so as to straddle the center 45 of the rack tooth formation region 44 in which the plurality of rack teeth 10G are formed in the X direction.
  • a part of the magnetic pattern 30 and a part of the magnetic module 21 overlap the center 45 of the rack tooth formation region 44 in the X direction.
  • the shaft 13 is provided near the center 45 of the rack tooth formation region 44. Then, a part of the housing 11 is processed according to the shape of the shaft 13.
  • the magnetic module 21 is provided as a part of the housing 11. Therefore, it is not necessary to process other regions of the housing 11 by bringing the regions of the housing 11 to be processed closer to each other. For example, a part of the housing 11 that is a region where the shaft 13 and the magnetic module 21 are formed is manufactured first, and another part of the housing 11 that is parallel to the rack 10 is manufactured later.
  • the housing 11 can also be formed by joining together. In such a case, if the technique of the sixth embodiment is used, the steering device 1 can be easily manufactured.
  • the technique described in the sixth embodiment can be applied by appropriately combining the techniques described in the second to fifth embodiments.
  • the steering wheel 12 and the shaft 13 are arranged near the center 43 of the rack 10 for a single passenger.
  • An example is a car.
  • the magnetic pattern 30 is a magnetic pattern different from the coarse magnetic pattern 31 and the fine magnetic pattern 32, and also has the abnormality detection pattern 31c for the magnetic sensor 20.
  • the abnormality detection pattern 31c has a structure in which N-pole magnetic bodies 30N and S-pole magnetic bodies 30S are alternately arranged. However, in the X direction, the lengths of the N-pole magnetic body 30N and the S-pole magnetic body 30S of the abnormality detection pattern 31c are the same as the N-pole magnetic body 30N and the S-pole magnetic body of the rough magnetic pattern 31. Shorter than each 30S length. That is, the pitch of the abnormality detection pattern 31c is shorter than the pitch of the coarse magnetic pattern 31.
  • the abnormality detection pattern 31c is formed on the surface of the rough magnetic pattern 31.
  • Such an abnormality detection pattern 31c can be formed, for example, by changing the magnetism of the surface of the rough magnetic pattern 31.
  • FIG. 22 shows a waveform of a magnetic signal detected by the magnetic sensor 20 in the seventh embodiment.
  • the waveform shown in FIG. 22 is an example of a composite waveform in which the waveform of the magnetic signal from the coarsely-adjusted magnetic pattern 31 and the waveform of the magnetic signal of the abnormality detection pattern 31c are superimposed, and for example, the sensor output signal Vs And the waveform of the magnetic signal of the abnormality detection pattern 31c.
  • the waveform of the magnetic signal from the coarse magnetic pattern 31 and the concave-convex waveform having a pitch shorter than the pitch of the waveform of the magnetic signal from the coarse magnetic pattern 31 are superimposed.
  • such a synthetic waveform is generated from the rough magnetic pattern 31 and has the first waveform having a long wavelength, and is generated from the abnormality detection pattern 31c, and has a wavelength shorter than the first waveform.
  • the second waveform is the synthesized waveform.
  • the magnetic sensor 20 when a certain magnetic sensor 20 detects both a concave portion and a convex portion having a short pitch in the magnetic signal having such a composite waveform, it is determined that the magnetic sensor 20 is not defective.
  • the magnetic sensor 20 by using the magnetic signal of such a composite waveform, the magnetic sensor 20 can be used even if the moving distance of the rack 10 is very short and detection is difficult only with the magnetic signal from the rough magnetic pattern 31. The failure can be detected quickly.
  • the abnormality detection pattern 31c is formed on the entire surface of the coarse adjustment magnetic pattern 31.
  • the abnormality detection pattern 31c is one of the surfaces of the coarse adjustment magnetic pattern 31. It may be formed in the part.
  • the abnormality detection pattern 31c may also be formed on the fine magnetic pattern 32.
  • the abnormality detection pattern 31c may be formed in a region different from the coarse magnetic pattern 31 and the fine magnetic pattern 32.
  • the abnormality detection pattern 31c may be independently formed in a region between the coarse magnetic pattern 31 and the fine magnetic pattern 32.
  • the technique described in the seventh embodiment can be applied by appropriately combining the techniques described in the second to sixth embodiments.

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Abstract

ステアリング装置の性能を向上させる。ステアリング装置１のハウジング１１の内部には、Ｘ方向に移動可能なラック１０が設けられ、ラック１０上には、複数のＮ極の磁性体３０Ｎおよび複数のＳ極の磁性体３０Ｓを有する磁気パターン３０が形成されている。また、ハウジング１１には、磁気センサ２０を有する磁気モジュール２１が取り付けられている。磁気パターン３０からの磁気信号を磁気センサ２０で受信することで、ラック１０の移動の変動を高精度に測定することができ、磁気センサ２０の故障を検知することができる。

Description

ステアリング装置
　本発明は、ステアリング装置に関し、特に、磁気センサを有するステアリング装置に好適に利用できるものである。
　近年、自動車のような乗り物において、自動運転の実用化を促進させるため、タイヤ角（車輪の角度）を制御する必要がある。そして、タイヤ角を高精度に制御するため、タイヤ角を高精度に測定する必要がある。
　例えば、特許文献１には、ステアリング装置において、ステアリングホイール（ハンドル）の回転角からタイヤ角を測定する技術が開示されている。ここでは、ステアリングホイールを回転させることで、ギアを介してラックが水平方向に移動し、このラックの水平移動がタイヤ角を変動させる。このため、ステアリングホイールの回転角を測定すれば、タイヤ角を知ることができる。
　また、特許文献２には、ラック上に磁気マークを形成し、この磁気マークを磁気センサで読み取ることで、ラックが中立位置に位置することを検知する技術が開示されている。
特開２０１５－１１７００５号公報 特開２００４－１９６０４３号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、ギアとラックとの間にバックラッシュが生じる。従って、ギアの回転角を測定した場合、ラックの位置を高精度に測定することができず、タイヤ角を高精度に測定することができないという問題が生じる。また、特許文献２に開示されている技術は、ラックの中立位置を検知するのみであり、タイヤ角の変動を正確に測定することができない。そこで、ステアリング装置内に、例えば磁気センサのような位置検知用の素子を配置させた際に、ラックの位置を高精度に測定する技術が求められる。
　また、仮に磁気センサに故障が発生すると、ラックの位置を高精度に測定することが困難となる。そこで、安全な自動運転を実現するために、磁気センサの故障を素早く検知する技術が求められる。磁気センサの故障を検知するための従来技術の一例としては、磁気センサの周囲にコイルを配置した半導体チップを用いる方法がある。この方法では、内蔵コイルに流す電流を変えることで発生する磁界を制御し、その磁界の変化を正常に検知することが可能か否かにより、磁気センサの故障の有無が判定される。しかしながら、このような磁気センサおよび内蔵コイルを有する半導体チップは、高価であり、製造コストが増加するという問題がある。
　その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
　一実施の形態であるステアリング装置は、ハウジングと、ハウジングの内部に設けられ、且つ、第１方向に移動可能なラックと、ラック上に形成され、且つ、複数のＮ極の磁性体および複数のＳ極の磁性体を有する磁気パターンと、ハウジングに取り付けられ、且つ、磁気パターンからの磁気信号を検知するための磁気センサとを有する。
　本願において開示される実施の形態によれば、ステアリング装置の性能を向上させることができる。
実施の形態１のステアリング装置の平面図である。 実施の形態１のステアリング装置の断面図である。 実施の形態１のステアリング装置の断面図である。 実施の形態１のステアリング装置の断面図である。 実施の形態１のステアリング装置の平面図である。 実施の形態１において磁気センサが磁気パターンからの磁気信号を受信する例を示す模式図である。 実施の形態１においてラックの位置測定および磁気センサの故障検知を実現するための機能ブロック図である。 図７における各機能ブロックに入出力される信号波形である。 実施の形態２のステアリング装置の平面図である。 実施の形態２のステアリング装置の断面図である。 実施の形態２のステアリング装置の断面図である。 実施の形態２の変形例１のステアリング装置の平面図である。 実施の形態２の変形例２のステアリング装置の断面図である。 実施の形態３のステアリング装置の平面図である。 実施の形態４において磁気センサを用いて磁気パターンを検知する例を示す模式図である。 実施の形態４のステアリング装置の平面図である。 実施の形態５のステアリング装置の平面図である。 実施の形態７のステアリング装置の断面図である。 実施の形態６のステアリング装置の断面図である。 実施の形態７のステアリング装置の平面図である。 実施の形態７のステアリング装置の断面図である。 実施の形態７において磁気センサで検知される磁気信号の合成波形である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
　（実施の形態１）
　図１は、本実施の形態の自動車のような乗り物のステアリング装置１の平面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ線に沿った断面図であり、図３は、図１のＢ－Ｂ線に沿った断面図であり、図４は、図１のＣ－Ｃ線に沿った断面図である。なお、図１は平面図であるが、図面を見易くするため、磁気パターン３０に含まれるＮ極の磁性体３０ＮおよびＳ極の磁性体３０Ｓにハッチングが付されている。なお、以降で説明する他の平面図でも同様に、Ｎ極の磁性体３０ＮおよびＳ極の磁性体３０Ｓにハッチングが付されている。
　図１～図３に示されるように、ステアリング装置１は、ハウジング１１、ハウジング１１の内部に設けられているラック（ロッド）１０、ラック１０上に形成された磁気パターン３０、ハウジング１１に取り付けられた磁気モジュール２１、ステアリングホイール（ハンドル）１２、および、ラック１０とステアリングホイール１２とを繋ぐシャフト１３を有する。
　ステアリング装置１では、ステアリングホイール１２を回転させることで、ステアリングホイール１２に接続されているシャフト１３が回転する。詳細に図示はしていないが、シャフト１３の先端には、シャフト１３の一部の部材として歯車状のピニオンが備えられており、シャフト１３の回転によって、シャフト１３のピニオンと、ラック１０に形成されたラック歯１０Ｇとが噛み合い、ラック１０はＸ方向（ラック１０の長手方向または移動方向）に移動する。そして、ラック１０の移動によって、タイロッド２を介して、車輪３の角度が変動する。すなわち、ステアリングホイール１２の角度を変動させることで、Ｘ方向に移動可能なラック１０の位置が変動し、車輪３の角度が変動する。
　例えば、本実施の形態では、ラック１０がＸ方向に±１０ｃｍ程度移動した場合、車輪３の角度の変動は±２０度程度となり、ステアリングホイール１２の角度の変動は±３３４度程度となる。また、ステアリングホイール１２の角度の誤差が±０．１度程度であった場合、ラック１０のＸ方向の位置の誤差は±３０μｍ程度となり、車輪３の角度の誤差は±０．００６度程度となる。
　上述のように、自動車分野においては、自動運転の技術を向上させることが求められており、車輪３の角度を高精度に制御することが求められている。そこで、本願発明者らは、ステアリング装置１内に磁気センサ２０のような位置検知用の素子を配置することで、ラック１０の位置を高精度に測定し、車輪３の角度を高精度に測定することに着目した。特に、本願発明者らは、ステアリング装置１内に、磁気パターン３０と、複数の磁気センサ２０を有する磁気モジュール２１と備える磁気式リニアエンコーダによって、ラック１０の位置を高精度に測定することに着目した。
　図１に示されるように、本実施の形態のラック１０上には、複数のＮ極の磁性体３０Ｎおよび複数のＳ極の磁性体３０Ｓを有する磁気パターン３０が形成されている。磁気パターン３０の厚さは、例えば１ｍｍである。磁気パターン３０は、ラック１０の絶対座標を検出できるアブソリュートタイプであり、粗調磁気パターン３１および微調磁気パターン３２を有する。平面視において、粗調磁気パターン３１および微調磁気パターン３２は、それぞれＸ方向に延在し、Ｘ方向と直交するＹ方向で互いに隣接するように配置されている。
　本実施の形態の粗調磁気パターン３１では、Ｎ極の磁性体３０ＮおよびＳ極の磁性体３０Ｓは、ｎビットの不規則乱数コードのパターン（Ｍ系列のパターン）を構成している。なお、粗調磁気パターン３１におけるＮ極の磁性体３０ＮおよびＳ極の磁性体３０Ｓは、他のパターンであっても良い。また、本実施の形態の微調磁気パターン３２では、Ｎ極の磁性体３０ＮとＳ極の磁性体３０Ｓとが交互に配置されている。なお、本実施の形態では、粗調磁気パターン３１が７ビットであり、粗調磁気パターン３１上に７個の磁気センサ２０が設けられている場合を例示し、微調磁気パターン３２上に４個の磁気センサ２０が設けられている場合を例示している。また、各々のビット数および磁気センサ２０の数は、適宜変更することができる。
　図２および図３に示されるように、磁気モジュール２１は、センサ基板２２に取り付けられた複数の磁気センサ２０を含み、各々の磁気センサ２０がハウジング１１と磁気パターン３０との間に位置するように、ハウジング１１に固定されている。すなわち、磁気モジュール２１は、ハウジング１１の一部を構成し、磁気モジュール２１に含まれている磁気センサ２０は、ハウジング１１の一部に用いられる部材として、ハウジング１１に取り付けられている。
　また、各々の磁気センサ２０は、磁気パターン３０からの磁気信号を受信することができる。具体的には、ｎビットの粗調磁気パターン３１からの磁気信号を、粗調磁気パターン３１上に設けられているｎ個の磁気センサ２０によって読み取ることで、ラック１０の絶対座標をミリメートル（ｍｍ）オーダで測定することができる。また、微調磁気パターン３２からの磁気的周期信号（三角関数波長）を、微調磁気パターン３２上に設けられている複数の磁気センサ２０によって読み取ることで、粗調磁気パターン３１内におけるラック１０の相対的な座標をマイクロメートル（μｍ）オーダで測定することができる。
　このように、磁気パターン３０および複数の磁気センサ２０によって、ステアリング装置１内に磁気式リニアアブソリュートエンコーダが形成されている。従って、本実施の形態では、Ｘ方向におけるラック１０の絶対座標を高精度に測定することができ、その結果から、車輪３の角度を高精度に検出することができる。すなわち、本実施の形態では、ステアリング装置１の性能を向上させることができる。
　また、図２～図４に示されるように、ラック１０は、概ね円柱状の構造を成しているが、ラック１０がシャフト１３に接続される箇所では、ラック１０に加工が施されており、複数のラック歯１０Ｇが形成されている。そして、ラック１０は、複数のラック歯１０Ｇが形成されている以外の領域において、平坦部１０ａおよび曲部１０ｂを有する。
　例えば、磁気パターン３０が平坦部１０ａ上と曲部１０ｂ上とに跨って形成されている場合、磁気パターン３０から発生する磁力線の向きおよび磁力にばらつき生じ、磁気センサ２０で正しく磁気信号を検知できない恐れがある。本実施の形態では、図３に示されるように、粗調磁気パターン３１および微調磁気パターン３２を含む磁気パターン３０は、ラック１０の平坦部１０ａ上に形成されており、ラック１０の曲部１０ｂ上に形成されていない。このため、上記の恐れを抑制することができる。すなわち、磁気パターン３０の全体が、ラック１０の平坦部１０ａ上に形成されていることが望ましい。
　＜磁気センサ２０の故障検知について＞
　磁気式リニアアブソリュートエンコーダでは、磁気センサ２０が故障すると、ラック１０の位置を高精度に測定することが困難となる。そこで、安全な自動運転を実現するためには、磁気センサ２０の故障を素早く検知する必要がある。以下に、図６～図９を用いて、本実施の形態のステアリング装置１において、磁気センサ２０の故障を検知する方法を説明する。
　図６は、磁気センサ２０が磁気パターン３０からの磁気信号を受信する例を示す模式図である。ここでは、７ビットのＭ系列コードからなる粗調磁気パターン３１からの磁気信号を、７個の磁気センサ２０で読み取る場合について説明する。
　まず、本願発明者らは、磁気センサ２０が故障している時、磁気センサ２０からの出力信号が０値または１値に固定されている場合が多いことに着目した。以下の説明では、磁気センサ２０からの異なる２つの出力信号のうち、一方が０値であり、他方が１値であるとして説明する。なお、磁気センサ２０がホールスイッチのようなセンサである場合には、出力信号として１値または－１値が出力されるが、ここでは、１値または－１値のうち、一方が０値であり、他方が１値であるとして説明する。
　図６に示されるように、「移動前」の位置にあった粗調磁気パターン３１が、ラック１０の移動に伴って「移動後」の位置まで移動したとする。そして、Ｍ系列の粗調磁気パターン３１のビット数が７ビットであるとする。この場合、粗調磁気パターン３１が７ビット分移動すると、各々の磁気センサ２０は、少なくとも１つのＮ極の磁性体３０Ｎおよび少なくとも１つのＳ極の磁性体３０Ｓからの磁気信号を受信するので、各々の磁気センサ２０は、０値および１値の両方を少なくとも１回検知することになる。
　そこで、本実施の形態では、粗調磁気パターン３１のビット数とビット間隔との積の距離をラック１０が動く間に、各々の磁気センサ２０が、０値および１値の両方を少なくとも１回検知するか否かを以て、各磁気センサ２０が故障しているか否かを判定する。すなわち、磁気センサ２０が０値および１値の両方を出力した場合、その磁気センサ２０は正常であると判定され、磁気センサ２０が０値または１値の何れか一方のみを出力した場合、その磁気センサ２０は故障であると判定される。
　ここで、粗調磁気パターン３１のビット数とビット間隔との積の距離をラック１０が移動したか否かは、自動車に取り付けられた他の車載センサからの出力信号を用いることで、判定することができる。そのような他の車載センサとしては、例えば、角速度センサ、モータ角センサ、車体位置測定カメラまたはＧＰＳなどが挙げられる。このような構成によれば、磁気センサ２０および内蔵コイルを有する半導体チップを用いなくても、磁気センサ２０の故障を検知することができる。
　図７は、実施の形態１において、ラック１０の位置測定および磁気センサ２０の故障検知を実現するための機能ブロック図であり、図８は、図７における各機能ブロックに入出力される信号波形を示している。なお、図７および図８に示される各信号は、電圧レベルで示されている。また、図７に示される出力読取器５０、０／１判定器５１、第１レジスタ５２、ＸＯＲ判定器５３、ラッチ判断器５４、第２レジスタ５５、出力読取器５６およびＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）５７は、それぞれ、磁気センサ２０に電気的に接続された他の半導体チップの内部に形成されている電気回路である。そして、このような半導体チップは、磁気センサ２０と共に磁気モジュール２１の内部に搭載されていてもよいし、磁気モジュール２１の外部に取り付けられているＥＣＵ（Electronic Control Unit）の内部に搭載されていてもよい。
　まず、粗調磁気パターン３１のうちＮ極の磁性体３０ＮまたはＳ極の磁性体３０Ｓの何れかからの磁気信号を、磁気センサ２０が受信する。受信を行った磁気センサ２０は、センサ出力信号Ｖｓを出力読取器５０へ出力する。
　次に、出力読取器５０は、読取クロック信号ＣＬＫｒに従って、センサ出力信号Ｖｓの値（ハイレベルＶＨまたはローレベルＶＬ）を読取る。その後、読取出力信号Ｖｒの値（ハイレベルＶＨ、ローレベルＶＬまたはゼロレベル）を、出力読取器５０から０／１判定器５１へ出力する。
　次に、０／１判定器５１は、読取クロック信号ＣＬＫｒに従って０値または１値の判定を行い、この判定結果を０／１判定出力信号ＶｄｉｇとしてＡＤＣ５７に渡し、ＡＤＣ５７においてラック１０の位置の算出が行われる。
　一方で、微調磁気パターン３２からの磁気的周期信号（三角関数波長）を、微調磁気パターン３２上に設けられている複数の磁気センサ２０によって読み取る。読み取りを行った磁気センサ２０は、出力信号を出力読取器５６へ出力し、この出力信号はＡＤＣ５７へ送られる。そして、この結果を、粗調磁気パターン３１側で算出されたラック１０の位置に統合することで、粗調磁気パターン３１内におけるラック１０の相対的な座標を測定することができる。
　以上のステップは、主に、ラック１０の位置の測定に関するが、以降のステップによって、磁気センサ２０の故障検知が行われる。
　０／１判定器５１は、読取クロック信号ＣＬＫｒに従って０／１判定出力信号ＶｄｉｇをＸＯＲ判定器５３へ送る。また、０／１判定器５１は、測定開始信号Ｔｓに従って、０値または１値の判定結果を第１レジスタ入力信号Ｖｒｅｇ１＿ｉｎとして第１レジスタ５２へ送る。
　次に、第１レジスタ５２は、読取クロック信号ＣＬＫｒに従って、第１レジスタ入力信号Ｖｒｅｇ１＿ｉｎの値を有する第１レジスタ出力信号Ｖｒｅｇ１＿ｏｕｔをＸＯＲ判定器５３へ送る。
　次に、ＸＯＲ判定器５３は、０／１判定出力信号Ｖｄｉｇおよび第１レジスタ出力信号Ｖｒｅｇ１＿ｏｕｔから、０値または１値を判定する。ＸＯＲ判定器５３において、０／１判定出力信号Ｖｄｉｇと第１レジスタの出力信号Ｖｒｅｇ１＿ｏｕｔとが等しい場合には、判定結果が０値となり、基準電圧Ｖｓｓが、ＸＯＲ判定出力信号Ｖｘｏｒとしてラッチ判断器５４へ出力される。また、ＸＯＲ判定器５３において、０／１判定出力信号Ｖｄｉｇと第１レジスタの出力信号Ｖｒｅｇ１＿ｏｕｔとが異なる場合は、判定結果が１値となり、電源電圧Ｖｄｄが、ＸＯＲ判定出力信号Ｖｘｏｒとしてラッチ判断器５４へ出力される。
　次に、ラッチ判断器５４は、読取クロック信号ＣＬＫｒに従って、第２レジスタ入力信号Ｖｒｅｇ２＿ｉｎを第２レジスタ５５へ出力する。ここで、ラッチ判断器５４に入力する信号であるＸＯＲ判定出力信号Ｖｘｏｒが１値（基準電圧Ｖｓｓ）となった段階で、第２レジスタ入力信号Ｖｒｅｇ２＿ｉｎの値は、以後のＸＯＲ判定出力信号Ｖｘｏｒの値の結果に関わらず、基準電圧Ｖｓｓに固定される。
　次に、第２レジスタ５５は、判定終了信号Ｔｅに従って第２レジスタ入力信号Ｖｒｅｇ２＿ｉｎを読取り、第２レジスタ入力信号Ｖｒｅｇ２＿ｉｎの値を有する第２レジスタ出力信号Ｖｒｅｇ２＿ｏｕｔを出力する。ここで、第２レジスタ出力信号Ｖｒｅｇ２＿ｏｕｔが１値（基準電圧Ｖｓｓ）の場合、磁気センサ２０は正常であると判定され、第２レジスタ出力信号Ｖｒｅｇ２＿ｏｕｔが０値（電源電圧Ｖｄｄ）の場合、磁気センサ２０は異常であると判定される。
　以上の動作を、他のＮ極の磁性体３０Ｎまたは他のＳ極の磁性体３０Ｓの各々に対応する磁気センサ２０に対して行うことで、全ての磁気センサ２０が故障しているか否かの判定を行うことができる。
　なお、判定終了信号Ｔｅは、角速度センサ、モータ角センサ、車体位置測定カメラ、またはＧＰＳなどのような他の車載センサによって、測定開始信号Ｔｓ出力時よりもラック１０が粗調磁気パターン３１のビット数とビット間隔との積の距離を移動した、と判定された場合に出力される。
　また、上記の説明は、粗調磁気パターン３１に用いられる磁気センサ２０の故障を判定する場合について行ったが、微調磁気パターン３２に用いられる磁気センサ２０の故障を判定する場合についても、同様の手法で行うことができる。
　以上のように、本実施の形態のステアリング装置１では、粗調磁気パターン３１および微調磁気パターン３２を有する磁気パターン３０と、磁気センサ２０とを用いることで、ラック１０の位置の変動を高精度に測定することができ、磁気センサ２０の故障の有無を低コストで判定することができる。
　また、図５に示されるように、ラック１０が初期位置に位置している場合、Ｘ方向において、磁気パターン３０の中央と、磁気モジュール２１の中央とを一致させてもよい。図５では、これらが一致している中央は、中央４０として示されている。
　なお、ここで説明している「ラック１０が初期位置に位置している場合」とは、ステアリングホイール１２が初期位置に位置している場合であり、ステアリングホイール１２が操舵されず、車輪３の角度がゼロ度の場合である。また、「車輪３の角度がゼロ度」とは、車輪３の向きが、Ｙ方向と粗平行であり、自動車の前方向に直進できる状態を意味する。例えば、「車輪３の角度が１０度」とは、車輪３の向きがＹ方向と平行な方向から１０度傾いている状態を意味する。
　このような車輪３の角度がゼロ度の状態は、自動車を実際に運転する際に頻繁に起こり得る状態である。使用頻度の高い車輪３の角度がゼロ度の状態において、磁気パターン３０の中央４０が、磁気モジュール２１の中央４０と一致していることにより、磁気パターン３０の位置と磁気モジュール２１の位置とが近いので、ラック１０の位置の変動を迅速に測定することができ、磁気センサ２０の故障の検知を迅速に行うことができる。
　また、ラック１０が初期位置に位置している場合に、磁気パターン３０の中央４０と、磁気モジュール２１の中央４０とが必ずしも一致していなくともよい。すなわち、平面視において、磁気パターン３０の中央４０が、少なくとも磁気モジュール２１の一部と重なっていればよい。言い換えれば、平面視において、磁気パターン３０の中央４０は、磁気モジュール２１とオーバーラップしていればよい。このような場合でも、使用頻度の高い車輪３の角度がゼロ度の状態で、ラック１０の位置の変動を迅速に測定することができ、磁気センサ２０の故障の検知を迅速に行うことができる。
　しかしながら、磁気センサ２０の故障の検知に最も有効であるのは、上述のように、磁気パターン３０の中央４０が、磁気モジュール２１の中央４０と一致している状態である。
　また、自動車が停車した状態において、ラック１０が移動していた場合でも、ラック１０が初期位置に戻るように、アクチュエータを制御してもよい。すなわち、アクチュエータによって、磁気パターン３０の中央４０が磁気モジュール２１とオーバーラップするように、磁気パターン３０の位置を調整してもよい。この場合、次回の自動車の発車時に、ラック１０の位置の変動を更に迅速に測定することができ、磁気センサ２０の故障の検知を更に迅速に行うことができる。
　（実施の形態２）
　以下に、実施の形態２のステアリング装置１を、図９～図１１を用いて説明する。図９～図１１は、それぞれ実施の形態１の図１～図３に対応する図面である。なお、以下では、実施の形態１との相違点を主に説明する。
　図９～図１１に示されるように、実施の形態２では、ラック１０と磁気パターン３０との間に、非磁性体膜３３が設けられている。すなわち、ラック１０と粗調磁気パターン３１との間、および、ラック１０と微調磁気パターン３２との間に、非磁性体膜３３が設けられている。
　例えば、ラック１０が、強磁性体によって構成されている場合であっても、非磁性体膜３３が設けられていることによって、磁気パターン３０から発生する磁気信号を磁気センサ２０によって読み取る際に、ラック１０から発生する磁気信号の影響を抑制することができる。従って、このため、ラック１０の位置を高精度に測定することができる。
　非磁性体膜３３は、例えば樹脂材料からなり、ガラス繊維を含む樹脂であってもよい。ガラス繊維を含む樹脂は線膨張係数が低いので、環境温度の変化によって、非磁性体膜３３の形状が変化する恐れが低い。このため、非磁性体膜３３の上に形成される磁気パターン３０の形状がばらつくなどの不具合を抑制することができるので、ラック１０の位置を高精度に測定することができる。
　また、非磁性体膜３３を構成する樹脂材料は、弾性材料であっても良い。その場合、線膨張係数の違いによって、ラック１０と磁気パターン３０との間に応力が生じても、磁気パターン３０が破損するなどの不具合を防止することができる。
　また、磁気センサ２０が配置されるセンサ基板２２が、非磁性体膜３３と同じ樹脂材料で形成されている場合、センサ基板２２および非磁性体膜３３の各々の線膨張係数が等しくなるので、環境温度の変化によって、互いの間に応力が生じないという効果が得られる。
　また、非磁性体膜３３の面積は、磁気パターン３０の面積よりも大きい。具体的には、非磁性体膜３３上には、粗調磁気パターン３１および微調磁気パターン３２が設けられているが、非磁性体膜３３の面積は、粗調磁気パターン３１の面積と微調磁気パターン３２の面積との和よりも大きい。また、平面視において、非磁性体膜３３は、磁気パターン３０を内包するように配置されていることが好ましい。言い換えれば、磁気パターン３０の一部が、非磁性体膜３３からはみ出し、ラック１０上に形成されないように、磁気パターン３０とラック１０との間に非磁性体膜３３が形成されていることが好ましい。
　仮に、ラック１０が強磁性体からなり、非磁性体膜３３の面積が磁気パターン３０の面積より小さい場合、磁気センサ２０が磁気パターン３０から読み取る磁気信号が、ラック１０から発生する磁気信号の影響を受ける恐れがあるため、ラック１０の位置の検出精度が低下する恐れがある。従って、非磁性体膜３３の面積が、磁気パターン３０の面積よりも大きいことで、このような恐れを抑制することができる。
　また、非磁性体膜３３は、ラック１０全体に形成されておらず、ラック１０の一部に形成されている。具体的には、非磁性体膜３３は、ラック１０の曲部１０ｂに設けられておらず、ラック１０の平坦部１０ａに選択的に設けられている。このため、Ｘ方向において、非磁性体膜３３の長さは、ラック１０の長さよりも短い。
　実施の形態２におけるＢ－Ｂ断面は、図１１に示されているが、実施の形態２におけるＣ－Ｃ断面は、実施の形態１の図４と同じである。このように、非磁性体膜３３を曲部１０ｂではなく平坦部１０ａに設けることで、非磁性体膜３３の設置が容易となる。
　（実施の形態２の変形例１）
　以下に、実施の形態２の変形例１のステアリング装置１を、図１２を用いて説明する。なお、以下では、実施の形態２との相違点を主に説明する。
　図１２に示されるように、変形例１では、非磁性体膜３３を貫通し、ラック１０の内部に到達する固定ピン６０が設けられている。固定ピン６０によって非磁性体膜３３がラック１０に固定されていることで、環境温度の変化があったとしても、ラック１０の膨張係数と非磁性体膜３３の膨張係数との差による歪が、非磁性体膜３３に発生しないため、ラック１０の位置をより高精度に測定することができる。
　また、固定ピン６０は、Ｘ方向における非磁性体膜３３の中央４１に設けられており、非磁性体膜３３の両端部には固定ピン６０は設けられていない。仮に、固定ピン６０を非磁性体膜３３の端部に設けた場合、膨張によって非磁性体膜３３の形状がΔＬ分だけ変形したとする。固定ピン６０が非磁性体膜３３の中央４１に設けられていることによって、膨張によって非磁性体膜３３の形状の変動は、非磁性体膜３３の両端部で発生し、両端部における各々の非磁性体膜３３の形状は、ΔＬ／２分だけ変形する。従って、仮に、非磁性体膜３３が変形したとしても、磁気パターン３０と磁気センサ２０との位置ずれを最小限にすることができる。
　更に、実施の形態１で説明したような、使用頻度の高いラック１０の位置が初期位置である状態（車輪３の角度がゼロ度の状態）において、磁気パターン３０の中央４０が磁気センサ２０とオーバーラップしていることが望ましく、磁気パターン３０および磁気センサ２０の各々の中央４０が、非磁性体膜３３の中央４１と一致していることがより望ましい。このため、変形例１のように、固定ピン６０を用いて、中央４１付近における非磁性体膜３３の形状の変動が小さくなることによって、磁気センサ２０は、磁気パターン３０からの磁気信号をより高精度に測定することができる。
　（実施の形態２の変形例２）
　以下に、実施の形態２の変形例２のステアリング装置１を、図１３を用いて説明する。なお、以下では、実施の形態２との相違点を主に説明する。
　図１３に示されるように、変形例２では、粗調磁気パターン３１および微調磁気パターン３２を含む磁気パターン３０が、磁気センサ２０に対向する磁気パターン３０の表面が露出するように、非磁性体膜３３の内部に埋め込まれている。すなわち、粗調磁気パターン３１および微調磁気パターン３２の各々の表面が露出するように、粗調磁気パターン３１および微調磁気パターン３２の各々の側面および底面は、非磁性体膜３３によって覆われている。
　このような構造は、磁気パターン３０と非磁性体膜３３とを一体成型することで製造できる。例えば、凹部が形成されている非磁性体膜３３を用意し、凹部内に粉末状の磁性体を埋め込み、その後、熱処理を施すことで、非磁性体膜３３の凹部内に埋め込まれた磁気パターン３０を形成することができる。これによって、製造コストを低下させることができる。
　また、実施の形態２の磁気パターン３０は、例えば非磁性体膜３３上にシールとして張り合わせることもできるが、その場合、粗調磁気パターン３１と微調磁気パターン３２との間の間隔を精度良く合わせることが難しいという問題がある。また、このように形成された磁気パターン３０は、割れ易いという問題もある。変形例２のように、非磁性体膜３３の凹部内に磁気パターン３０を埋め込むことで、磁気パターン３０がシール状であった場合と比較して、これらの問題を抑制することができる。
　なお、変形例２で説明した技術に、変形例１で説明した技術を適宜組み合わせて適用することもできる。
　（実施の形態３）
　以下に、実施の形態３のステアリング装置１を、図１４を用いて説明する。なお、以下では、実施の形態１との相違点を主に説明する。
　実施の形態３では、アブソリュートタイプの磁気パターン３０として、バーニア型のパターンが用いられている。
　図１４に示されるように、ラック１０上には、磁気パターン３０として、バーニア型磁気パターン３４およびバーニア型磁気パターン３５の２つのパターンが設けられている。平面視において、バーニア型磁気パターン３４およびバーニア型磁気パターン３５は、それぞれＸ方向に延在し、Ｘ方向と直交するＹ方向で互いに隣接するように配置されている。
　バーニア型磁気パターン３４では、Ｎ極の磁性体３０ＮとＳ極の磁性体３０Ｓとが交互に配置されており、Ｘ方向において、Ｎ極の磁性体３０Ｎの長さＬ１は、Ｓ極の磁性体３０Ｓの長さＬ１と等しい。バーニア型磁気パターン３５では、Ｎ極の磁性体３０ＮとＳ極の磁性体３０Ｓとが交互に配置されており、Ｘ方向において、Ｎ極の磁性体３０Ｎの長さＬ２は、Ｓ極の磁性体３０Ｓの長さＬ２と等しい。ここで、長さＬ１は、長さＬ２と異なっており、長さＬ２よりも長い。
　実施の形態３では、バーニア型磁気パターン３４およびバーニア型磁気パターン３５から発生する磁気信号の各々は、異なる長さの波長を有し、磁気センサ２０で測定される。そして、各々の磁気センサ２０において測定された磁気信号の波長の位相の違いから、ラック１０が移動した位置を求めることができる。このようなバーニア型の磁気パターン３０を用いた構成によっても、ラック１０位置を高精度に測定することができ、磁気センサ２０の故障の検知を行うことができる。
　また、ラック１０の位置が初期位置である状態において、磁気パターン３０の中央４０が磁気モジュール２１とオーバーラップしていることが望ましく、磁気パターン３０の中央４０が、磁気モジュール２１の中央４０と一致していることが望ましい。そして、バーニア型磁気パターン３４におけるＮ極の磁性体３０ＮとＳ極の磁性体３０Ｓとの境界、および、バーニア型磁気パターン３５におけるＮ極の磁性体３０ＮとＳ極の磁性体３０Ｓとの境界が、中央４０に位置していることが、最も望ましい。このようにバーニア型磁気パターン３４およびバーニア型磁気パターン３５を配置することで、磁気センサ２０は、磁気パターン３０からの磁気信号をより高精度に測定することができる。
　なお、実施の形態３で説明した技術に、実施の形態２で説明した技術を適宜組み合わせて適用することもできる。
　（実施の形態４）
　以下に、実施の形態４のステアリング装置１を、図１５および図１６を用いて説明する。なお、以下では、実施の形態１との相違点を主に説明する。
　実施の形態４では、磁気センサ２０の故障を検知するために、実施の形態１と同じＭ系列の粗調磁気パターン３１を用いるが、粗調磁気パターン３１のうち、実施の形態１とは異なる領域を用いる。また、ここでの検知方法は、ラック１０が２ビット分移動した際に、磁気センサ２０の故障を検知することができる方法である。
　Ｍ系列の粗調磁気パターン３１は、Ｎ極の磁性体３０ＮとＳ極の磁性体３０Ｓとがランダムに配置された第１粗調磁気領域３１ａ、および、第１粗調磁気領域３１ａに接続され、且つ、Ｎ極の磁性体３０ＮとＳ極の磁性体３０Ｓとが交互に配置された第２粗調磁気領域３１ｂが設けられている。例えば、Ｍ系列の粗調磁気パターン３１が７ビットである場合、粗調磁気パターン３１には、「０１０１０１０」または「１０１０１０１」となる領域が存在する。図１５では、このような領域が第２粗調磁気領域３１ｂとして示されている。
　このため、第２粗調磁気領域３１ｂにおいて、各々の磁気センサ２０では、０値および１値が交互に検知される。すなわち、ラック１０が２ビット分移動した際に、全ての磁気センサ２０は、一対のＮ極の磁性体３０ＮおよびＳ極の磁性体３０Ｓからの磁気信号によって、０値および１値の両方を検知することになるので、磁気センサ２０の故障の検知を迅速に行うことができる。
　また、図１６に示されるように、ラック１０が初期位置に位置している場合、平面視において、第２粗調磁気領域３１ｂの一部が、少なくとも磁気モジュール２１の一部と重なっていることが望ましい。言い換えれば、平面視において、第２粗調磁気領域３１ｂは、磁気モジュール２１とオーバーラップしていることが望ましい。そして、Ｘ方向において、第２粗調磁気領域３１ｂの中央と、磁気モジュール２１の中央とを一致させることが最も望ましい。図１６では、これらが一致している中央は、中央４２として示されている。このようにして、磁気センサ２０の故障の検知を迅速に行うことができる。
　なお、実施の形態４で説明した技術に、実施の形態２および実施の形態３で説明した技術を適宜組み合わせて適用することもできる。
　（実施の形態５）
　以下に、実施の形態５のステアリング装置１を、図１７および図１８を用いて説明する。図１８は、図１７に示されるＡ－Ａ線に沿った断面図である。なお、以下では、実施の形態１との相違点を主に説明する。
　図１７および図１８に示されるように、実施の形態５では、ラック１０が初期位置に位置している場合、Ｘ方向において、磁気パターン３０および磁気モジュール２１が、ラック１０の中央４３を跨ぐように配置されている。すなわち、平面視において、磁気パターン３０の一部および磁気モジュール２１の一部が、Ｘ方向におけるラック１０の中央４３と重なっている。このように磁気パターン３０および磁気モジュール２１を配置したことによって、ラック１０の位置の測定をより高精度に行うことができる。
　なお、実施の形態５で説明した技術に、実施の形態２～４で説明した技術を適宜組み合わせて適用することもできる。
　（実施の形態６）
　以下に、実施の形態６のステアリング装置１を、図１９を用いて説明する。なお、以下では、実施の形態１との相違点を主に説明する。
　図１９に示されるように、実施の形態６では、磁気パターン３０および磁気モジュール２１が、Ｘ方向において、複数のラック歯１０Ｇが形成されているラック歯形成領域４４の中央４５を跨ぐように配置されている。すなわち、平面視において、磁気パターン３０の一部および磁気モジュール２１の一部が、Ｘ方向におけるラック歯形成領域４４の中央４５と重なっている。このように磁気パターン３０および磁気モジュール２１を配置したことによっても、ラック１０の位置の測定をより高精度に行うことができる。
　また、ラック歯形成領域４４の中央４５付近には、シャフト１３が設けられている。そして、シャフト１３の形状に合わせて、ハウジング１１の一部が加工されている。一方で、磁気モジュール２１は、ハウジング１１の一部として設けられている。従って、ハウジング１１のうち加工が施される領域を近づけることで、ハウジング１１の他の領域を加工する必要がない。例えば、シャフト１３および磁気モジュール２１が形成される領域となるハウジング１１の一部を先に製造しておき、ラック１０に沿って平行となるハウジング１１の他部を後で製造し、その後、これらを接合させてハウジング１１を形成することもできる。このような場合に、実施の形態６の技術を用いれば、ステアリング装置１の製造が容易となる。
　なお、実施の形態６で説明した技術に、実施の形態２～５で説明した技術を適宜組み合わせて適用することもできる。例えば、上記実施の形態で示したラックの中央４３およびラック歯形成領域の中央４５が一致するような形態として、ステアリングホイール１２およびシャフト１３がラック１０の中央４３付近に配置された一人乗り用の自動車が挙げられる。
　（実施の形態７）
　以下に、実施の形態７のステアリング装置１を、図２０～図２２を用いて説明する。図２１は、図２０に示されるＡ－Ａ線に沿った断面図である。なお、以下では、実施の形態１との相違点を主に説明する。
　実施の形態７では、磁気パターン３０は、粗調磁気パターン３１および微調磁気パターン３２とは別の磁気パターンであって、且つ、磁気センサ２０用の異常検出用パターン３１ｃを有する。
　この異常検出用パターン３１ｃは、粗調磁気パターン３１と同様にＮ極の磁性体３０ＮとＳ極の磁性体３０Ｓとが交互に配置された構造を成す。しかし、Ｘ方向において、異常検出用パターン３１ｃのＮ極の磁性体３０ＮおよびＳ極の磁性体３０Ｓの各々の長さは、粗調磁気パターン３１のＮ極の磁性体３０ＮおよびＳ極の磁性体３０Ｓの各々の長さよりも短い。すなわち、異常検出用パターン３１ｃのピッチは、粗調磁気パターン３１のピッチよりも短い。
　図２０および図２１に示されるように、実施の形態７では、異常検出用パターン３１ｃが、粗調磁気パターン３１の表面に形成されている。このような異常検出用パターン３１ｃは、例えば、粗調磁気パターン３１の表面の磁性を変化させることによって、形成することができる。
　図２２は、実施の形態７において磁気センサ２０で検知される磁気信号の波形を示している。図２２に示されている波形は、粗調磁気パターン３１からの磁気信号の波形と、異常検出用パターン３１ｃの磁気信号の波形とを重ね合わせた合成波形の一例であり、例えばセンサ出力信号Ｖｓの波形と、異常検出用パターン３１ｃの磁気信号の波形との合成波形である。ここでは、粗調磁気パターン３１からの磁気信号の波形と、粗調磁気パターン３１からの磁気信号の波形のピッチよりも短いピッチを有する凹凸型の波形とが重ね合わされている。言い換えれば、このような合成波形は、粗調磁気パターン３１から発生し、且つ、長い波長を有する第１波形に、異常検出用パターン３１ｃから発生し、且つ、第１波形よりも短い波長を有する第２波形が合成された波形である。
　例えば、ある磁気センサ２０が、このような合成波形の磁気信号のうち、ピッチの短い凹部および凸部の両方を検知した場合、この磁気センサ２０は故障していないと判断される。実施の形態７では、このような合成波形の磁気信号を用いることで、ラック１０の移動距離が非常に短く、粗調磁気パターン３１からの磁気信号のみでは検知が難しかった場合でも、磁気センサ２０の故障の検知を迅速に行うことができる。
　また、実施の形態７では、異常検出用パターン３１ｃが、粗調磁気パターン３１の表面全体に形成されている例を示したが、異常検出用パターン３１ｃは、粗調磁気パターン３１の表面の一部に形成されていてもよい。また、異常検出用パターン３１ｃは、微調磁気パターン３２にも形成されていてもよい。また、異常検出用パターン３１ｃは、粗調磁気パターン３１および微調磁気パターン３２と異なる領域に形成されていてもよい。例えば、粗調磁気パターン３１と微調磁気パターン３２との間の領域に、異常検出用パターン３１ｃが独立して形成されていてもよい。
　なお、実施の形態７で説明した技術に、実施の形態２～６で説明した技術を適宜組み合わせて適用することもできる。
　以上、本発明を実施するための形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
１　　ステアリング装置
２　　タイロッド
３　　車輪
１０　　ラック
１０ａ　　平坦部
１０ｂ　　曲部
１０Ｇ　　ラック歯
１１　　ハウジング
１２　　ステアリングホイール
１３　　シャフト
２０　　磁気センサ
２１　　磁気モジュール
２２　　センサ基板
３０　　磁気パターン
３０Ｎ　　Ｎ極の磁性体
３０Ｓ　　Ｓ極の磁性体
３１　　粗調磁気パターン
３１ａ　　第１粗調磁気領域
３１ｂ　　第２粗調磁気領域
３１ｃ　　異常検出用パターン
３２　　微調磁気パターン
３３　　非磁性体膜
３４　　バーニア型磁気パターン
３５　　バーニア型磁気パターン
４０　　磁気パターンの中央および磁気モジュールの中央
４１　　非磁性体膜の中央
４２　　第２パターンの中央および磁気モジュールの中央
４３　　ラックの中央
４４　　ラック歯形成領域
４５　　ラック歯形成領域の中央
５０　　出力読取器
５１　　０／１判定器
５２　　第１レジスタ
５３　　ＸＯＲ判定器
５４　　ラッチ判断器
５５　　第２レジスタ
５６　　出力読取器
５７　　ＡＤＣ
６０　　固定ピン
ＣＬＫｒ　　クロック信号
Ｔｓ　　判定開始信号
Ｔｅ　　判定終了信号
Ｖｄｉｇ　　０／１判定出力信号
Ｖｒ　　読取出力信号
Ｖｒｅｇ１＿ｉｎ　　第１レジスタ入力信号
Ｖｒｅｇ１＿ｏｕｔ　　第１レジスタ出力信号
Ｖｒｅｇ２＿ｉｎ　　第２レジスタ入力信号
Ｖｒｅｇ２＿ｏｕｔ　　第２レジスタ出力信号
Ｖｓ　　センサ出力信号
Ｖｘｏｒ　　ＸＯＲ判定出力信号
 

Claims (15)

  1. 　ハウジングと、
    　前記ハウジングの内部に設けられ、且つ、第１方向に移動可能なラックと、
    　前記ラック上に形成され、且つ、複数のＮ極の磁性体および複数のＳ極の磁性体を有する磁気パターンと、
    　前記ハウジングに取り付けられ、且つ、前記磁気パターンからの磁気信号を検知するための磁気センサと、
    　を有する、ステアリング装置。
  2. 　請求項１に記載のステアリング装置において、
    　前記ラックは、少なくとも平坦部を有し、
    　前記磁気パターンは、前記ラックの前記平坦部に形成されている、ステアリング装置。
  3. 　請求項１に記載のステアリング装置において、
    　前記ラックと前記磁気パターンとの間に、非磁性体膜を更に有する、ステアリング装置。
  4. 　請求項３に記載のステアリング装置において、
    　前記非磁性体膜の面積は、前記磁気パターンの面積よりも大きく、
    　平面視において、前記磁気パターンは、前記非磁性体膜に内包されている、ステアリング装置。
  5. 　請求項３に記載のステアリング装置において、
    　前記非磁性体膜を貫通し、且つ、前記ラックの内部に到達する固定ピンを更に有する、ステアリング装置。
  6. 　請求項３に記載のステアリング装置において、
    　前記磁気パターンは、前記磁気センサに対向する前記磁気パターンの表面が露出するように、前記非磁性体膜の内部に埋め込まれている、ステアリング装置。
  7. 　請求項１に記載のステアリング装置において、
    　前記磁気センサが、少なくとも１つの前記Ｎ極の磁性体および少なくとも１つの前記Ｓ極の磁性体からの磁気信号を受信した後、前記磁気センサが０値および１値の両方を出力した場合、前記磁気センサは正常であると判定され、前記磁気センサが０値または１値の何れか一方のみを出力した場合、前記磁気センサは故障であると判定される、ステアリング装置。
  8. 　請求項７に記載のステアリング装置において、
    　前記磁気パターンは、前記複数のＮ極の磁性体および前記複数のＳ極の磁性体がＭ系列のパターンを構成している第１パターンと、平面視で前記第１方向と直交する第２方向において前記第１パターンと隣接するように配置され、且つ、前記Ｎ極の磁性体および前記Ｓ極の磁性体が交互に配置されている第２パターンとを有する、ステアリング装置。
  9. 　請求項８に記載のステアリング装置において、
    　前記第１パターンは、前記複数のＮ極の磁性体および前記複数のＳ極の磁性体がランダムに配置されている第１領域と、前記第１領域に接続され、且つ、前記Ｎ極の磁性体および前記Ｓ極の磁性体が交互に配置されている第２領域とを有し、
    　前記磁気センサが正常であるか故障であるかの判定は、前記第１領域の一対の前記Ｎ極の磁性体および前記Ｓ極の磁性体からの磁気信号によって行われる、ステアリング装置。
  10. 　請求項９に記載のステアリング装置において、
    　前記ハウジングに取り付けられ、且つ、複数の前記磁気センサを含む磁気モジュールを更に有し、
    　前記ラックが初期位置に位置している場合、平面視において、前記第１領域の中央が、前記磁気モジュールの一部と重なっている、ステアリング装置。
  11. 　請求項８に記載のステアリング装置において、
    　前記磁気パターンは、前記第１パターンおよび前記第２パターンとは異なり、且つ、前記Ｎ極の磁性体および前記Ｓ極の磁性体が交互に配置されている第３パターンを有し、
    　前記第１方向において、前記第３パターンにおける前記Ｎ極の磁性体および前記Ｓ極の磁性体の各々の長さは、前記第１パターンにおける前記Ｎ極の磁性体および前記Ｓ極の磁性体の各々の長さよりも短く、
    　前記磁気センサが正常であるか故障であるかの判定は、前記第１パターンからの磁気信号の波形と、前記第３パターンからの磁気信号の波形との合成波形によって行われる、ステアリング装置。
  12. 　請求項７に記載のステアリング装置において、
    　前記磁気パターンは、前記Ｎ極の磁性体および前記Ｓ極の磁性体が交互に配置されている第４パターンおよび第５パターンを有し、
    　前記第４パターンは、平面視で前記第１方向と直交する第２方向において、前記第５パターンと隣接するように配置され、
    　前記第１方向において、前記第４パターンにおける前記Ｎ極の磁性体および前記Ｓ極の磁性体の各々の長さは、前記第５パターンにおける前記Ｎ極の磁性体および前記Ｓ極の磁性体の各々の長さよりも長い、ステアリング装置。
  13. 　請求項１に記載のステアリング装置において、
    　前記ハウジングに取り付けられ、且つ、複数の前記磁気センサを含む磁気モジュールを更に有し、
    　前記ラックが初期位置に位置している場合、平面視において、前記磁気パターンの中央が、前記磁気モジュールの一部と重なっている、ステアリング装置。
  14. 　請求項１に記載のステアリング装置において、
    　前記ハウジングに取り付けられ、且つ、複数の前記磁気センサを含む磁気モジュールを更に有し、
    　前記ラックが初期位置に位置している場合、平面視において、前記磁気パターンの一部および前記磁気モジュールの一部が、前記第１方向における前記ラックの中央と重なっている、ステアリング装置。
  15. 　請求項１に記載のステアリング装置において、
    　前記ハウジングに取り付けられ、且つ、複数の前記磁気センサを含む磁気モジュールを更に有し、
    　前記ラックは、前記第１方向に沿って複数のラック歯が形成されたラック歯形成領域を有し、
    　前記ラックが初期位置に位置している場合、平面視において、前記磁気パターンの一部および前記磁気モジュールの一部が、前記第１方向における前記ラック歯形成領域の中央と重なっている、ステアリング装置。
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