(57)【要約】【課題】ブレーキペダルの踏み始めや踏み終わりの近傍における分解能を向上させたストロークセンサを提供する。【解決手段】ストロークセンサ１は、ブレーキペダル６の回転軸１０の端部１００に設けられ、ブレーキペダル６のストロークＬに応じて回転する磁石１２と、磁石１２と対向して配置され、磁石１２の回転に伴う磁場１２０の方向の変化によって第１の検出信号Ｓ１を出力する第１の磁気センサ２１、及び第２の検出信号Ｓ２を出力する第２の磁気センサ２２と、第１の検出信号Ｓ１を変換してブレーキペダル６のストロークＬの後半よりも前半の信号の傾きを急峻とする第１の出力信号Ｓ３、及び第２の検出信号Ｓ２を変換してブレーキペダル６のストロークＬの前半よりも後半の信号の傾きを急峻とする第２の出力信号Ｓ４を生成する信号生成部２５と、を備えて概略構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に回転可能に設けられたブレーキペダルの回転軸の端部に設けられ、前記ブレーキペダルのストロークに応じて回転する磁石と、
前記磁石と対向して配置され、前記磁石の回転に伴う磁場の方向の変化によって第１の検出信号を出力する第１の磁気センサ、及び前記第１の検出信号と異なる第２の検出信号を出力する第２の磁気センサと、
前記第１の検出信号を変換して前記ブレーキペダルのストロークの後半よりも前半の信号の傾きを急峻とする第１の出力信号、及び前記第２の検出信号を変換して前記ブレーキペダルのストロークの前半よりも後半の信号の傾きを急峻とする第２の出力信号を生成する信号生成部と、
を備えたストロークセンサ。
【請求項２】
前記第１の出力信号の前半と前記第２の出力信号の後半は、信号の傾きが等しい、
請求項１に記載のストロークセンサ。
【請求項３】
前記信号生成部は、前記第１の検出信号を前記第１の出力信号に変換し、前記第２の検出信号を前記第２の出力信号に変換するための変換テーブルを有する、
請求項１又は２に記載のストロークセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストロークセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、軸の端部に設けられた磁石と、この磁石と対向するように設けられ、磁石の磁場の向きの変化に応じて信号を出力する回路と、を備えた軸角度センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この回路は、冗長性を持たせるために２つのセンサブリッジ回路を有している。この２つのセンサブリッジ回路は、一方の信号が他方の信号を反転させた信号となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来の軸角度センサは、軸にブレーキペダルが取り付けられた場合、一方の信号が他方の信号を反転させた信号となっているので、ブレーキペダルのストロークに比例して信号が増減し、ブレーキペダルの踏み始めの期間や踏み終わりの期間における分解能を向上させることが困難であった。
【０００６】
従って本発明の目的は、ブレーキペダルの踏み始めの期間や踏み終わりの期間における分解能を向上させたストロークセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、車両に回転可能に設けられたブレーキペダルの回転軸の端部に設けられ、ブレーキペダルのストロークに応じて回転する磁石と、磁石と対向して配置され、磁石の回転に伴う磁場の方向の変化によって第１の検出信号を出力する第１の磁気センサ、及び第１の検出信号と異なる第２の検出信号を出力する第２の磁気センサと、第１の検出信号を変換してブレーキペダルのストロークの後半よりも前半の信号の傾きを急峻とする第１の出力信号、及び第２の検出信号を変換してブレーキペダルのストロークの前半よりも後半の信号の傾きを急峻とする第２の出力信号を生成する信号生成部と、を備えたストロークセンサを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ブレーキペダルの踏み始めの期間や踏み終わりの期間における分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、実施の形態に係るストロークセンサの一例を有するブレーキシステムの概略図であり、図１（ｂ）は、ストロークセンサの一例を示す概略図である。
【図２】図２は、実施の形態に係るストロークセンサの第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの回路構成の一例を示す概略図である。
【図３】図３（ａ）は、実施の形態に係るストロークセンサの第１の磁気センサが出力する第１の検出信号、及び第２の磁気センサが出力する第２の検出信号の一例を示すグラフであり、図３（ｂ）は、信号生成部が生成する第１の出力信号及び第２の出力信号の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の実施の形態の要約）
本発明の実施の形態に係るストロークセンサは、車両に回転可能に設けられたブレーキペダルの回転軸の端部に設けられ、ブレーキペダルのストロークに応じて回転する磁石と、磁石と対向して配置され、磁石の回転に伴う磁場の方向の変化によって第１の検出信号を出力する第１の磁気センサ、及び第１の検出信号と異なる第２の検出信号を出力する第２の磁気センサと、第１の検出信号を変換してブレーキペダルのストロークの後半よりも前半の信号の傾きを急峻とする第１の出力信号、及び第２の検出信号を変換してブレーキペダルのストロークの前半よりも後半の信号の傾きを急峻とする第２の出力信号を生成する信号生成部と、を備えて概略構成されている。
【００１１】
このストロークセンサは、ブレーキペダルのストロークを前半（踏み始めの期間）、中間、後半（踏み終わりの期間）と分けた場合、中間よりも前半及び後半の信号の傾きが急峻であるので、傾きが一定である場合と比べて、ブレーキペダルの踏み始めの期間や踏み終わりの期間における分解能を向上させることができる。
【００１２】
[実施の形態]
（ストロークセンサ１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係るストロークセンサの一例を有するブレーキシステムの概略図であり、図１（ｂ）は、ストロークセンサの一例を示す概略図である。図２は、実施の形態に係るストロークセンサの第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの回路構成の一例を示す概略図である。図３（ａ）は、実施の形態に係るストロークセンサの第１の磁気センサが出力する第１の検出信号、及び第２の磁気センサが出力する第２の検出信号の一例を示すグラフであり、図３（ｂ）は、信号生成部が生成する第１の出力信号及び第２の出力信号の一例を示すグラフである。図３（ａ）は、横軸が回転角θであり、縦軸が電圧Ｖである。図３（ｂ）は、横軸がストロークＬであり、縦軸が電圧Ｖである。
【００１３】
なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図１（ａ）及び図２では、主な信号の流れを矢印で示している。
【００１４】
ストロークセンサ１は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、車両５のブレーキペダル６のストロークＬを検出するものである。このストロークセンサ１は、一例として、バイワイヤ方式のブレーキシステム９に用いられる。
【００１５】
ストロークセンサ１は、図１（ａ）〜図３（ｂ）に示すように、車両５に回転可能に設けられたブレーキペダル６の回転軸１０の端部１００に設けられ、ブレーキペダル６のストロークＬに応じて回転する磁石１２と、磁石１２と対向して配置され、磁石１２の回転に伴う磁場１２０の方向の変化によって第１の検出信号Ｓ１を出力する第１の磁気センサ２１、及び第１の検出信号Ｓ１と異なる第２の検出信号Ｓ２を出力する第２の磁気センサ２２と、第１の検出信号Ｓ１を変換してブレーキペダル６のストロークＬの後半よりも前半の信号の傾きを急峻とする第１の出力信号Ｓ３、及び第２の検出信号Ｓ２を変換してブレーキペダル６のストロークＬの前半よりも後半の信号の傾きを急峻とする第２の出力信号Ｓ４を生成する信号生成部２５と、を備えて概略構成されている。
【００１６】
この第１の磁気センサ２１、第２の磁気センサ２２及び信号生成部２５は、一例として、図１（ｂ）及び図２に示すように、磁気検出ＩＣ（Integrated Circuit）２としてパッケージ化されている。
【００１７】
なおブレーキペダル６のストロークＬは、一例として、図３（ｂ）に示すように、遊びの期間（△Ｌ）、踏み始めの期間（前半）、中間、踏み終わりの期間（後半）に分けられる。この遊びの期間とは、ブレーキペダル６を踏んでもブレーキが作動しない期間を示している。踏み始めの期間は、例えば、ブレーキペダル６が踏み込まれてブレーキが作動開始するストロークから予め定めされたストロークまでの期間である。踏み終わりの期間は、例えば、完全に踏み込まれたストロークから予め定められたストローク手前までの期間である。中間とは、例えば、ブレーキペダル６を踏む力を強めたり弱めたりして制動力を制御することが多い期間である。
【００１８】
（磁石１２の構成）
磁石１２は、例えば、図１（ｂ）に示すように、円板状の永久磁石であり、回転中心が一致するように回転軸１０に取り付けられている。磁石１２は、この回転軸１０を中心として回転可能とされている。
【００１９】
磁石１２は、円板状の径方向にＮ極及びＳ極が形成されている。磁石１２の磁場１２０の一部は、図１（ｂ）に示すように、磁気検出ＩＣ２の感磁面２０を通っている。従って磁場１２０は、この感磁面２０において回転する。第１の磁気センサ２１及び第２の磁気センサ２２は、この磁場１２０の変化を検出し、回転軸１０の回転角θに応じた第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２の出力を行う。
【００２０】
磁石１２は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石などの永久磁石、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などの磁性体材料と、ポリアミド系、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの合成樹脂材料と、を混合して所望の形状に成形したプラスチック磁石である。本実施の形態では、磁石１２は、プラスチック磁石である。
【００２１】
（第１の磁気センサ２１及び第２の磁気センサ２２の構成）
第１の磁気センサ２１及び第２の磁気センサ２２は、図２に示すように、４つの磁気抵抗素子によりブリッジ回路がそれぞれに形成されている。そして第１の磁気センサ２１及び第２の磁気センサ２２は、一方のブリッジ回路が４５°回転して配置されている。
【００２２】
第１の磁気センサ２１は、ＭＲ（Magneto Resistive）素子２１１〜ＭＲ素子２１４を有している。第１の磁気センサ２１は、ＭＲ素子２１１とＭＲ素子２１２の間のノード２１５ａには、基準電圧ＶＣＣが印加されている。ＭＲ素子２１１とＭＲ素子２１３の間のノード２１５ｂは、オペアンプ２３の反転入力端子（−）に電気的に接続されている。ＭＲ素子２１３とＭＲ素子２１４の間のノード２１５ｃは、接地（ＧＮＤ）されている。ＭＲ素子２１２とＭＲ素子２１４の間のノード２１５ｄは、オペアンプ２３の非反転入力端子（＋）に電気的に接続されている。
【００２３】
このオペアンプ２３は、ＭＲ素子２１１とＭＲ素子２１３の中点電位、及びＭＲ素子２１２とＭＲ素子２１４の中点電位を差動増幅した第１の検出信号Ｓ１を信号生成部２５に出力する。
【００２４】
第２の磁気センサ２２は、ＭＲ素子２２１〜ＭＲ素子２２４を有している。第２の磁気センサ２２は、ＭＲ素子２２１とＭＲ素子２２２の間のノード２２５ａには、基準電圧ＶＣＣが印加されている。ＭＲ素子２２１とＭＲ素子２２３の間のノード２２５ｂは、オペアンプ２４の反転入力端子（−）に電気的に接続されている。ＭＲ素子２２３とＭＲ素子２２４の間のノード２２５ｃは、接地（ＧＮＤ）されている。ＭＲ素子２２２とＭＲ素子２２４の間のノード２２５ｄは、オペアンプ２４の非反転入力端子（＋）に電気的に接続されている。
【００２５】
このオペアンプ２４は、ＭＲ素子２２１とＭＲ素子２２３の中点電位、及びＭＲ素子２２２とＭＲ素子２２４の中点電位を差動増幅した第２の検出信号Ｓ２を信号生成部２５に出力する。
【００２６】
この第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２は、図３（ａ）に示すように、４５°の位相差を有した正弦波信号である。この正弦波信号は、磁石１２のＮ極、Ｓ極の回転により、１周期がπの正弦波となる。本実施の形態では、一例として、回転角θがゼロからπ／４の範囲を使用するものとする。
【００２７】
（信号生成部２５の構成）
信号生成部２５は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）など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、信号生成部２５が動作するためのプログラムと、第１の検出信号Ｓ１を第１の出力信号Ｓ３に変換し、第２の検出信号Ｓ２を第２の出力信号Ｓ４に変換するための変換テーブル２５０と、が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。
【００２８】
この信号生成部２５には、第１の磁気センサ２１及び第２の磁気センサ２２から第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２が入力する。そして信号生成部２５は、一例として、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、０≦θ≦π／４の第１の検出信号Ｓ１を変換して第１の出力信号Ｓ３を生成する。
【００２９】
図１（ａ）に示すように、ブレーキペダル６の長さが決まっているので、回転軸１０の回転角θからストロークＬを算出することができる。変換テーブル２５０は、例えば、一の回転角θと一のストロークＬを対応させ、当該一の回転角θにおける第１の検出信号Ｓ１の電圧Ｖが当該一のストロークＬにおける第１の出力信号Ｓ３の電圧Ｖと対応するように構成されている。
【００３０】
こうして変換された第１の出力信号Ｓ３は、例えば、図３（ｂ）に示すように、急峻な傾きを有する信号Ｓ３１と、信号Ｓ３１よりも傾きが緩やかな信号Ｓ３２と、が連結された波形を有している。信号Ｓ３１は、ブレーキペダル６の踏み始めの期間における信号である。
【００３１】
例えば、ストロークＬが１ｍｍ変化すると出力信号の電圧Ｖがａ（ｖ）変化し、そしてブレーキシステム９の車両制御部７の電圧の読み取りの分解能がａ（ｖ）である場合、車両制御部７は、電圧Ｖがａ（ｖ）変化するとストロークＬが１ｍｍ変化したと検出することはできるものの０．５ｍｍの変化を検出することはできない。
【００３２】
一方、例えば、ストロークＬが１ｍｍ変化すると出力信号の電圧Ｖが２ａ（ｖ）変化するように傾きが急峻になっている場合、車両制御部７は、ａ（ｖ）の変化でストロークＬの０．５ｍｍの変化を検出することができる。従って車両制御部７は、分解能がａ（ｖ）のままでブレーキペダル６の０．５ｍｍのストロークＬを検出することが可能となる。
【００３３】
このように第１の出力信号Ｓ３の信号Ｓ３１を急峻な傾きを有する信号とすることにより、車両制御部７は、ブレーキペダル６の踏み始めの期間におけるストロークＬを高い分解能で監視することができる。
【００３４】
また第２の出力信号Ｓ４は、例えば、図３（ｂ）に示すように、傾きが緩やかな信号Ｓ４１と、信号Ｓ４１よりも急峻な傾きを有する信号Ｓ４２と、が連結された波形を有している。信号Ｓ４２は、ブレーキペダル６の踏み終わりの期間における信号である。
【００３５】
本実施の形態では、一例として、図３（ｂ）に示すように、急峻な信号Ｓ３１と信号Ｓ４２の傾きが同一であると共に、緩やかな信号Ｓ３２と信号Ｓ４１の傾きが同一である。また第１の出力信号Ｓ３と第２の出力信号Ｓ４は、図３（ｂ）に示すように、第１の出力信号Ｓ３と第２の出力信号Ｓ４の始まりと終わりの電圧が等しくなるようにされている。なお信号Ｓ３１と信号Ｓ４２の傾きや信号Ｓ３２と信号Ｓ４１の傾きは、同一に限定されない。
【００３６】
また変形例として信号Ｓ３１、信号Ｓ３２、信号Ｓ４１及び信号Ｓ４２は、直線に限定されず曲線であっても良い。曲線の場合、信号の始点と終点を結んだ直線の傾きが急峻となったり緩やかになったりする。
【００３７】
信号生成部２５は、変換した第１の出力信号Ｓ３及び第２の出力信号Ｓ４を車両制御部７に出力する。車両制御部７は、例えば、第１の出力信号Ｓ３と第２の出力信号Ｓ４の和や差に基づいてブレーキ信号Ｓｂを生成すると共に、磁気検出ＩＣ２の故障検知を行う。
【００３８】
（ブレーキシステム９の構成）
ブレーキシステム９は、一例として、図１（ａ）に示すように、主に、ストロークセンサ１と、ブレーキペダル６と、車両制御部７と、ブレーキ制御装置８と、を備えて概略構成されている。
【００３９】
車両制御部７は、例えば、ＣＰＵ、半導体メモリであるＲＡＭ及びＲＯＭなど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、車両制御部７が動作するためのプログラムと、各種のパラメータなどが格納されている。また車両制御部７は、車両５の種々の車載機器と車載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。
【００４０】
車両制御部７は、ストロークセンサ１からの第１の出力信号Ｓ３及び第２の出力信号Ｓ４に基づいて、ブレーキ制御装置８を作動させるブレーキ信号Ｓｂや、車両５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などを生成し、予め定められたタイミングで出力する。
【００４１】
車両制御部７は、信号生成部２５から取得した第１の出力信号Ｓ３及び第２の出力信号Ｓ４に基づいてブレーキ信号Ｓｂを生成する。つまり車両制御部７は、ブレーキペダル６の踏み込み量（ストロークＬ）に応じたブレーキ信号Ｓｂをブレーキ制御装置８へ出力する。
【００４２】
ブレーキ制御装置８は、一例として、油圧によりブレーキキャリパ８１のパッド間の距離縮めてブレーキディスク８０を挟んで制動力を生成するものである。ブレーキ制御装置８は、ブレーキペダル６のストロークＬに応じた油圧を生成する。
【００４３】
以下にストロークセンサ１の動作の一例について説明する。
【００４４】
（動作）
ブレーキペダル６が踏み込まれると、回転軸１０を介して磁石１２が回転する。この磁石１２の回転によって磁場１２０が回転し、感磁面２０に作用する磁場１２０（磁場ベクトル）の方向が変化する。
【００４５】
ストロークセンサ１の第１の磁気センサ２１及び第２の磁気センサ２２は、この磁場１２０の変化に応じて第１の検出信号Ｓ１を、オペアンプ２３によって作動増幅して信号生成部２５に出力すると共に、第２の検出信号Ｓ２を、オペアンプ２４によって差動増幅して信号生成部２５に出力する。
【００４６】
信号生成部２５は、第１の検出信号Ｓ１を変換テーブル２５０に従って変換して第１の出力信号Ｓ３を生成して車両制御部７に出力する。また信号生成部２５は、第２の検出信号Ｓ２を変換テーブル２５０に従って変換して第２の出力信号Ｓ４を生成して車両制御部７に出力する。
【００４７】
車両制御部７は、取得した第１の出力信号Ｓ３及び第２の出力信号Ｓ４に基づいてブレーキ信号Ｓｂを生成し、ブレーキ制御装置８に出力する。ブレーキ制御装置８は、ブレーキ信号Ｓｂに基づいて油圧を生成してブレーキキャリパ８１を作動させ、制動力を生成する。
【００４８】
（実施の形態の効果）
本実施の形態のストロークセンサ１は、ブレーキペダルの踏み始めの期間や踏み終わりの期間における分解能を向上させることができる。具体的には、ストロークセンサ１は、ブレーキペダル６のストロークＬの中間よりも踏み始めの期間及び踏み終わりの期間の信号Ｓ３１及び信号Ｓ４２の傾きが急峻であるので、傾きが一定である場合と比べて、ブレーキペダル６の踏み始めの期間や踏み終わりの期間における分解能を向上させることができる。
【００４９】
ストロークセンサ１は、踏み始めの期間の分解能を高くすることができるので後段の処理の精度が向上する。近年、車両には、車間距離に応じてブレーキを作動させるシステムなどが搭載されている。車両制御部７は、この構成を採用しない場合と比べて、ストロークセンサ１から出力される第１の出力信号Ｓ３及び第２の出力信号Ｓ４によってブレーキペダル６が踏み込まれたか否かを早期に判定し、適切なタイミングでブレーキ制御装置８を作動させることができる。
【００５０】
また車両制御部７は、この構成を採用しない場合と比べて、ストロークセンサ１から出力される第１の出力信号Ｓ３及び第２の出力信号Ｓ４に基づいてブレーキペダル６が踏み込まれたことを早期に判定し、回生ブレーキの作動を指示することができる。車両制御部７は、回生ブレーキの作動を適切に指示することができるので、効果的にエネルギーを回収することができる。
【００５１】
ストロークセンサ１は、踏み終わりの期間の分解能を高くすることができるので後段の処理の精度が向上する。例えば、ブレーキペダル６を踏む力が弱い女性や年配の方が操作者であった場合、急停止のためにブレーキペダル６を踏み込んでも十分踏み込めないことが考えられる。しかしストロークセンサ１の踏み終わりの期間の分解能が高いので、車両制御部７は、この期間のストロークＬを分解能が高い状態で監視して適切な処理を行うことができる。また車両制御部７は、高い分解能に基づいて制動力の大きさをより適切に制御することができる。
【００５２】
ストロークセンサ１は、車両制御部７に入力する電圧に制限があるので、全体を急峻な信号にする場合と比べて、部分的に信号の傾きを急峻にしてより高い分解能が得られる。
【００５３】
ストロークセンサ１は、分解能が高いので、この構成を採用しない場合と比べて、車両制御部７の分解能を上げる必要がなく、製造コストを抑制することができる。
【００５４】
なおストロークセンサ１は、ブレーキペダル６に限定されず、他のペダルのストロークを検出する用途に使用されても良い。
【００５５】
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、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及び変形例は、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、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例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、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、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。
【符号の説明】
【００５６】
１…ストロークセンサ、２…磁気検出ＩＣ、５…車両、６…ブレーキペダル、７…車両制御部、８…ブレーキ制御装置、９…ブレーキシステム、１０…回転軸、１２…磁石、２０…感磁面、２１…第１の磁気センサ、２２…第２の磁気センサ、２３，２４…オペアンプ、２５…信号生成部、８０…ブレーキディスク、８１…ブレーキキャリパ、１００…端部、１２０…磁場、２１１〜２１４…ＭＲ素子、２１５ａ〜２１５ｄ…ノード、２２１〜２２４…ＭＲ素子、２２５ａ〜２２５ｄ…ノード、２５０…変換テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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