(57)【要約】【課題】最小分解能より小さい角度を算出することができる舵角センサの角度算出方法及び舵角センサを提供すること。【解決手段】直前のパルス信号の立上り又は立下りからの経過時間をｔｚとし、直前のパルス信号の山又は谷の時間をｔｙとし、ｔｙに該当するパルス信号の山又は谷のさらに直前の山又は谷の時間をｔｘとし、直前のパルス信号の立上り又は立下りに対応する回転方向のスリット２１端からの変位角度をｄｒとして、ｄｒ＝ｔｚ／ｔｙ＋１／２・（１／ｔｙ−１／ｔｘ）・（１／（ｔｙ−ｔｘ））・ｔｚ２（ただしｄｒ≦最小分解能角度）から最小分解能以下の操舵角変位分であるｄｒを算出した。【選択図】        図３
2004279274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングと同期して回転する回転体の円周上にスリットを等ピッチで多数設け、スリットが位置する回転体の円周上に当てた光を検知して角度信号を出力する角度信号出力手段を設け、同角度信号出力手段がスリット部分での光の検知とスリット間の光の遮蔽によりパルス信号を前記角度信号として出力するものであり、前記パルス信号の山及び谷の時間を算出するとともに直前のパルス信号の立上り又は立下りからの経過時間を検知する時間演算手段を設け、前記パルス信号のパルス数をカウントして操舵角を演算する操舵角演算手段を設けた舵角センサにおいて、
直前のパルス信号の立上り又は立下りからの経過時間をｔｚとし、
直前のパルス信号の山又は谷の時間をｔｙとし、
ｔｙに該当するパルス信号の山又は谷のさらに直前の山又は谷の時間をｔｘとし、
直前のパルス信号の立上り又は立下りに対応する回転方向のスリット端からの変位角度をｄｒとして、
ｄｒ＝ｔｚ／ｔｙ＋１／２・（１／ｔｙ−１／ｔｘ）・（１／（ｔｙ−ｔｘ））・ｔｚ２（ただしｄｒ≦最小分解能角度）
から最小分解能以下の操舵角変位分であるｄｒを算出することを特徴とする舵角センサの角度算出方法。
【請求項２】
請求項１に記載された舵角センサの角度算出方法において、回転体のスリットの総数を１８０個にし、
角度信号出力手段が、１／４ピッチずれた２箇所で検知を行ってパルス信号をずらすことで最小分解能を０．５度にし、０．５度以下の操舵角変位分をｄｒとして算出するようにしたことを特徴とする舵角センサの角度算出方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された舵角センサの角度算出方法を用い、操舵角演算手段が、パルス数のカウントによる操舵角積算値にｄｒを加えるようにして操舵角を演算し出力することを特徴とする舵角センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、舵角センサの角度算出方法及び舵角センサの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の舵角センサは、ステアリングシャフトに固定した円板の円周上に多数のスリットを等間隔で配置し、１／４ピッチずらした２台のフォトカプラを設けて、２台のフォトカプラで検出してパルス波形を生成し、その波形のずれで細かい分解能を得るとともに、操舵方向を検知している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平３−６１８８６号公報（第３−４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスリットを用いた光学的な舵角センサにあっては、分解能を向上させるにはスリットを細かくする必要があったが、大きな円板にすることは困難であり、また、発光・受光素子を小さくすることも困難であるため、分解能の向上は困難であった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、最小分解能より小さい角度を算出することができる舵角センサの角度算出方法及び舵角センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、ステアリングと同期して回転する回転体の円周上にスリットを等ピッチで多数設け、スリットが位置する回転体の円周上に当てた光を検知して角度信号を出力する角度信号出力手段を設け、角度信号出力手段がスリット部分での光の検知とスリット間の光の遮蔽によりパルス信号を角度信号として出力するものであり、パルス信号の山及び谷の時間を算出するとともに直前のパルス信号の立上り又は立下りからの経過時間を検知する時間演算手段を設け、パルス信号のパルス数をカウントして操舵角を演算する操舵角演算手段を設けた舵角センサにおいて、直前のパルス信号の立上り又は立下りからの経過時間をｔｚとし、直前のパルス信号の山又は谷の時間をｔｙとし、ｔｙに該当するパルス信号の山又は谷のさらに直前の山又は谷の時間をｔｘとし、直前のパルス信号の立上り又は立下りに対応する回転方向のスリット端からの変位角度をｄｒとして、ｄｒ＝ｔｚ／ｔｙ＋１／２・（１／ｔｙ−１／ｔｘ）・（１／（ｔｙ−ｔｘ））・ｔｚ２（ただしｄｒ≦最小分解能角度）から最小分解能以下の操舵角変位分であるｄｒを算出することを特徴とする手段とした。
【０００７】
請求項２記載の発明では、回転体のスリットの総数を１８０個にし、角度信号出力手段が、１／４ピッチずれた２箇所で検知を行ってパルス信号をずらすことで最小分解能を０．５度にし、０．５度以下の操舵角変位分をｄｒとして算出するようにしたことを特徴とする手段とした。
【０００８】
請求項３記載の発明では、舵角センサの角度算出方法を用い、操舵角演算手段が、パルス数のカウントによる操舵角積算値にｄｒを加えるようにして操舵角を演算し出力することを特徴とする手段とした。
【０００９】
【発明の作用と効果】
請求項１記載の発明では、角度信号出力手段から得られる角度信号であるパルス信号から、時間演算手段により、直前のパルス信号の山又は谷の時間：ｔｙ、ｔｙに該当するパルス信号の山又は谷のさらに直前の山又は谷の時間：ｔｘを算出する。さらに、時間演算手段により直前のパルス信号の立上り又は立下りからの経過時間：ｔｚを算出すると、ｄｒ＝ｔｚ／ｔｙ＋１／２・（１／ｔｙ−１／ｔｘ）・（１／（ｔｙ−ｔｘ））・ｔｚ２により、最小分解能以下の操舵角変位分であるｄｒを算出できる。よって、スリットの数を増やしたりすることなく、最小分解能以下の操舵角変位分を求めることができ、より精密な制御を可能とする操舵角を出力できる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、回転体のスリットの総数を１８０個にすることにより、スリットとスリットの間をパルス信号の谷とすると、１８０個のパルス信号の山と１８０個のパルス信号の谷を作ることができ、これにより、最小分解能１度の検出が行える。さらに、１／４ピッチずれたパルス信号を用いることにより、パルス信号の山及び谷を半分ずらした検知ができるので、最小分解能０．５度の検知ができることとなる。この最小分解能０．５度以下の操舵角変位分をｄｒとして求める。ｄｒは算術で求めるため、０．５度以下というより小さい範囲で使用することによりさらに算術誤差少なく操舵角変位分を求めることができ、より精密な制御を可能とする操舵角を出力できる。
【００１１】
請求項３記載の発明では、操舵角演算手段がｄｒの演算を行う直前のパルス数までのカウントを行って操舵角を積算で求め、さらに、この操舵角積算値にｄｒを加えることで精密な操舵角の出力を行うため、より精密な操舵角の状態を用いた車両の正確な制御に役立てる舵角センサにできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の舵角センサの角度算出方法及び舵角センサを実現する実施の形態を、請求項１，２，３に係る発明に対応する実施例に基づいて説明する。
【００１３】
（実施例）
【００１４】
まず、構成を説明する。
図１は実施例の角度算出方法を用いた舵角センサの説明図である。図２は実施例の角度算出方法を用いた舵角センサを組み込んだステアリングの斜視図である。図３は実施例の角度算出方法を用いた舵角センサで検出されるパルス信号の説明図である。
図１〜３における主要符号を説明すると、１はステアリングシャフト、２は回転板、２１はスリット、３１は発光部、３２はフォトセンサ（３１と角度信号出力手段を構成する）、４はＣＰＵ（時間演算手段であり操舵角演算手段である）、５はステアリングホイール、６１はギヤハウジング、６２はラックギヤ、６３はタイロッド、６４はナックルアーム、ｔｚは直前のパルス信号の立上り又は立下りからの経過時間、ｔｙは直前のパルス信号の山又は谷の時間、ｔｘはｔｙに該当するパルス信号の山又は谷のさらに直前の山又は谷の時間、ｄｒは直前のパルス信号の立上り又は立下りに対応する回転方向のスリット端からの変位角度、ｄｚは直前のパルス信号の立上り又は立下りに対応する回転方向のスリット端からの変位距離である。
【００１５】
本実施例の舵角センサは図２に示すように、ステアリングホイール５の回転をステアリングシャフト１で下方に伝達し、ギヤハウジング６１及びラックギヤ６２により直線運動に変換して操舵を行う車両に用いられるもので、ステアリングシャフト１と一体的に回転する回転板２を図１に示すように設ける。この回転板２には、図１に示すように、等ピッチ間隔となるようスリット２１を貫通するように円周上に設ける。実施例では、等ピッチ間隔が２度単位となるように設ける。よって、円周上に１８０個のスリット２１が配置されることとなる。
【００１６】
回転板２の位置する円周の上下には、所定の間隔空けてフォトセンサ３２と発光部３１を設ける。このフォトセンサ３２と発光部３１は、図１に示すように２組設けるようにし、かつ、その位置を一方に対して１／４ピッチずれた位置となるようにする。
この舵角センサのフォトセンサ３２からの角度信号及び基準位置信号による演算はＣＰＵ４で行う。
【００１７】
次に、作用を説明する。
［スリットによる操舵角の検知作用］
回転板２の１８０個のスリット２１では、１組の発光部３１とフォトセンサ３２により発光部３１の光がスリット２１部分で回転板２を通過して光学的に検知されることで図３に示すようにパルス信号の角度信号を出力する。このパルス信号は、１８０個のスリット２１がパルスの山を１８０個作り、スリット２１間がパルスの谷を１８０個作るため、合わせて３６０個となり３６０度を１度ずつ検知できる。このパルス信号をカウントしてＣＰＵ４で積算していけば変位角度を算出できる。さらに、２組目の発光部３１とフォトセンサ３２は、１組目と１／４ピッチずらしているので、図３に示すように検知するパルス波形が１組目の検出単位角度の半分ずれることになり、分解能を１／２小さくして０．５度にしている。また、このように検出波形を意図的にずらすことで、例えば、図３のどちらの波形の山を先に検出できるかでどちらの方向にステアリングが回転しているかを検知できる。
【００１８】
［最小分解能以下の操舵角変位の検出作用］
本実施例では、図３に示すように、ｄｒ＝ｔｚ／ｔｙ＋１／２・（１／ｔｙ−１／ｔｘ）・（１／（ｔｙ−ｔｘ））・ｔｚ２（ただしｄｒ≦０．５度）により、０．５度以下の操舵角変位を求める。
【００１９】
まず、このｄｒの式について述べる。
図３において、ｔｚを直前のパルス信号の立上り又は立下りからの経過時間、ｔｙを直前のパルス信号の山又は谷の時間、ｖｙを直前のパルス信号の山又は谷の速度、ｔｘをｔｙに該当するパルス信号の山又は谷のさらに直前の山又は谷の時間、ｖｘをｖｙに該当する信号の山又は谷のさらに直前の山又は谷の速度、パルスｄｒを直前のパルス信号の立上り又は立下りに対応する回転方向のスリット２１端からの変位角度、ｄｚを直前のパルス信号の立上り又は立下りに対応する回転方向のスリット２１端からの変位距離とした際に、最小分解能以下の地点ｄｚでの加速度をａｚとし、ａｚは直前の加速度と等しいと仮定すると、直前およびその前のスリット２１及びスリット２１間の通過時間及び通過速度により以下のように計算される。
まず加速度ａｚは、ａｚ＝（ｖｙ−ｖｘ）／（ｔｙ−ｔｘ）となる。ここで、ｖｙ，ｖｘはスリット２１の距離と通過時間からｖｙ＝πｒ／（１８０ｔｙ）、ｖｘ＝πｒ／（１８０ｔｘ）となるため、ａｚの式に代入すると、ａｚ＝πｒ／１８０・（１／ｔｙ−１／ｔｘ）・（１／（ｔｙ−ｔｘ））となる。
【００２０】
よって、ｄｚ地点でのスリット２１端からの変位距離は、ｄｚ＝ｖｙ・ｔｚ＋１／２｛πｒ／１８０・（１／ｔｙ−１／ｔｘ）・（１／（ｔｙ−ｔｘ））｝・ｔｚ２となる。
ここで、ｄｚ地点での角度ｄｒは、１スリット分が１度であることからｄｒ：１＝ｄｚ：πｒ／１８０ということができ、これを変形すると、ｄｒ＝１８０ｄｚ／πｒということができる。このｄｒの式に上述のｄｚを代入すると、ｄｒ＝１８０［πｒ／（１８０ｔｙ）・ｔｚ＋１／２・｛πｒ／１８０・（１／ｔｙ−１／ｔｘ）・（１／（ｔｙ−ｔｘ））｝・ｔｚ２］／πｒとなり、さらに式を変形してｄｒ＝ｔｚ／ｔｙ＋１／２・（１／ｔｙ−１／ｔｘ）・（１／（ｔｙ−ｔｘ））・ｔｚ２（ただしｄｒ≦最小分解能角度）を得ることができる。
【００２１】
この式の中で、ｔｚは、次のスリット２１端まで到達するとｔｙとなる変動する値である。
【００２２】
また、このｄｒの式では、ｔｚ、ｔｘ、ｔｙが得られれば算出できることとなる。このようにして求めるｄｒは、パルス数を積算して求める操舵角に加えることにより、０．５度単位の分解能に比べ非常に精密な操舵角を出力する。
【００２３】
次に、効果を説明する。
【００２４】
実施例の角度算出方法を用いた舵角センサにあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００２５】
（１）ステアリングと同期して回転する回転板２の円周上にスリット２１を等ピッチで多数設け、スリット２１が位置する回転板２の円周上に当てた光を検知して角度信号を出力する発光部３１及びフォトセンサ３２を設け、発光部３１及びフォトセンサ３２がスリット２１部分での光の検知とスリット２１間の光の遮蔽によりパルス信号を角度信号として出力するものであり、パルス信号の山及び谷の時間を算出するとともに直前のパルス信号の立上り又は立下りからの経過時間を検知するＣＰＵ４を設け、かつＣＰＵ４がパルス信号のパルス数をカウントして操舵角を演算するようにした舵角センサにおいて、直前のパルス信号の立上り又は立下りからの経過時間をｔｚとし、直前のパルス信号の山又は谷の時間をｔｙとし、ｔｙに該当するパルス信号の山又は谷のさらに直前の山又は谷の時間をｔｘとし、直前のパルス信号の立上り又は立下りに対応する回転方向のスリット２１端からの変位角度をｄｒとして、ｄｒ＝ｔｚ／ｔｙ＋１／２・（１／ｔｙ−１／ｔｘ）・（１／（ｔｙ−ｔｘ））・ｔｚ２（ただしｄｒ≦最小分解能角度）から最小分解能以下の操舵角変位分であるｄｒを算出するため、ハードへの影響を与えずに最小分解能以下の操舵角変位分を求めることができ、より精密な制御を可能とする操舵角を出力できる。
【００２６】
（２）回転板２のスリット２１の総数を１８０個にし、発光部３１及びフォトセンサ３２が、１／４ピッチずれた２箇所で検知を行ってパルス信号をずらすことで最小分解能を０．５度にし、０．５度以下の操舵角変位分をｄｒとして算出するようにしたため、さらに算術誤差少なく操舵角変位分を求めることができ、より精密な制御を可能とする操舵角を出力できる。
【００２７】
（３）舵角センサの角度算出方法を用い、ＣＰＵ４が、パルス数のカウントによる操舵角積算値にｄｒを加えるようにして操舵角を演算し出力するため、より精密な操舵角の状態を用いた車両の正確な制御に役立てる舵角センサにできる。
【００２８】
以上、本発明の舵角センサの角度算出方法及び舵角センサを実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００２９】
例えば、本実施例では、角度信号出力手段が２組の発光部とフォトセンサを用いるものであったが、１組であっても、多数組であってもよい。
また、本実施例では、ＣＰＵが時間演算手段と操舵角演算手段を兼ねているが、時間演算処理手段としてタイマー回路を設けるようにしてもよく、また操舵角演算手段としてカウンタ回路を設けるようにしてもよい。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の角度算出方法を用いた舵角センサの説明図である。
【図２】実施例の角度算出方法を用いた舵角センサを組み込んだステアリングの斜視図である。
【図３】実施例の角度算出方法を用いた舵角センサで検出されるパルス信号の説明図である。
【符号の説明】
１  ステアリングシャフト
２  回転板
２１  スリット
３１  発光部
３２  フォトセンサ
４  ＣＰＵ
５  ステアリングホイール
６１  ギヤハウジング
６２  ラックギヤ
６３  タイロッド
６４  ナックルアーム
ｔｚ  直前のパルス信号の立上り又は立下りからの経過時間
ｔｙ  直前のパルス信号の山又は谷の時間
ｔｘ  ｔｙに該当するパルス信号の山又は谷のさらに直前の山又は谷の時間
ｄｒ  直前のパルス信号の立上り又は立下りに対応する回転方向のスリット端からの変位角度
ｄｚ  直前のパルス信号の立上り又は立下りに対応する回転方向のスリット端からの変位距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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