(57)【要約】【課題】  ステアリングシャフトの絶対角度をより正確に算出することが出来る回転角センサを提供すること。【解決手段】  回転角センサ１に、大回転ギア２３と共に回転する大回転磁石１１と、小回転ギア２４と共に回転する小回転磁石１３と、大回転磁石１１の回転角度を検出する大回転検出用磁気センサ１２と、小回転磁石１３の回転角度を検出する小回転検出用磁気センサ１４と、大回転検出用磁気センサ１２により検出された回転角度及び小回転検出用磁気センサ１４により検出された回転角度に基づいて、ステアリングシャフト２２の回転角度を算出するマイコン１５と、を備えさせた。ここで、大回転検出用磁気センサ１２の周期ｃ１と小回転検出用磁気センサ１４の周期ｃ２との最小公倍数ＬＣＭは、操舵角測定範囲以上となる。【選択図】      図１
2005201761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトと、当該ステアリングシャフトに連動して回転する大回転ギア及び小回転ギアと、を備えるステアリング装置に搭載される回転角センサにおいて、
前記大回転ギアに設けられ、前記大回転ギアと共に回転する大回転磁石と、
前記小回転ギアに設けられ、前記小回転ギアと共に回転する小回転磁石と、
前記大回転磁石の回転角度を検出する大回転検出手段と、
前記小回転磁石の回転角度を検出する小回転検出手段と、
前記大回転検出手段により検出された回転角度及び前記小回転検出手段により検出された回転角度に基づいて、前記ステアリングシャフトの回転角度を算出する演算手段と、を備え、
前記大回転検出手段の周期と前記小回転検出手段の周期との最小公倍数は、操舵角測定範囲以上であることを特徴とする回転角センサ。
【請求項２】
請求項１記載の回転角センサにおいて、
前記ステアリング装置は、車両に搭載され、前記演算手段により算出されたステアリングシャフトの回転角度に基づいて、前記車両が備える車輪の方向を調整する調整手段を備えることを特徴とする回転角センサ。
【請求項３】
請求項２記載の回転角センサにおいて、
前記ステアリング装置は、前記小回転ギアに、当該小回転ギアの回転方向に対して逆方向の回転力を与える駆動手段を備えることを特徴とする回転角センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリングシャフトの回転角度を検出することができる回転角センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両に搭載され、ステアリングシャフトの回転角度を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
本技術に係る回転角センサは、メインギア、大回転内蔵ギア、小回転内蔵ギア、大回転内蔵磁石、小回転内蔵磁石、大回転検出用内蔵磁気センサ、小回転検出用内蔵磁気センサ、及び演算装置を備える。
【０００４】
メインギアは、ステアリングシャフトと共に回転し、大回転内蔵ギア及び小回転内蔵ギアは、メインギアに連動し、且つ、メインギアよりも速い回転速度で回転する。大回転内蔵磁石は大回転内蔵ギアと共に回転し、小回転内蔵磁石は小回転内蔵ギアと共に回転する。大回転検出用内蔵磁気センサは、大回転内蔵磁石の絶対角度、即ち大回転内蔵ギアの絶対角度を０〜３６０〔ｄｅｇ〕の範囲で検出して検出信号を出力し、小回転検出用内蔵磁気センサは、小回転内蔵磁石の絶対角度、即ち小回転内蔵ギアの絶対角度を０〜３６０〔ｄｅｇ〕の範囲で検出して検出信号を出力する。
【０００５】
ここで、絶対角度とは、回転範囲内で一意に定まる回転角度を意味する。例えば、ステアリングシャフトの見かけ上の回転角度が１０〔ｄｅｇ〕の場合、ステアリングシャフトの絶対角度は、ステアリングシャフトの回転数に応じて１０〔ｄｅｇ〕、３７０〔ｄｅｇ〕、７３０〔ｄｅｇ〕、…となる。
【０００６】
また、大回転内蔵ギア、大回転内蔵磁石、及び大回転検出用内蔵磁気センサの位置関係は、例えば図４に示すようになる（特許文献２参照）。図４に示すように、大回転内蔵ギア１０１に円盤状回転体１０２及び大回転内蔵磁石１０３が固定され、当該円盤状回転体１０２及び大回転内蔵磁石１０３は、大回転内蔵ギア１０１と共に回転する。大回転検出用内蔵磁気センサ１０４は、大回転内蔵磁石１０３に対向する位置に設置され、大回転内蔵磁石１０３の絶対角度、即ち大回転内蔵ギア１０１の絶対角度を検出する。なお、小回転内蔵ギア、小回転内蔵磁石、及び小回転検出用内蔵磁気センサの位置関係も同様の位置関係となる。
【０００７】
演算装置は、大回転検出用内蔵磁気センサ及び小回転検出用内蔵磁気センサから出力された検出信号に基づいて、ステアリングシャフトの絶対角度を算出する。
【０００８】
ここで、大回転検出用内蔵磁気センサの周期と小回転検出用内蔵磁気センサの周期との最小公倍数は、回転角センサの操舵角測定範囲以上となる。大回転検出用内蔵磁気センサの周期は、大回転内蔵ギアが一回転する間にステアリングシャフトが回転する角度を意味し、小回転検出用内蔵磁気センサの周期は、小回転内蔵ギアが一回転する間にステアリングシャフトが回転する角度を意味する。また、回転角センサの操舵角測定範囲は、ステアリングシャフトの回転範囲のうち、回転角センサによる絶対角度算出の対象となる範囲を意味する。
【０００９】
これにより、大回転検出用内蔵磁気センサから出力される検出信号の値と、小回転検出用内蔵磁気センサから出力される検出信号の値と、の組み合わせは、回転角センサの操舵角測定範囲内で一意に定まる。したがって、演算装置は、大回転検出用内蔵磁気センサ及び小回転検出用内蔵磁気センサから出力される検出信号に基づいて、ステアリングシャフトの絶対角度を算出することが出来る。
【特許文献１】特表平１１−５００８２８号公報
【特許文献２】特開２０００−２８３７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上述した技術では、大回転内蔵ギアの回転軸や小回転内蔵ギアの回転軸が回転角センサの使用により摩耗したり、ぶれたりする場合がある。この場合、大回転内蔵ギア及び小回転内蔵ギアは正確に回転しないので、演算装置は、ステアリングシャフトの絶対角度を正確に算出することが出来ない。したがって、従来の技術には、ステアリングシャフトの絶対角度を正確に算出することが出来ない可能性があるという問題点があった。
【００１１】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その主に目的とするところは、ステアリングシャフトの絶対角度をより正確に算出することが出来る回転角センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本願請求項１記載の発明は、ステアリングシャフトと、当該ステアリングシャフトに連動して回転する大回転ギア及び小回転ギアと、を備えるステアリング装置に搭載される回転角センサにおいて、大回転ギアに設けられ、大回転ギアと共に回転する大回転磁石と、小回転ギアに設けられ、小回転ギアと共に回転する小回転磁石と、大回転磁石の回転角度を検出する大回転検出手段と、小回転磁石の回転角度を検出する小回転検出手段と、大回転検出手段により検出された回転角度及び小回転検出手段により検出された回転角度に基づいて、ステアリングシャフトの回転角度を算出する演算手段と、を備え、大回転検出手段の周期と小回転検出手段の周期との最小公倍数は、操舵角測定範囲以上であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の回転角センサにおいて、ステアリング装置は、車両に搭載され、演算手段により算出されたステアリングシャフトの回転角度に基づいて、車両が備える車輪の方向を調整する調整手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の回転角センサにおいて、ステアリング装置は、小回転ギアに、当該小回転ギアの回転方向に対して逆方向の回転力を与える駆動手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本願特許請求の範囲に記載の発明によれば、主に以下の効果を得ることが出来る。即ち、本発明では、大回転検出用磁気センサ及び小回転検出用磁気センサにより検出された絶対角度、即ち大回転ギア及び小回転ギアの絶対角度に基づいて、ステアリングシャフトの絶対角度を算出する。ここで、大回転ギア及び小回転ギアはステアリング装置が備えるものなので、大回転ギア、小回転ギア、及びこれらの回転軸は、従来の回転角センサが備える大回転内蔵ギア、小回転内蔵ギア、及びこれらの回転軸よりも、精密な構造となっている。したがって、大回転ギア及び小回転ギアの回転軸が摩耗したりずれたりする可能性は、従来の回転角センサが備える回転軸が摩耗したりずれたりする可能性よりも小さい。
【００１６】
したがって、大回転ギア及び小回転ギアは、従来の大回転内蔵ギア及び小回転内蔵ギアよりも正確に回転するので、本発明では、ステアリングシャフトの絶対角度を従来よりも正確に算出することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜図３に基づいて、本発明の実施の形態に係る回転角センサ１の構成及び各構成要素の主な機能を説明する。なお、以下の説明では、ステアリングシャフトの絶対角度は、ステアリングシャフトが中立状態となる場合にゼロとなる。中立状態は、車両直進時におけるステアリングシャフトの位置（状態）を意味する。
【００１８】
図１は、回転角センサ１及びステアリング装置２を示す側断面図であり、図２は回転角センサ１を示す平面図である。図１及び図２に示すように、回転角センサ１は、大回転磁石１１と、大回転検出用磁気センサ１２と、小回転磁石１３と、小回転検出用磁気センサ１４と、マイコン（演算手段）１５と、メモリ１６と、電源回路１７と、基板１８と、コネクタ１９を備える。また、ステアリング装置２は、いわゆるステア・バイ・ワイヤ装置であり、ステアリング２１と、ステアリングシャフト２２と、大回転ギア２３と、小回転ギア２４と、モータ（駆動手段）２５と、モータシャフト２６と、図示しない調整装置（調整手段）を備える。なお、回転角センサ１及びステアリング装置２は、いずれも図示しない車両に搭載される。
【００１９】
ステアリング２１は、運転者による操作により回転する。ステアリングシャフト２２は、ステアリング２１と共に回転する。
【００２０】
大回転ギア２３は、ステアリングシャフト２２と共に回転する。小回転ギア２４は、大回転ギア２３に連動して回転し、その半径は大回転ギア２３の半径よりも小さい。したがって、小回転ギア２４は、大回転ギア２３よりも速い回転速度で回転する。
【００２１】
モータ２５は、モータシャフト２６に、モータシャフト２６の回転方向に対して逆方向の回転力を与える。また、モータ２５は、マイコン１５から出力された絶対角度信号に基づいて、ステアリングシャフト２２の絶対角度を認識する。そして、モータ２５は、当該認識されたステアリングシャフトの絶対角度が大きくなるほど、より大きな回転力をモータシャフト２６に与える。モータシャフト２６は、小回転ギア２４と共に回転する。
【００２２】
したがって、モータ２５がモータシャフト２６に与える回転力は、小回転ギア２４、大回転ギア２３、ステアリングシャフト２２、及びステアリング２１を介して運転者に伝わる。これにより、運転者は、ステアリングシャフト２２の絶対角度が大きくなるほど、言い換えれば、ステアリング２１を大きく切るほど、より大きな回転力を感じることとなる。即ち、運転者がステアリング２１を大きく切るほどステアリング２１が重くなる。
【００２３】
このように、モータ２５は、ステアリングシャフト２２の絶対角度に応じた回転力を運転者に与えるので、マイコン１５は、ステアリングシャフト２２の絶対角度を正確に算出する必要がある。このため、ステアリングシャフト２２、大回転ギア２３、小回転ギア２４、モータ２５、及びモータシャフト２６は、ステアリング装置２の他の構成要素よりも精密な構造となっている。
【００２４】
調整装置は、マイコン１５から出力された絶対角度信号に基づいて、ステアリングシャフト２２の絶対角度を認識する。そして、調整装置は、当該認識されたステアリングシャフト２２の絶対角度に応じて、車両が備える車輪の方向を調整する。
【００２５】
大回転磁石１１は２極に着磁された磁石であり、大回転ギア２３の回転中心部に設けられる。そして、大回転ギア２３と共に回転する。
【００２６】
大回転検出用磁気センサ１２は、大回転磁石１１の近傍に設置され、大回転磁石１１の磁力線の方向を検出することで、大回転磁石１１の絶対角度、即ち大回転ギア２３の絶対角度を、時計回りを正方向として０〜３６０［ｄｅｇ］の範囲で検出する。そして、大回転検出用磁気センサ１２は、当該検出された絶対角度に対応するデジタル信号を生成して、マイコン１５に出力する。
【００２７】
小回転磁石１３は２極に着磁された磁石であり、小回転ギア２４の回転中心部に設けられる。そして、小回転ギア２４と共に回転する。
【００２８】
小回転検出用磁気センサ１４は、小回転磁石１３の近傍に設置され、小回転磁石１３の磁力線の方向を検出することで、小回転磁石１３の絶対角度、即ち小回転ギア２４の絶対角度を、反時計回りを正方向として０〜３６０［ｄｅｇ］の範囲で検出する。そして、小回転検出用磁気センサ１４は、当該検出された絶対角度に対応するデジタル信号を生成して、マイコン１５に出力する。
【００２９】
また、大回転検出用磁気センサ１２の周期ｃ１と小回転検出用磁気センサ１４の周期ｃ２との最小公倍数ＬＣＭは、操舵角測定範囲以上となる。ここで、操舵角測定範囲は、ステアリングシャフト２２の回転範囲のうち、回転角センサ１による絶対角度算出の対象となる範囲を意味する。
【００３０】
具体的には、ＬＣＭは、以下の式（１）を満たす。なお、操舵角測定範囲は、−α［ｄｅｇ］〜＋α［ｄｅｇ］である。
【００３１】
ＬＣＭ≧２α  …（１）
ここで、大回転検出用磁気センサ１２の周期ｃ１は、大回転ギア２３が一回転する間にステアリングシャフト２２が回転する角度を意味し、小回転検出用磁気センサ１４の周期ｃ２は、小回転ギア２４が一回転する間にステアリングシャフト２２が回転する角度を意味する。具体的には、周期ｃ１〜ｃ２は、以下の式（２）〜（３）で示される。式（３）中、ｎ１は大回転ギア２３の歯数であり、ｎ２は小回転ギア２４の歯数である。
【００３２】
ｃ１＝３６０［ｄｅｇ］  …（２）
ｃ２＝３６０＊ｎ２／ｎ１［ｄｅｇ］  …（３）
マイコン１５は、大回転検出用磁気センサ１２及び小回転検出用磁気センサ１４から与えられたデジタル信号の値に基づいて、ステアリングシャフト２２の絶対角度を算出する。そして、マイコン１５は、当該算出されたステアリングシャフト２２の絶対角度に関する絶対角度信号を生成してモータ２５と調整装置に出力する。
【００３３】
ここで、式（１）の条件が満たされる場合に大回転検出用磁気センサ１２及び小回転検出用磁気センサ１４が出力するデジタル信号の値の例を図３に示す。
【００３４】
図３は、グラフＬ１〜Ｌ３を、ステアリングシャフト２２の実際の絶対角度を横軸、大回転検出用磁気センサ１２及び小回転検出用磁気センサ１４が検出する大回転ギア２３及び小回転ギア２４の絶対角度を左側の縦軸、マイコン１５が算出するステアリングシャフト２２の絶対角度を右側の縦軸とする平面上に描いたものである。
【００３５】
グラフＬ１は、ステアリングシャフト２２の実際の絶対角度と大回転検出用磁気センサ１２が検出する大回転ギア２３の絶対角度との関係を示す。グラフＬ２は、ステアリングシャフト２２の実際の絶対角度と小回転検出用磁気センサ１４が検出する小回転ギア２４の絶対角度との関係を示す。グラフＬ３は、ステアリングシャフト２２の実際の絶対角度とマイコン１５が算出するステアリングシャフト２２の絶対角度との関係を示す。
【００３６】
図３に示す例では、操舵角測定範囲に関する値２α、周期ｃ１〜ｃ２、最小公倍数ＬＣＭは、以下の式（４）〜（７）で示される。したがって、式（１）の条件が満たされる。
【００３７】
２α＝１８００［ｄｅｇ］  …（４）
ｃ１＝３６０［ｄｅｇ］  …（５）
ｃ２＝３６０＊５／２１＝８５．７１…［ｄｅｇ］  …（６）
ＬＣＭ＝３６０＊２１＊５／２１＝１８００［ｄｅｇ］  …（７）
図３に示すように、最小公倍数ＬＣＭの範囲内では、大回転検出用磁気センサ１２により検出される絶対角度と小回転検出用磁気センサ１４により検出される絶対角度との組み合わせは一意に定まるので、式（１）の条件が満たされる場合、大回転検出用磁気センサ１２により検出される絶対角度と小回転検出用磁気センサ１４により検出される絶対角度との組み合わせは操舵角測定範囲内で一意に定まる。言い換えれば、式（１）の条件が満たされる場合、大回転検出用磁気センサ１２から与えられるデジタル信号の値と小回転検出用磁気センサ１４から与えられるデジタル信号の値との組は、操舵角測定範囲内で一意に定まる。
【００３８】
したがって、マイコン１５は、大回転検出用磁気センサ１２及び小回転検出用磁気センサ１４から与えられるデジタル信号の値に基づいてステアリングシャフト２２の絶対角度を算出するので、グラフＬ３に示すように、操舵角測定範囲内でステアリングシャフト２２の絶対角度を一意かつ正確に算出することが出来る。
【００３９】
メモリ１６は、ステアリングシャフト２２が中立状態となった際にマイコン１５が算出するステアリングシャフト２２の絶対角度等を記憶する。電源回路１７は、回転角センサ１の各構成要素に電力を供給する。基板１８上には、回転角センサ１の各構成要素が設置される。コネクタ１９には、調整装置と回転角センサ１とを電気的に連結するケーブル等が接続される。
【００４０】
以上により、本実施の形態によれば、回転角センサ１は、大回転検出用磁気センサ１２及び小回転検出用磁気センサ１４により検出された絶対角度、即ち大回転ギア２３及び小回転ギア２４の絶対角度に基づいて、ステアリングシャフト２２の絶対角度を算出する。ここで、大回転ギア２３及び小回転ギア２４はステアリング装置２が備えるものなので、大回転ギア２３、小回転ギア２４、及びこれらの回転軸（本実施の形態では、ステアリングシャフト２２及びモータシャフト２６）は、従来の回転角センサが備える大回転内蔵ギア、小回転内蔵ギア、及びこれらの回転軸よりも、精密な構造となっている。したがって、大回転ギア２３及び小回転ギア２４の回転軸が摩耗したりずれたりする可能性は、従来の回転角センサが備える回転軸が摩耗したりずれたりする可能性よりも小さい。また、大回転ギア２３及び小回転ギア２４が摩耗する可能性も、従来の大回転内蔵ギア及び小回転内蔵ギアが摩耗する可能性よりも小さい。したがって、大回転ギア２３及び小回転ギア２４は、従来の大回転内蔵ギア及び小回転内蔵ギアよりも正確に回転するので、回転角センサ１は、ステアリングシャフト２２の絶対角度を従来よりも正確に算出することが出来る。
【００４１】
また、上述したように、ステアリングシャフト２２、大回転ギア２３、小回転ギア２４、モータ２５、及びモータシャフト２６は、ステアリング装置２の他の構成要素よりも精密な構造となっているので、回転角センサ１は、ステアリング装置２が備える他のギアの絶対角度に基づいてステアリングシャフト２２の絶対角度を算出する場合に比して、ステアリングシャフト２２の絶対角度をより正確に算出することが出来る。
【００４２】
また、調整装置は、回転角センサ１により算出されたステアリングシャフト２２の絶対角度に基づいて車両が備える車輪の方向を調整するので、当該方向を正確に調整することが出来る。
【００４３】
また、本実施の形態では、回転角センサ１に従来の大回転内蔵ギア及び小回転内蔵ギアを備えさせる必要がないので、回転角センサ１を従来よりも安価に製造することが出来る。
【００４４】
なお、本実施の形態では、図１に示すステアリング装置２に回転角センサ１を搭載することとしたが、他のステアリング装置に搭載するようにしても良い。また、ステアリング装置２は、大回転ギア２３と小回転ギア２４とが直接かみ合う構成となっているが、大回転ギア２３と小回転ギア２４とが他のギアを介してかみ合っていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る回転角センサ及びステアリング装置を示す側面図である。
【図２】回転角センサを示す平面図である。
【図３】大回転検出用磁気センサが検出する絶対角度、小回転検出用磁気センサが検出する絶対角度、及びマイコンが算出するステアリングシャフトの絶対角度と、ステアリングシャフトの実際の絶対角度との関係を示す特性図である。
【図４】従来の大回転内蔵ギア、大回転内蔵磁石、及び大回転検出用内蔵磁気センサの位置関係を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…回転角センサ
２…ステアリング装置
１１…大回転磁石
１２…大回転検出用磁気センサ（大回転検出手段）
１３…小回転磁石
１４…小回転検出用磁気センサ（小回転検出手段）
１５…マイコン（演算手段）
１６…メモリ
１７…電源回路
１８…基板
１９…コネクタ
２１…ステアリング
２２…ステアリングシャフト
２３…大回転ギア
２４…小回転ギア
２５…モータ（駆動手段）
２６…モータシャフト
【図１】
2005201761.tif 000003
【図２】
2005201761.tif 000004
【図３】
2005201761.tif 000005
【図４】
2005201761.tif 000006