(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に所定の間隔で複数個配列された透孔および円周方向に所定位置に設けられた欠除部を有するディスクと、前記ディスクの透孔に対応するように所定の角度内に配設された発光素子と受光素子を含む第１、第２のセンサエレメントと、前記ディスクの欠除部に対応するように配設された発光素子と受光素子を含む第３のセンサエレメントと、前記第１、第２、第３のセンサエレメントからの信号を用いて前記ディスクの回転角及び回転方向に応じて検出信号を出力する信号処理部、主スイッチをオンした時の前記信号処理部からの出力を位置情報として記憶する記憶部を含む制御手段とを備え、前記制御手段は、主スイッチがオフ状態にあるにも係わらず、前記センサエレメントを定常の動作状態における消費電流よりも低消費電流で動作可能に保持する暗電流モードとする第１の手段と、主スイッチがオフ状態にあるにも係わらず、前記記憶部に電流を供給して上記信号処理部からの位置情報の記憶状況を保持するメモリバックアップモードとする第２の手段と、前記第１の手段による暗電流モードにおいて上記センサエレメントによりディスク動作を検出した時、上記センサエレメント及び上記制御手段を定常の動作状態で作動させるように上記メモリバックアップモードを解除するとともに上記暗電流モードを解除する第３の手段と、第３の手段による各モードの解除状態においてセンサエレメントによるディスク動作を検出しなくなった時、再度メモリバックアップモードおよび暗電流モードとなるように第１、第２の手段を作動させる第４の手段を含む回転角度検出装置。
【請求項２】
第１の手段による暗電流モードにおいて第１、第２のセンサエレメントのいずれか一方を暗電流モードとし、他のセンサエレメントはオフ状態とするように制御することを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記制御手段は、ドアロック信号又はハンドルロック信号を検出した後のある所定時間の経過後、メモリバックアップモード及びオフモードになるように構成したことを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車輌のステアリングの回転位置を検出する回転角度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等の車輌のステアリングは、ステアリング・ホイールを時計および反時計方向回りに複数回（通常、３〜６回）回転させると、左右いっぱいに切れてロック・ツー・ロックするようになっている。
【０００３】
これは、ステアリング・ホイールの回転運動をステアリング・ギヤによって減速することにより、運転者がステアリング・ホイールを回すのに要する腕力を軽減すると共に、ホイールからの振動や衝撃をステアリング・ホイールに伝わり難くするためである。また、車輌の進行方向を変えるのに必要なステアリング・ホイールの操作量（切れ角度）を大きくすることにより、操作性を向上させるためでもある。すなわち、ステアリング・ホイールを僅か操作しただけで車輌の進行方向が大きく変化すると、運転者に過度の注意力を要求することになる。そこで、運転者の感性に合ったブロードなハンドリング特性にして走行を安定させているわけである。
【０００４】
従って、ステアリング・ホイールを目視しただけではステアリングの回転位置を判断できず、車輌の進行する方向を判定することもできない。そのため、ステアリングの位置および回転角度を検出する回転角度検出装置が提案されている。すなわち、同装置を用いることにより、運転者は容易に車輌の進行する方向（特に直進するかどうか）を判定することができる。また、同装置は、ステアリングの角度に応じてサスペンションのかたさを変える装置、ステアリングが一定角度以上回転している場合に運転者に警告を発する装置、帰路案内を行う装置等の各種の制御装置に応用することもできる。
【０００５】
従来の回転角度検出装置の構成を図５に示す。同図において、１は所定のピッチで設けられた第１の透孔列１ａを有するディスクであり、ロータ２に固定されている。３ａ，３ｂは第１の透孔列１ａに対応して設けられた発光素子と受光素子を対向させた透過型フォトインタラプタでなる第１、第２のセンサエレメントであり、回転方向が検出できるように２個並設されている。第１のセンサエレメント３ａと第２のセンサエレメント３ｂはあらかじめ所定の角度ピッチを持って設けられている。ディスク１には他に基準位置を決定するための欠除部１ｂを有し、この欠除部１ｂを検出するための透過型フォトインタラプタでなる第３のセンサエレメント４が設けてあり、欠除部１ｂと第３のセンサエレメント４によってロータ２の回転の基準位置を検出する。
【０００６】
これらのロータ２、センサエレメント３ａ，３ｂ、センサエレメント４はケース５に収納されており、ロータ２は車輌等のステアリングの回転に連動して自在に回転するように構成されている。
【０００７】
次に上記従来装置の各構成要素の相互の関係と動作について説明する。上記従来装置において、車輌のステアリングが操作されると、それに連動してロータ２が回転し、ロータ２に固定されたディスク１が回転し、センサエレメント３ａ，３ｂがディスク１の透孔１ａの数を検出する。透孔１ａはあらかじめ所定の角度ピッチをもって設けられており、第１のセンサエレメント３ａと第２のセンサエレメント３ｂは電気的に９０度の位相差をもって配置されているので、第１のセンサエレメント３ａと第２のセンサエレメント３ｂにより透孔１ａの数を係数することによって、ステアリングの回転角度が測定できると共にその回転方向を検出することができる。
【０００８】
一方、ロータ２及びディスク１の回転によって、欠除部１ｂがセンサエレメント４を通過する際に基準位置信号が得られるため、前記のように得られたステアリングの回転角度の変化量を欠除部１ｂとセンサエレメント４で得られた基準位置信号を得た位置を基準に算出することにより、ステアリングの現在の回転角度を知ることができる。
【０００９】
従って、回転角・回転方向検出信号の数および位相を電子回路にて処理することにより、ステアリングの回転角および回転方向を算出することができる。そして、ステアリング回転角および回転方向から、ステアリングの回転位置を検出することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車輌のエンジン停止時（キー位置がイグニションオフ位置又はアクセサリー位置）においては、上記回転角度検出装置への電源供給は行わない。エンジン起動後は、欠除部１ｂがセンサエレメント４を通過するまでステアリングの回転角度を知ることができない。また、ステアリングの回転は複雑な回転であるため、透孔１ａがセンサエレメント３ａ，３ｂを通過しただけではステアリングが現在、何回転目にあるのかを知ることができず、一般には左右車輌回転数情報などと比較しながらステアリングのニュートラル状態を決定している。すなわち、エンジン起動後、直線走行状態を行うまではステアリングの回転角度を確定することができない。
【００１１】
この問題を解決するため、一部では電子回路内にエンジン停止状態でも動作する記憶装置を設け、エンジン停止直前のステアリングの回転位置を記憶しておく方法も採られている。
【００１２】
しかしながら、エンジンが停止している間にステアリング・ホイールを回転させた場合には、記憶してあるステアリングの回転角度と実際の回転角度とが異なってしまう。このため、以降、誤ったステアリングの回転角度に基づいた制御を行うこととなり、本来の制御を行うことができなくなるという問題があった。
【００１３】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、ステアリングの回転角度・回転方向を電子回路の記憶素子に対してメモリバックアップしておき、エンジンが停止している間にステアリングが回転した場合、待機状態にあるセンサエレメントにより検出装置自体を作動し、エンジン停止時においてもステアリングの回転角度・回転方向を検出することができる回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明の回転角度検出装置は、円周方向に所定の間隔で複数個配列された透孔および円周方向に所定位置に設けられた欠除部を有するディスクと、前記ディスクの透孔に対応するように所定の角度内に配設された発光素子と受光素子を含む第１、第２のセンサエレメントと、前記ディスクの欠除部に対応するように配設された発光素子と受光素子を含む第３のセンサエレメントと、前記第１、第２、第３のセンサエレメントからの信号を用いて前記ディスクの回転角及び回転方向に応じて検出信号を出力する信号処理部、主スイッチをオンした時の前記信号処理部からの出力を位置情報として記憶する記憶部を含む制御手段とを備え、前記制御手段は、主スイッチがオフ状態にあるにも係わらず、前記センサエレメントを定常の動作状態における消費電流よりも低消費電流で動作可能に保持する暗電流モードとする第１の手段と、主スイッチがオフ状態にあるにも係わらず、前記記憶部に電流を供給して上記信号処理部からの位置情報の記憶状況を保持するメモリバックアップモードとする第２の手段と、前記第１の手段による暗電流モードにおいて上記センサエレメントによりディスク動作を検出した時、上記センサエレメント及び上記制御手段を定常の動作状態で作動させるように上記メモリバックアップモードを解除するとともに上記暗電流モードを解除する第３の手段と、第３の手段による各モードの解除状態においてセンサエレメントによるディスク動作を検出しなくなった時、再度メモリバックアップモードおよび暗電流モードとなるように第１、第２の手段を作動させる第４の手段を含むことを特徴とするものである。
【００１５】
この構成によると、エンジン停止時もステアリングの位置を記憶するとともにステアリングの変動を常時監視し、変化があった場合は記憶情報の更新を行うため、エンジン起動直後からのステアリングの絶対的な舵角位置情報を得ることができるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、円周方向に所定の間隔で複数個配列された透孔および円周方向に所定位置に設けられた欠除部を有するディスクと、前記ディスクの透孔に対応するように所定の角度内に配設された発光素子と受光素子を含む第１、第２のセンサエレメントと、前記ディスクの欠除部に対応するように配設された発光素子と受光素子を含む第３のセンサエレメントと、前記第１、第２、第３のセンサエレメントからの信号を用いて前記ディスクの回転角及び回転方向に応じて検出信号を出力する信号処理部、主スイッチをオンした時の前記信号処理部からの出力を位置情報として記憶する記憶部を含む制御手段とを備え、前記制御手段は、主スイッチがオフ状態にあるにも係わらず、前記センサエレメントを定常の動作状態における消費電流よりも低消費電流で動作可能に保持する暗電流モードとする第１の手段と、主スイッチがオフ状態にあるにも係わらず、前記記憶部に電流を供給して上記信号処理部からの位置情報の記憶状況を保持するメモリバックアップモードとする第２の手段と、前記第１の手段による暗電流モードにおいて上記センサエレメントによりディスク動作を検出した時、上記センサエレメント及び上記制御手段を定常の動作状態で作動させるように上記メモリバックアップモードを解除するとともに上記暗電流モードを解除する第３の手段と、第３の手段による各モードの解除状態においてセンサエレメントによるディスク動作を検出しなくなった時、再度メモリバックアップモードおよび暗電流モードとなるように第１、第２の手段を作動させる第４の手段を含む回転角度検出装置であり、エンジン停止時もステアリングの位置を記憶するとともにステアリングの変動を常時監視し、変化があった場合は記憶情報の更新を行い、エンジン起動直後からのステアリングの絶対的な舵角位置情報を得ることができるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第１の手段による暗電流モードにおいて第１、第２のセンサエレメントのいずれか一方を暗電流モードとし、他のセンサエレメントはオフ状態とするように制御する回転角度検出装置であり、エンジン停止時の消費電力を最小限に抑えることができ、長時間エンジンを停止した状態でもバッテリー上がり（バッテリーが過放電）を起こさないという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、ドアロック信号又はハンドルロック信号を検出した後のある所定時間の経過後、メモリバックアップモード及びオフモードになるように制御する回転角度検出装置であり、エンジン停止時の消費電力を最小限に抑えることができ、長時間エンジンの停止した状態でもバッテリー上がり（バッテリーが過放電）を起こさないという作用を有する。
【００１９】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における回転角度検出装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であり、図５と同一符号は同一構成要素であって詳細な説明を省略する。図１において、６は回転角度検出装置の内部に設けられたマイクロコンピュータ（以下マイコンと略す）を含む電子回路である。図２は同回転角度検出装置の電気結線図であり、主スイッチとしてのイグニッションスイッチ７ａ、アクセサリースイッチ７ｂを含み、これらのスイッチ７ａ，７ｂが切られても本回転角度検出装置にはバッテリーから直接、電源供給が行われている。８は制御手段であり、マイコン自身とセンサエレメント３ａ，３ｂ，４の動作モードを通常モードと省電流モードとの切換え制御を行う。９はセンサエレメントを通常モードと省電力モードとに切換えるモード切換部で、光学式受発光部への電源供給の制御を行う。制御手段８は演算部１０、角度の絶対位置を記憶する記憶部１１を含み、記憶部１１はイグニッションスイッチ７ａ、アクセサリースイッチ７ｂが切れた状態（オフの時）でもバッテリーから直接供給される電源を用いて、ディスク１の絶対的な角度位置を記憶している。センサエレメント３ａ，３ｂ，４から得られた信号をもとに演算部１０が角度の変位量の演算を行い、記憶部１１に記憶された絶対舵角情報をもとに新たな絶対角度を求め、記憶部１１の情報を更新する一方、出力部１２は記憶部１１の角度情報を電気的な信号として出力し、制御部１３はマイコンの全体制御を行う。１４はバッテリーからの１２Ｖ電源を５Ｖ電源に変換する電源回路であり、１５はイグニッションスイッチ７ａの１２Ｖ信号をマイコンの入力信号に変換する変換回路である。１６はアクセサリースイッチ７ｂの１２Ｖ信号をマイコンの入力信号に変換する変換回路である。ここで、センサエレメント３ａ，３ｂ，４は発光素子３Ｌａ，３Ｌｂ，４Ｌと受光素子３Ｐａ，３Ｐｂ，４Ｐを含む。
【００２０】
図３は、回転角の変化に伴って現れるセンサエレメントからの出力のタイミングを示しており、Ａ，Ｂ，Ｚはそれぞれセンサエレメント３ａ，３ｂ，４からの出力を示す。Ａ，Ｂはいずれもディスク１の回転角度１度ごとにＨとＬの状態が切り替わり、その位置は０．５度ずつずれるようセンサエレメント３ａ，３ｂが配置されている。Ｚの信号切り替わり点はＡの信号切り替わり点と一致するようにセンサエレメント３ａ，３ｂ，４が配置されている。
【００２１】
以上のように構成された回転角度検出装置の動作を図４を用いて説明する。
図４は同回転角度検出装置の主要部の動作フローである。いま、バッテリーよりはじめて電源が供給されるか、マイコンがリセットされると、ステップ１０ａにおいて初期設定（マイコンのＩ／Ｏポートを設定、各種レジスター設定、ＲＡＭの設定）を行い、ステップ１０ｂ、ステップ１０ｃにて主スイッチのアクセサリー位置やイグニション位置をチェックし、イグニションスイッチがオンすなわちエンジンが始動又は回転した時、ステップ１０ｄにてマイコンをウェイクアップ（作動モード）動作し、ステップ１０ｅにてセンサエレメントを通常モードで動作させる。そして、ステップ１０ｆにてセンサエレメントのフォトトランジスタ信号をチェックしてオフであれば、ステップ１０ｄのマイコンのウェイクアップ状態に戻る。ステップ１０ｆにおいて、センサエレメントのフォトトランジスタ信号をチェックしてオンであれば、ステップ１０ｈにて回転方向を検知し、ステップ１０ｋにて回転数演算を行い、ステップ１０ｈでの回転方向検知により演算した結果としての回転方向／回転数をステップ１０ｍにおいて記憶部に記憶しステップ１０ｎで外部に出力する。その後ステップ１０ｂのアクセサリー位置のチェック状態の前に戻る。
【００２２】
ここで、ステップ１０ｍでの指示により記憶される記憶部は、マイコンの内部ＲＡＭ部、又はバッテリーが切れたことを考慮してマイコンの外部に電気的書き込み可能なＲＯＭ（以後ＥＥＲＯＭと略す）、又はマイコンの外部にＲＡＭとＲＡＭの電源を確保するためのバッテリー（リチウムイオン電池）や容量の大きいコンデンサを取付けた記憶素子でも代用できる。
【００２３】
上記した説明のルーチンでは、エンジンが回転中のハンドルの回転角度・回転方向を通常の電力モードで動作することを示している。ここでステップ１０ｄでのマイコンのウェイクアップは通常作動モードで約５ｍＡ程度の電流が流れ、ステップ１０ｅでのセンサエレメント用発光素子は約６ｍＡで、２個の場合、１２ｍＡ程度の電流が流れる。ステップ１０ｄのマイコンのウェイクアップ状態とステップ１０ｅでのセンサエレメント用発光素子の動作状態を含めて約１７〜１８ｍＡの電流が流れる。
【００２４】
一方、ステップ１０ｂ又はステップ１０ｃにおいて、主スイッチがアクセサリースイッチのオフ位置、イグニションスイッチのオフ位置である場合、上記した説明とは異なるルーチンのもとに動作制御される。ここで、ステップ１０ｂ，１０ｃはエンジン停止状態でバッテリー電源を消耗しないためのモードを表しており、他に代用できる信号があれば代用しても可能である。
【００２５】
いま、ステップ１０ｂ，１０ｃにおいて、各スイッチがオフの時は、ステップ１０ｐにてドアロック信号、ステップ１０ｑにてハンドルロック信号がオフの場合、ステップ１０ｒにてセンサエレメント用発光素子を低消費電流モードでオンし、ステップ１０ｔにてセンサエレメント用フォトトランジスタを上記したセンサエレメント用発光素子の低消費電流モードも作動可能なようにゲインをアップして入力状態をチェックし、入力状態がオフのときはステップ１０ｕにてマイコンスリープ（メモリバックアップ）状態にしてステップ１０ｂのアクセサリー位置のチェック状態に戻る。ここで、上記したステップ１０ｔにてセンサエレメント用フォトトランジスタのゲインをアップした入力状態のチェックの結果として、入力電源がオンの時は、ステップ１０ｄの状態に移行し、定常動作モードでのセンサエレメントによる回転方向、回転角度の検出動作を実行する。
【００２６】
更に、ステップ１０ｂ，１０ｃにおいてスイッチがオフ位置と判断され、ステップ１０ｐでドアロック信号、ステップ１０ｑでハンドルロック信号がオンの場合ステップ１０ｓによって決定される所定時間の経過後にステップ１０ｖにてセンサエレメント用発光素子をオフモードとし、ステップ１０ｗにてセンサエレメント用フォトトランジスタをオフモードとして、ステップ１０ｕでマイコンスリープ状態に移行する。ここで、ステップ１０ｕでのマイコンスリープ状態では、メモリバックアップ状態を維持するものとする。
【００２７】
上記したルーチンでは、エンジンが停止状態になっており、このとき、ドアロック信号やハンドルロック信号がオフの場合のルーチンでの第１の暗電流モードで０．６ｍＡ程度の電流が流れるが、ドアロック信号やハンドルロック信号がオンの場合のルーチンでの第２の暗電流モードではマイコンスリープ状態で約０．０１〜０．１ｍＡの電流が流れるのみとなる。
【００２８】
ここで、前記ドアロック信号、ハンドルロック信号はエンジン停止中にハンドルが動かされない状態を示す信号であり、他の例として運転席や助手席の着座状況を示す信号（ハンドル操作できる範囲の位置に人がいない事を表す信号）を使用しても実現できることは言うまでもない。
【００２９】
通常、車輌においてエンジン停止、ドアロック信号オン状態にてバッテリーから電源供給を受けているのは、時計やキーレス受信機等に限られたものになる。その中でキーレス受信機は約５ｍＡ程度の電流が流れているが、上記した第１の暗電流モードで約０．６ｍＡ程度、第２の暗電流モードで約０．１ｍＡ程度の電流しか流れず、エンジン停止時のバッテリー電源消耗に大した問題にならない。
【００３０】
尚、本実施の形態においてはセンサエレメント３ａ，３ｂ，４として透過型フォトインタラプタを使用したが、他に反射型フォトインタラプタを使用しても良く、この場合には透孔１ａ、欠除部１ｂが反射部となるディスク１が採用される。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、円周方向に所定の間隔で複数個配列された透孔および円周方向の所定位置に設けられた欠除部を有するディスクと、前記ディスクの透孔に対応するように所定の角度内に配設された発光素子と受光素子を含む第１、第２のセンサエレメントと、前記ディスクの欠除部に対応するように配設された発光素子と受光素子を含む第３のセンサエレメントと、前記第１、第２、第３のセンサエレメントからの信号を用いて前記ディスクの回転角及び回転方向に応じて検出信号を出力する信号処理部、主スイッチをオンした時の前記信号処理部からの出力を位置情報として記憶する記憶部を含む制御手段とを備え、前記制御手段は、主スイッチがオフ状態にあるにも係わらず、前記センサエレメントを定常の動作状態における消費電流よりも低消費電流で動作可能に保持する暗電流モードとする第１の手段と、主スイッチがオフ状態にあるにも係わらず、前記記憶部に電流を供給して上記信号処理部からの位置情報の記憶状況を保持するメモリバックアップモードとする第２の手段と、前記第１の手段による暗電流モードにおいて上記センサエレメントによりディスク動作を検出した時、上記センサエレメント及び上記制御手段を定常の動作状態で作動させるように上記メモリバックアップモードを解除するとともに上記暗電流モードを解除する第３の手段と、第３の手段による各モードの解除状態においてセンサエレメントによるディスク動作を検出しなくなった時、再度メモリバックアップモードおよび暗電流モードとなるように第１、第２の手段を作動させる第４の手段を含むことを特徴とし、エンジンが停止している間にステアリングが回転した場合、センサエレメント用フォトトランジスタからの信号により制御手段を作動させてステアリングの回転情報を記憶し、エンジン停止時においてもステアリングの回転角度・回転方向を検出することができる回転位置検出装置を簡単な構成によって実現することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態における回転角度検出装置の平面図
（ｂ）同断面図
【図２】同回転角度検出装置の電気ブロック図
【図３】同回転角度検出装置の回転角の変化に伴って現れるセンサエレメントからの出力のタイミング図
【図４】同回転角度検出装置の主要部の構成を示す動作フロー図
【図５】従来の回転角度検出装置の平面図
【符号の説明】
１  ディスク
１ａ  透孔
１ｂ  欠除部
２  ロータ
３ａ  第１のセンサエレメント
３ｂ  第２のセンサエレメント
４  第３のセンサエレメント
５  ケース
６  電子回路
７ａ  イグニッションスイッチ
７ｂ  アクセサリースイッチ
８  制御手段
９  モード切換部
１０  演算部
１１  記憶部
１２  出力部
１３  制御部
１４  電源回路
１５  変換回路
１６  変換回路
【図１】
0003783393.tif 000002
【図２】
0003783393.tif 000003
【図３】
0003783393.tif 000004
【図４】
0003783393.tif 000005
【図５】
0003783393.tif 000006