JP5128766B2

JP5128766B2 - 舵角センサ

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Publication number: JP5128766B2
Application number: JP2005323255A
Authority: JP
Inventors: 雅博松田
Original assignee: Toyo Denso Co Ltd
Current assignee: Toyo Denso Co Ltd
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2025-11-08
Also published as: HK1106194A1; EP1783037A1; US7591174B2; JP2007132685A; DE602006012419D1; EP1783037B1; CN1962341A; CN100445150C; US20070102226A1

Description

この発明は、自動車などの車両に搭載されるステアリングの回転角度を検出する舵角センサに関するものである。

これまで知られている舵角センサ（以下、適宜「従来の舵角センサ」という）には、たとえば、特許文献１に開示されたものがある。従来の舵角センサは、ステアリングシャフトと連動して回転する第１のギアと、この第１のギアと連動した第１のギアよりも速い速度で回転する第２のギアとを含めて構成されている。およそ舵角センサなるものには、従来の舵角センサを含め、ステアリングシャフトの回転角度を高精度に検出することが求められており、その達成手段として従来の舵角センサには第１のギアと噛み合う第３のギアが設けられている。
特開２００４−１９８２８７号公報（段落００１６、図３参照）

しかしながら、対となったギアを円滑に無理なく回転させるためにギア間にはバックラッシ（遊び）が必要であることがよく知られている。ここで、ステアリングを、たとえば、時計方向に所定角度回転させてある状態で反時計方向に回転させる、すなわち、反転させる場合を考える。より具体的な例として、上記反転させるときの角度を、時計の３時の位置だとする。ステアリングを時計方向に回転させ１時、２時の位置を過ぎて３時の位置に達したときに回転を停止させ、停止させた３時の位置から逆方向である１時方向に回転させようとしたときの状態を想定する。１時を過ぎて３時に至るまで回転させる間は、前記した第１のギア（ステアリングと連動）の歯と第２のギアの歯は接触した状態にあるから両ギア間のバックラッシは問題とならない。第２のギアは第１のギアの回転に即応して連動回転しているからである。一方、反転させ１時方向に向わせるときの第２のギアは、第１のギアの回転と直ちに即応を開始しない。第２のギアは、上述したバックラッシの分だけ遅れて第１のギアに即応することになる。すなわち、ステアリングを３時の位置から１時の方向に反転させるとこれに即応して第１のギアも反転するが、第１のギアと噛み合う第２のギアは、ステアリングが、たとえば、誇張した表現をすれば２時の位置にまで来ないと回転が始まらない。これが、バックラッシによる回転の遅れ、つまり、回転のずれである。このような必然的に生じる回転のずれ、これが、ステアリングシャフトの回転角度を高精度検出の妨げになっていた。バックラッシを小さくするために知られている方法には、たとえば、歯車を２枚重ねにして片方を回転方向にずらして調整する方法、はすば歯車など、ねじれのある歯車を２枚に分割して片方を回転方向にずらして調整する方法等がある。しかし、車両という限られたスペース内に配されるステアリング構造の複雑化に伴い、舵角センサに対して軽薄短小の要請が極めて強い。したがって、ステアリング角度を測定するためのギアをバックラッシ防止のために２枚重ね構成等にすることは、舵角センサの大型化につながるため一般的に不可能である。本発明が解決しようとする課題は、可及的に小型を維持しつつ高精度な舵角センサを提供することにある。すなわち、対となったギアを備える舵角センサにおいて、ギア間に存在するバックラッシによる検出誤差を解消することによって大型化を避けながら高精度の舵角センサを提供することにある。

上記した課題を解決するために開発を進めた発明者は、バックラッシによる従動ギアの回転遅れ分は、これを補正によって補うようにすれば主動ギア（ステアリングシャフト）の回転角度の検知をより精度の高いものとするとの考えに至った。そのようにすれば、ギア又はギア周辺構造に手を加える必要がないので、舵角センサの大型化は避けられる。本発明は、上記観点からなされたものである。その構成の詳しい内容は、次項以下で説明する。なお、何れかの請求項に記載した発明の説明において行う用語の定義等は、その性質上可能な範囲で他の請求項に記載した発明の説明にも適用されるものとする。

（請求項１記載の発明の特徴）
請求項１記載の発明に係る舵角センサ（以下、適宜「請求項１の舵角センサ」という）は、ステアリングシャフトと連動して可逆回転する主動ギアと、当該主動ギアと噛み合って従動回転する従動ギアと、当該従動ギアの回転角度を測定するための測定機構と、当該測定機構の測定結果に基づいてステアリングシャフトの回転角度を演算するための演算手段と、を含めて構成してある。主動ギアと従動ギアとの関係は、検出を行いやすくするために被検出体であるステアリングシャフトの回転角を減速する、すなわち、主動ギアの歯数よりも従動ギアの歯数を少なくするのが一般的であるが、上記と逆に構成することを妨げるものではない。ここで、少なくとも主動ギアと従動ギアとの間にはバックラッシが存在する。測定機構の構造に限定はないが、測定機構自体が従動ギアと一体回転するギア（ギア群）や、さらにこのギア（ギア群）と噛み合うギア（ギア群）を備える場合もある。その場合は、噛み合うギア同士間にもバックラッシは存在する。請求項１の舵角センサには、反転時のバックラッシによる当該主動ギアに対する当該従動ギアの回転遅れを補正するための補正値を記憶可能な記憶手段を設けてある。記憶手段としては、たとえば、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（ＲａｎｄａｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の半導体記憶装置のような能動部品のほか、可変抵抗器のような受動部品や、能動部品と受動部品とを組み合わせたハイブリッド部品がある。演算手段は、たとえば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）やＭＰＵ（ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等によりこれを構成することができる。当該演算手段は、当該測定機構の測定結果を当該記憶手段に記憶させた補正値に基づいて補正することによって、当該ステアリングシャフトの回転角度を演算可能に構成してある。

請求項１の舵角センサによれば、被検知体であるステアリングシャフトの回転と連動して主動ギアが可逆回転する。主動ギアの回転は、これと噛み合う従動ギアに伝達される。従動ギアは測定機構の測定対象となっている。測定機構の測定結果は、演算手段に送られ、後述する補正値とともにそこで演算対象とされる。一方、ステアリングシャフトが一方方向の回転から他方方向へ反転されたときは、その反転によって主動ギアと従動ギアとの間に存するバックラッシによる当該主動ギアに対する当該従動ギアの回転遅れが生じる。従動ギアの回転遅れは、演算手段による演算時に、演算手段が記憶装置から読み出した補正値によって補正され、その結果、舵角センサが出力する回転角と、ステアリングシャフトの実際の回転角とが完全又は略一致する。これによって、ステアリングシャフトの回転角検知の高精度化が実現する。主動ギアと従動ギアとの関係において、バックラッシ防止のための特別な機械的機構を設けるものではないため、従来の舵角センサと比べて大型化することはない。なお、補正値は、主動ギア及び従動ギア等の構造に基づいて計算して得た値でもよいが、両ギアを回転させたときに実測したバックラッシに基づいた値とすることが好ましい。ギアも機械部品であるから公差の範囲内であるとはいえ寸法のバラツキもあり得るので、そのような寸法のバラツキに対応させるためには実測のほうが適しているからである。さらに、たとえば、測定機構もギアを備えている場合にその備えているギアのバックラッシ分も計算で求めなければならないとするとたいへん煩雑であるから、煩雑な計算よりも実測のほうがはるかに簡単である。また、ギアやその周辺機構が、磨耗によって経年変化することも否定できないので、たとえば、一定期間ごとにバックラッシを再実測し、その実測値に基づいて記憶させてある補正値を更新するように構成することもよい。

請求項１の舵角センサにあっては、さらに、前記演算手段に、外部データを導入可能なインターフェースを設けてあり、当該主動ギアをステアリングシャフトの代わりに測定用シャフトと連動させた際に、当該測定用シャフトに設けたエンコーダから得た当該測定用シャフトの回転角度データを当該インターフェースから当該演算手段に導入可能に構成してあり、当該演算手段が、導入した当該両方向回転角度データの各々につき求めたバックラッシ値を平均し当該記憶手段に記憶させた補正値と、前記測定機構の測定結果と、に基づいて当該ステアリングシャフトの回転角度を演算可能に構成してある。

これによれば、補正値、すなわち、両方向のバックラッシ値を平均したことによる主動ギアに対する従動ギアの回転遅れを補正するための補正値と、測定機構の測定結果に基づいてステアリングシャフトの回転角度を演算することができる。主動ギアに対する従動ギアの回転遅れに加え、測定機構がギア機構を備える場合（たとえば、後述する請求項２の舵角センサが備える測定用小径ギアと噛み合って従動回転する測定用従動ギア）には当該ギア機構のバックラッシや、回転遅れを生じさせるその他の要因がある場合には、それらのバックラッシや要因に見合った補正値を得ることができる。計算により補正値を求めることも理論的には可能であるが、この理論的補正値よりも実測補正値のほうがより迅速かつ正確に補正値を求めることができる。さらに、上述したギア機構は、使用環境や使用頻度等によって異なるが使用により磨耗等の経時劣化も生じ得るため、たとえば、自動車の車検のときに再計測に基づいて補正値を更新可能に構成しておけば、舵角センサによる舵角検知をより正確なものとすることができる。

（請求項２記載の発明の特徴）
請求項２記載の発明に係る舵角センサ（以下、適宜「請求項２の舵角センサ」という）では、請求項１の舵角センサの基本構成を備えさせた上で、前記測定機構が、前記従動ギアと一体回転する測定用小径ギアと、当該測定用小径ギアと噛み合って従動回転する測定用従動ギアと、を少なくとも含めて構成してあり、前記記憶手段に記憶させる補正値が、反転時のバックラッシによる当該測定用小径ギアに対する当該測定用従動ギアの回転遅れを補正するための測定用補正値を含めて設定してある。

請求項２の舵角センサによれば、請求項１の舵角センサの作用効果に加え、測定機構が有する測定用小径ギアと測定用従動ギアとの間に存するバックラッシをも補正対象とする。すなわち、測定機構そのものが対となったギアを含む場合に、そのようなギア間に存するバックラッシ分の回転遅れを補うことによって、ギアを用いたことによる精度低下を防ぎ舵角センサの高精度を維持することができる。

本発明に係る舵角センサによれば、記憶手段に予め記憶させた補正値に基づいて測定機構による従動ギアの測定結果が補正されるので、主動ギアと従動ギアとの間に存するバックラッシを完全又は略一致させることができる。すなわち、舵角センサの高精度化が実現する。さらに、主動ギアと従動ギア、さらには、これらの周辺に両ギア間のバックラッシを抑制するための特別な機構を設ける必要がないので、舵角センサの大型化を有効抑制することも可能にする。

次に、各図を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態（以下、「本実施形態」という）について説明する。図１は、舵角センサの取付位置の概略を示すための斜視図である。図２は、舵角センサの平面図である。図３は、図２に示す舵角センサの支持基板を取り外した状態の平面図である。図４は、舵角センサの分解斜視図である。図５は、図２に示す舵角センサのＡ−Ａ断面図である。なお、図５に示す回転リング及び固定リングは断面とせずに側面を示してある。図６は、舵角センサの電気的構成を示すブロック図である。図７は、微信号を示すグラフである。図８は、粗信号を示すグラフである。図９は、補正手順を示すフローチャートである。図１０は、バックラッシを説明するための図である。図１１は、図６に示す電気的構成の変形例を示す図である。図１２は、補正前後のステアリング角度を示す図表である。なお、図６に示す符号１０５は、使用時において舵角センサに装着するステアリングシャフトを、図１１に示す符号１０５´は、舵角センサに取り付けた測定用シャフトを、それぞれ示す。

（舵角センサの設置位置）
図１を参照しながら、舵角センサの設置位置の一例を説明する。舵角センサ１は、図１に示すように、車両のハンドル１０１に付属するステアリングコラム１０３の中に内蔵されるのが一般的である。ハンドル１０１には、ハンドル１０１と一体回転するステアリングシャフト１０５（図４参照）が固定してある。舵角センサ１は、ステアリングシャフト１０５の回転角度を検出するためのセンサであり、それ自体は回転しないが後述する回転リング７がステアリングシャフト１０５と一体回転するように構成してある。

（舵角センサの概略構造）
図２乃至５を参照しながら、舵角センサの概略構造を説明する。舵角センサ１は、合成樹脂製のケーシング３を備え、ケーシング３が舵角センサ１の主要外観を構成する。ケーシング３は、底部３ａと底部３ａの周縁から起立する周壁部３ｂとから概ね構成してある。ケーシング３は、たとえば、内蔵させるギアの大きさや数等の内部構造の違いや舵角センサ１を取り付ける取付環境等の外部構造の違い等に合わせて様々な形状に形成可能であり、ステアリングシャフト１０５を貫通させるためのシャフト孔４を厚み方向に備えている。シャフト孔４は円形であって、その周縁には、底部３ａから周壁部３ｂと平行に起立する環状の内側リブ３ｃと、内側リブ３ｃの外側で起立する同じく環状の外側リブ３ｄと、を形成してある。外側リブ３ｄは、その一部を切り欠いた形状に形成してあり、切り欠きによって開放した外側リブ３ｄの一端と周壁部３ｂとを連結リブ３ｅにより、開放した外側リブ３ｄの他端と周壁部３ｂとを連結リブ３ｆによりそれぞれ連結してある。さらに、連結リブ３ｅと連結リブ３ｆとの間にも、外側リブ３ｄと周壁部３ｂとを連結する連結リブ３ｇ，３ｈを形成してある。連結リブ３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈは、何れも外側リブ３ｄと同じ高さに形成してある。連結リブ３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈは、外側リブ３ｄ等と相俟って、ケーシング３の補強とともに、その上に載置する支持基板５を下方から支持する役目、ケーシング３の底部３ａと支持基板５との間に後述する従動ギア１２等を収納可能な空間（連結リブ３ｅと連結リブ３ｆ及び周壁部３ｂによって囲まれた空間）を形成する役目等を担っている。なお、符号３ｊ，３ｋは、舵角センサ１を所定箇所に取付可能とするためにケーシング３から側方（周壁部３ｂに対して垂直方向）に突き出させた取付突片を示している。符号３ｐは、支持基板５に搭載された電子部品（図示を省略）等と外部との電気的接続を行うために接続ピン（図示を省略）を収納するためにケーシング３と一体成形して形成した収納体を示している。

支持基板５は、ケーシング３の内部を有効活用するために内部をほぼ占有する形状（大きさ）に形成してある。このため、支持基板５は、ケーシング３より僅かに小さなほぼ相似形に形成してある。支持基板５には、ケーシング３に納めたときにシャフト孔４と同心となる円形の支持孔５ｈを貫通形成してある。支持孔５ｈは、シャフト孔４よりも大径に、かつ、その周縁がケーシング３の外側リブ３ｄ及び連結リブ３ｅ，３ｆの上に、下方から支持させるために載置可能に形成してある。支持基板５を外側リブ３ｄ等の上に載置すると、支持基板５の支持孔５ｈの周縁とケーシング３の内側リブ３ｃとの間（内側リブ３ｃと外側リブ３ｄとの間）に、平面視したときに見える環状空間１０が存在している（図３参照）。図４及び５に示すように支持基板５は、ケーシング３の底部３ａに対向する対向面５ａ（図５の向かって右側となる面）と、対向面５ａとは反対側の面となる取付面５ｂと、を備えている。支持基板５には、取付面５ｂが含む支持孔５ｈ周辺の領域を除き、図６に示す部品を含む各種電子部品を適宜搭載してある。

図２乃至５に基づいて、回転リング７について説明する。回転リング７は、合成樹脂を一体成形によって形成した中空部７ｈを有する環状の部材であって、環状フランジ部７ａと、環状フランジ部７ａの一方の面から起立する環状壁部７ｂと、から概ね構成してある。環状壁部７ｂは、環状フランジ部７ａと同心状に形成してあり、環状フランジ部７ａから起立させてあることから環状フランジ部７ａの外径よりも小さな外径になっている。回転リング７は、中空部７ｈ側に突出する段部７ｃが形成してある（図４参照）。段部７ｃは、次に述べる固定リング９を嵌め込んだときの抜け止めを、その主な役目とする。固定リング９は、ステアリングシャフト１０５と回転リング７とを可逆に連動回転させるための固定部材であって、両者間に介在可能、かつ、両者に対して着脱自在に構成してある。環状壁部７ｂの環状フランジ部７ａから見た先端部外周面には、回転リング７を主動ギアとして機能させるためのギア部７ｇを形成してある。環状壁部７ｂおよび主動ギア７ｇは支持基板５の支持孔５ｈ周縁とケーシング３の内側リブ３ｃとの間にある環状空間１０に差込可能に構成してある。環状空間１０に差し込んだ環状壁部７ｂ及び主動ギア７ｇが、支持孔５ｈ周縁（外側リブ３ｄ）と内側リブ３ｃに対して、同じく円周方向に回転可能であることは言うまでもない。

（従動ギア・測定機構の構造）
図３乃至７を参照しながら、従動ギアと測定機構について説明する。従動ギア１２は、ケーシング３の底部３ａから起立させた支持ピン１２ｐ（図３参照）を軸として回転可能、かつ、主動ギア７ｇと噛み合い可能に設けてある。本実施形態における主動ギア７ｇと従動ギア１２との増速比は、概ね１：３前後に設定してある。

測定機構１５は、測定用小径ギア１７と、測定用小径ギア１７と噛み合って従動回転する測定用従動ギア１９と、測定用従動ギア１９同軸で一体回転する円盤磁石２１（図３、６参照）と、円盤磁石２１の磁界を検知するためのホール素子３３、３５を含む検知回路３１と、により概ね構成してある。ホール素子３３およびホール素子３５は、回転する円盤磁石２１が発する磁界を検知するために、円盤磁石２１（測定用従動ギア１９）の中心を共通の中心とする円周上にほぼ９０度ずらした位置に配してある。測定用小径ギア１７は、従動ギア１２と同軸一体に設けてあり、支持ピン１２ｐを軸として従動ギア１２と一体回転可能に構成してある。測定機構１５から得られる信号は、ステアリングシャフト１０５が、０度〜３６０度の範囲における角度を示す信号であり、一般には、微信号とも呼ばれている。なお、微信号検出は、上記機構による方式以外の検出方式によっても可能であり、そのような検出方式として、たとえば、ＭＲ素子、可変抵抗器を用いたものがある。

図６に示すように、検知回路３１は上述したホール素子３３およびホール素子３５のほか、角度変換回路３７、ＭＰＵ３９、リセットＩＣ４１、Ｅ^２ＰＲＯＭ４３、ＣＡＮトランシーバー４４及び多回転検知機構４５を含めて構成してある。角度変換回路３７は、ホール素子３３，３５から得た位相違いの検知信号を角度に変換するための回路である（図７参照）。ＭＰＵ３９は、舵角センサ１全体の制御のほか、後述する演算手段としての機能を受け持つ制御装置である。リセットＩＣ４１は、ＭＰＵ３９の暴走防止を行うためのＩＣである。Ｅ^２ＰＲＯＭ４３は、後述する補正値を記憶手段として記憶するための装置である。ＣＡＮトランシーバー４４は、ステアリングシャフト１０５の回転角を示す信号を外部へ出力するための通信機能を担っている。多回転検知機構４５は、ステアリングシャフト１０５（図４参照）がどちらの方向（時計方向、反時計方向）に何回転したか検出するための検知部材或いは検知機構等であって、そのような検知が可能であれば採用する部材や機構に何ら制限はないが、比較的低価格であり安定した動作が期待できるため本実施形態ではポテンショメータを採用した。ポテンショメータは、回転させることによりその回転角に略比例した信号を出力する。多回転検知機構４５が出力する信号は、一般に、粗信号とも呼ばれている。本実施形態における多回転検知機構４５の出力信号は、図８に示すような略直線状の特性を示す。すなわち、本実施形態におけるステアリングシャフト１０５は、後述するように４回転するように構成してあるが、この４回転の間に多回転検知機構４５が１回転するように構成してある。多回転検知機構４５の回転は、１回転に限る必要は必ずしもなく、状況に応じて複数回転するように構成してもよい。多回転検知機構４５は、その周囲にギア部４５ｇを備え、次に述べる機構によって回転させられる。すなわち、まず、測定用従動ギア１９の回転については、既に説明したとおりであるが、測定用従動ギア１９には、これと同軸一体回転する伝達用小径ギア２０を設けてある。伝達用小径ギア２０は、図３に示す測定用従動ギア１９の裏側に位置するため、同図において破線で示してある。伝達用小径ギア２０は、原車として支持ピン２３ｐによって回転可能に支持された中間大径ギア２３と噛み合いこれを回転させるように構成してある。伝達用小径ギア２０の従車として回転する中間大径ギア２３は、これと同軸一体の中間小径ギア２５を一体回転させ、中間小径ギア２５はこれと噛み合うギア部４５ｇ、すなわち、多回転検知機構４５を回転させるようになっている。上記構成によって出力される粗信号と、前述した０度〜３６０度の範囲の角度を示す微信号（以下、微信号に係る回転を「微回転」という）と、を組み合わせることによって、ステアリングシャフト１０５の回転角度を検知することができる。

粗信号と微信号との関係を、具体例を挙げながら説明する。ここで、ステアリングシャフト１０５が、時計回り反時計回り７２０度ずつ（−７２０度〜＋７２０度）回転可能であるとする。時計回り終端から反時計回り終端までに、４．０回転（７２０度×２÷３６０度）することになる。さらに、上記４回の回転のうちの１の回転中における回転角度（微回転の回転角度）を、たとえば、時計回り１５度（＋１５度）とする。微信号があればステアリングシャフト１０５が、＋１５度回転した状態にあることは分かるが、この＋１５度は上記４回の回転のうちいずれの回転中における微回転＋１５度なのかまでは分からない。４回の回転のうち１回目の回転の３６０度における微回転＋１５度なのか、それとも、同じく２回目の回転における３６０度中の微回転＋１５度なのか、区別がつかない。そこで、粗信号と微信号とを併せることによって、４回の回転のうちいずれの回転中における何度の微回転なのかを的確に判断ができるように構成した。

（回転角度の補正）
上述したように、微信号と粗信号とを併用することによってステアリングシャフト１０５の回転角度を検出することが可能ではあるが、検出精度をより高くするために本実施形態では、測定機構１５を介して得た微信号（測定結果）に、ギアのバックラッシによる回転遅れ（回転ずれ）分を補うための補正を加えている。バックラッシは、主動側ギアの反転に際して従動側ギアの回転遅れの原因となるからである。従動側ギアの回転遅れについては、前述した発明が解決しようとする課題の欄において既に説明した。補正を加えるにあたって、まず、主動ギア７ｇと従動ギア１２との間に存するバックラッシ（バックラッシＢ１）分の補正を行い、併せて、本実施形態では測定機構１５にギアを使用しているので測定用小径ギア１７と測定用従動ギア１９との間に存するバックラッシ（バックラッシＢ２）分の補正を行う。測定機構１５がギアを使用していないのであれば、バックラッシＢ２は考慮する必要がないことは言うまでもない。バックラッシＢ１とバックラッシＢ２は、何れも設計段階から把握可能であるから、それに伴い補うべき値、すなわち、補正値を算出することもできるが、部品のバラツキや磨耗等が存在するため本実施形態では実測に基づいて補正値を決定するようにした。

（補正値の実測・登録手順）
図１０及び１１を参照しながら、バックラッシＢ１及びバックラッシＢ２を補うための補正値の実測・登録手順を説明する。図１１に示すブロック図は図６に示すブロック図と基本的に異ならない。異なるのは、図６に示すブロック図では必ずしも必要としない測定用シャフト１０５´とＭＰＵ３９のインターフェース３９ａとを図１１に示してある点である。

実測は、まず、ステアリングシャフト１０５の代わりに測定用シャフト１０５´を舵角センサ１（回転リング７、すなわち、主動ギア）に取り付けることから始める（図１１参照）。舵角センサ１を実車のステアリングシャフトに取り付けた状態で実測することもできるが、実測対象となる舵角センサ１に測定用シャフト１０５´を取り付けて行う実測のほうが簡単に実測することができる。実車に取り付けながら行う実測ではステアリングシャフト以外の部材が邪魔をして取り付けが煩雑にならざるを得ないが、測定用シャフトによる実測であれば邪魔する部材がない分、実測作業を単純化することができるからである。測定用シャフト１０５´は、ステアリングシャフト１０５よりも短いもので足りる、というのも利点の一つである。測定用シャフト１０５´には、その回転角度を計測可能なエンコーダ１１１を取り付けてある。エンコーダ１１１が計測する測定用シャフト１０５´の回転角度データは、インターフェース３９ａを介してＭＰＵ３９に導入可能になっている。

以下、バックラッシの登録手順を説明する。以下の記載において、バックラッシとは、特に断らない限り、回転角度のバックラッシ（度）をいうものとする。測定用シャフト１０５´の取り付けを行いエンコーダ１１１の出力端子をＭＰＵ３９のインターフェース３９ａに接続したところで、基準位置の設定を行う。ここでは、測定用シャフト１０５´の反時計方向回転と時計方向回転の中点付近（図１０（ａ）に黒丸で示す）を、基準位置に設定する。基準位置を定めたら、その位置におけるエンコーダ１１１の測定角度θｅ_０と測定機構１５の測定角度θｓ_０をＭＰＵ３９内に仮登録させる。上記した基準位置を設定するときに、エンコーダ１１１及び測定機構１５のそれぞれの回転角度の読みを０（ゼロ）度にリセットしてから仮登録させるように構成してもよい。以下では、説明の都合上、上記手順によってエンコーダ１１１及び測定機構１５の読みを０（ゼロ）度にリセットしたものとして説明を行う。仮登録を行ったら、測定用シャフト１０５´を左方向（反時計回り方向）に回し切るまで回転させる。回し切った状態は、たとえば、図１０（ｂ）に示す状態となる。回し切ったときのエンコーダ１１１が示す測定用シャフト１０５´の回転角は、−７２０度（−３６０×２）を示す。この時の、角度を説明の都合上、必要に応じて−７２０度と記すことにする。他方、主動ギアである回転リング７と従動ギア１２との間には、図１０（ａ）においてαで示すバックラッシ（すなわち、バックラッシＢ１）が存在するので、エンコーダ１１１が示す回転角θｅ_Ｌが−７２０度であるのに対し、測定機構１５が示す回転角度θｓ_Ｌは（−７２０＋α）を示す。つまり、測定機構１５は、エンコーダ１１１が示す回転角よりもα度分だけ小さい回転角度を示す。バックラッシα度は、これをＭＰＵ３９内に仮登録させる。このバックラッシα度が、測定用シャフト１０５´と測定機構１５との間に生じる測定誤差となる。

ここで、登録手順を説明するにあたり、図１０（ａ）に示す状態における歯車間のラジアル（円周方向）のガタに相当するα度を、そのままバックラッシα度として説明したが、これは説明の便宜のためであり、たとえばスラスト方向のガタ等の存在も実際にはあり得る。その場合の上記スラストガタ等も回転角度のズレに影響し、その結果、スラストガタ等は測定機構１５の回転角度θｓ_Ｌに取り込まれる。すなわち、回転角度θｓ_Ｌには、ラジアルガタ以外の要素が含まれる場合もあり得る。一般的には、測定機構１５が示す回転角度θｓ_Ｌとエンコーダ１１１が示す回転角θｅ_Ｌとの差が上記バックラッシα度に相当する。なお、本実施形態では、測定機構１５自体がギア機構を含むため、当該ギア機構におけるバックラッシも測定誤差の原因となるが、バックラッシと測定誤差の因果関係は上述したとおりであるから、当該ギア機構におけるバックラッシについての説明は省略する。なお、同様の趣旨から、当該ギア機構による測定誤差はないものとしての以後の説明を続ける。

前２項では、中点から反時計方向に回し切ったところでバックラッシを測定してＭＰＵ３９内に登録させる手順を説明した。この片方向回し切りによる測定によって得たバックラッシ値だけでも回転遅れを補正するための補正値を求めるのに充分ではあるが、反時計方向に時計方向の回し切り測定を加えた測定手法、すなわち、両方向回し切りによる測定手法を採用することもできる。両方向回し切りによる測定手法は、基準位置を中点付近に設定する点で片方回し切りによる測定手法と同じであるが、反時計方向回し切りと時計方向回し切りの各々につきバックラッシ値を求めそれらを平均するという手法である。その説明のために、図９のフローチャートを併せて参照する。

まず、基準位置の設定を行う。基準位置は任意の位置に設定することができるが、本実施形態では反時計方向回転と時計方向回転の中点に設定することにする。エンコーダ１１１の測定角度θｅ（図示を省略）と、そのときの測定機構１５の測定角度θｓ（図示を省略）を、それぞれ０（ゼロ）度にリセットする。このリセットによって基準位置の設定が完了する（Ｓ１）。基準位置の設定が完了したら、測定用シャフト１０５´を反時計方向（図１０において左回り）に回し切るまで回転させる（Ｓ３）。ここまでは、先に述べた片方向回し切りによる測定手法と同じである。反時計方向に回し切った測定用シャフト１０５´は、これを回し切った方向とは逆方向の時計方向（図１０において右回り）に回転させてエンコーダ１１１の測定角度θｅが０（ゼロ）度を示す位置（中点付近）、すなわち、基準位置にまで戻す（Ｓ５）。この測定角度θｅが０（ゼロ）度を示す位置にあるときに、測定機構１５が示す測定角度θｓ´が反時計方向バックラッシα１（図示を省略）である。バックラッシα１は、これをＭＰＵ３９内に仮登録させる（Ｓ７）。

仮登録が完了したら、測定用シャフト１０５´を、さらに時計方向に回転させて回し切り（Ｓ９）、回し切ったところで反転させエンコーダ１１１の測定角度θｅが０（ゼロ）度を示す位置（中点付近）まで戻す（Ｓ１１）。戻し終わったときに測定機構１５が示す測定角度θｓ´´（図示を省略）が、時計方向バックラッシα２（図示を省略）である。バックラッシα２は、バックラッシα１とは逆方向のバックラッシである。求めたバックラッシα２は、これもＭＰＵ３９内に仮登録させておく（Ｓ１３）。次に、ＭＰＵ３９内に仮登録させてあるバックラッシα１と上記バックラッシα２との平均値を演算し（Ｓ１５）、演算結果を最終的な補正値としてＥ^２ＰＲＯＭ４３に登録（記憶）させる（Ｓ１７）。以上で補正値の設定を終了する。後は、測定用シャフト１０５´を取り外すことによって、実車に実装可能な舵角センサ１を得る。なお、上述した実測手順は、先に反時計回り方向を行い時計回り方向を後で行うようになっているが、これとは逆手順で行うことを妨げない。

実際に使用していた舵角センサの補正値を更新するには、実車のステアリングシャフト１０５から取り外した舵角センサ１に上述した測定用シャフト１０５´を取り付けて前述した手順で補正値を求め、求めた補正値を従前の補正値に上書きすることにより行うようにすることができる。

（舵角センサの作用効果）
これまで説明した舵角センサ１によれば、次の作用効果を奏する。実車のステアリングコラム１０３（図１参照）内に実装した舵角センサ１は、図４に示すようにステアリングシャフト１０５に取り付けてある。ステアリングシャフト１０５は、図１に示すハンドル１０１と一体に可逆回転する。ここで、ハンドル１０１を何れかの方向に回転させると、これに伴い、ステアリングシャフト１０５が回転する。ステアリングシャフト１０５の回転は、図６に示す回転リング（主動ギア）７を可逆回転させる。回転リング７の回転は、これと噛み合う従動ギア１２に伝達される。従動ギア１２は測定機構１５の測定対象となっている。測定機構１５の測定結果は、演算手段であるＭＰＵ３９に送られ、Ｅ^２ＰＲＯＭ４３に登録させてある補正値とともにそこで演算対象とされる。一方、ステアリングシャフト１０５が一方方向の回転から他方方向へ反転されたときは、その反転によって回転リング７と従動ギア１２との間に存するバックラッシによる回転リング７に対する従動ギア１２の回転遅れが生じる。従動ギア１２の回転遅れは、ＭＰＵ３９による演算時に、ＭＰＵ３９が記憶装置であるＥ^２ＰＲＯＭ４３から読み出した補正値によって補正され、その結果、舵角センサ１が出力する回転角と、ステアリングシャフト１０５の実際の回転角とが完全又は略一致する。図１２に示す実線はステアリングシャフト１０５の実際の回転角を、同じく破線は測定機構１５が出力する回転角を、それぞれ示している。実線と破線との間のずれが、バックラッシによって生じた回転リング７（ステアリングシャフト１０５）と従動ギア１２との間の回転ずれである。これを、補正値を基に補正することによって２点鎖線で示す回転角となる。補正によって、２点鎖線で示す回転角が実線で示すステアリングシャフト１０５の回転角と略一致している。これによって、ステアリングシャフト１０５の回転角検知の高精度化が実現する。

舵角センサの取付位置の概略を示すための斜視図である。舵角センサの平面図である。図２に示す舵角センサの支持基板を取り外した状態の平面図である。舵角センサの分解斜視図である。図２に示す舵角センサのＡ−Ａ断面図である。舵角センサの電気的構成を示すブロック図である。微信号を示すグラフである。粗信号を示すグラフである。補正手順を示すフローチャートである。バックラッシを説明するための図である。図６に示す電気的構成の変形例を示す図である。補正前後のステアリング角度を示す図表である。

１舵角センサ
３ケーシング
３ａ底部
３ｂ周壁部
３ｃ内側リブ
３ｄ外側リブ
３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ連結リブ
３ｊ，３ｋ取付突片
３ｐ収納体
４シャフト孔
５支持基板
５ａ対向面
５ｂ取付面
５ｃ摺動面
５ｈ支持孔
７回転リング
７ａ環状フランジ部
７ｂ環状壁部
７ｃ段部
７ｇ主動ギア（ギア部）
７ｈ中空部
９固定リング
１０環状空間
１２従動ギア
１２ｐ支持ピン
１５測定機構
１７測定用小径ギア
１９測定用従動ギア
２１円盤磁石
３１検知回路
３３，３５ホール素子
３７角度変換回路
３９ＭＰＵ（演算手段）
３９ａインターフェース
４１リセットＩＣ
４３Ｅ^２ＰＲＯＭ（記憶手段）
４４ＣＡＮトランシーバー
４５多回転検知機構
１０１ハンドル
１０３ステアリングコラム
１０５ステアリングシャフト
１０５´ 測定用シャフト
１１１エンコーダ

Claims

ステアリングシャフトと連動して可逆回転する主動ギアと、
当該主動ギアと噛み合って従動回転する従動ギアと、
当該従動ギアの回転角度を測定するための測定機構と、
当該測定機構の測定結果に基づいてステアリングシャフトの回転角度を演算するための演算手段と、を含む舵角センサにおいて、
反転時のバックラッシによる当該主動ギアに対する当該従動ギアの回転遅れを補正するための補正値を記憶可能な記憶手段を設けてあり、
当該演算手段が、当該測定機構の測定結果を当該記憶手段に記憶させた補正値に基づいて補正することによって、ステアリングシャフトの回転角度を演算可能に構成してあり、
当該演算手段には、外部データを導入可能なインターフェースを設けてあり、
当該主動ギアをステアリングシャフトの代わりに測定用シャフトと連動させた際に、当該測定用シャフトに設けたエンコーダから得た当該測定用シャフトの両方向回転角度データを当該インターフェースから当該演算手段に導入可能に構成してあり、
当該演算手段が、導入した当該両方向回転角度データの各々につき求めたバックラッシ値を平均し当該記憶手段に記憶させた補正値と、前記測定機構の測定結果と、に基づいて当該ステアリングシャフトの回転角度を演算可能に構成してある
ことを特徴とする舵角センサ。
前記測定機構が、前記従動ギアと一体回転する測定用小径ギアと、当該測定用小径ギアと噛み合って従動回転する測定用従動ギアと、を少なくとも含めて構成してあり、
前記記憶手段に記憶させる補正値が、反転時のバックラッシによる当該測定用小径ギアに対する当該測定用従動ギアの回転遅れを補正するための測定用補正値を含めて設定してある
ことを特徴とする請求項１記載の舵角センサ。