操舵角検出装置
【課題】 ステアリングシャフトを静止したままで絶対操舵角が検出でき、多回転でも操舵角が検出できる操舵角検出装置を提供する。
【解決手段】 ステアリングシャフト１と一体的に回転する径Ｒの主ローラ２と、主ローラ２に外接し径ｒ１の第一差動ローラ３と、主ローラ２に外接し径ｒ２（ｒ１＜ｒ２＜Ｒ）の第二差動ローラ４と、第一差動ローラ３の回転角θ１を±１８０°の範囲で検出する第一回転角センサ５と、第二差動ローラ４の回転角θ２を±１８０°の範囲で検出する第二回転角センサ６と、２つの回転角θ１，θ２で定義される位相差αに基づいてステアリングシャフト１の操舵角Φを演算する演算回路とを備えた。
【解決手段】 ステアリングシャフト１と一体的に回転する径Ｒの主ローラ２と、主ローラ２に外接し径ｒ１の第一差動ローラ３と、主ローラ２に外接し径ｒ２（ｒ１＜ｒ２＜Ｒ）の第二差動ローラ４と、第一差動ローラ３の回転角θ１を±１８０°の範囲で検出する第一回転角センサ５と、第二差動ローラ４の回転角θ２を±１８０°の範囲で検出する第二回転角センサ６と、２つの回転角θ１，θ２で定義される位相差αに基づいてステアリングシャフト１の操舵角Φを演算する演算回路とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数回転されるステアリングシャフトの絶対操舵角を検出する操舵角検出装置に係り、ステアリングシャフトを静止したままで絶対操舵角が検出でき、多回転でも操舵角が検出できる操舵角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のステアリングシャフトの操舵角を検出する操舵角検出装置として、インクリメント式の光エンコーダを利用したものが知られている。この種の操舵角検出装置ではパルス信号の数をカウントすることで、もとの操舵角からの増減分を検出し、もとの操舵角に増減分を加えることで絶対操舵角を得ている。しかし、この種の操舵角検出装置は、電源を常に通電しておかないと、もとの操舵角の情報が失われてしまう。このため自動車では、操舵角検出が必要ない状況でもバッテリの電力が消費され、いわゆるバッテリあがりを招くおそれがあった。
【０００３】
また、操舵角はステアリングシャフトの複数回転分の角度として検出する必要があることから、１回転分だけの回転角度センサでは足りない。そこで、互いに回転比が異なる２つの回転角度センサを使用し、両回転角度センサの出力の組み合わせから操舵角を検出するようになっている。この種の操舵角検出装置のなかでも、特許文献１に開示されている操舵角検出装置は、ステアリングシャフトを動かさなくても絶対操舵角が検出できる。以下、アブソリュート型光エンコーダと磁気式回転センサを利用した従来の操舵角検出装置の要点を説明する。
【０００４】
図７に示されるように、主センサ１０１は、ステアリングシャフト６に外嵌された光エンコーダ板１０２と、この光エンコーダ板１０２を挟むように配置された８組の発光器及び受光器（まとめて光センサ群１０３とする）とからなるアブソリュート型の光エンコーダで構成されている。光エンコーダ板１０２には、その円周角をグレイコードまたはビットコードからなるコード値で表すスリットが設けられている。光エンコーダ板１０２がステアリングシャフト６と一体的に回転するのに対し光センサ群１０３は車体に固定されている。光エンコーダ板１０２が回転すると、発光器からの光がスリットを通して受光器で受光され、光が遮られたときには受光されない。発光器及び受光器を８組用いることにより、３６０°を２５６段階で表現することができる。ステアリングシャフト６が複数回転すれば同じ回数だけ光エンコーダ板１０２も回転する。よって、主センサ１０１の読み取り値は、３６０°おきに同じ値が繰り返される。
【０００５】
副センサ１０４は、ステアリングシャフト６に外嵌された主歯車１０５に対して増速の関係となるよう歯数を少なくした副歯車１０６の中に棒磁石１０７を内蔵し、ＮＳの磁極がこの副歯車１０６の径方向に向くようにし、この副歯車１０６に対して軸方向より磁気センサ（図示せず）を臨ませたものである。副センサ１０４は、副歯車１０６の１回転ごとに副歯車１０６の回転角に対して正弦波状に変化をする波形を繰り返す。
【０００６】
特許文献１の段落００２０〜００５２に記載された操舵角検出装置もほぼ図１０の構成に従うものである。特許文献１の場合、３６０°をＣ０〜Ｃ１３の１４段階で表現するようになっている。また、特許文献１によれば、増速比は１．７５倍、つまり、主歯車の歯数対副歯車の歯数は７：４であるから、主歯車が４回転（＝ステアリングシャフトが４回転）するごとに副歯車は７回転する。
【０００７】
この操舵角検出装置の場合、ステアリングシャフトの操舵角−７２０°〜＋７２０°の間に、主センサから読み取れる回転角と副センサの出力電圧との組み合わせが同一となる操舵角が複数存在するので、主センサから読み取れる回転角の変化状態と副センサの出力電圧の変化状態とを加味することで、操舵角を一つに絞って推定することができる。
【０００８】
特許文献１の段落００５４以降に記載された別の形態では、副センサにポテンショメータを用いることにより、副歯車の１回転ごとに副歯車の回転角に対して直線的に変化をする波形を繰り返すようにすることができ、この場合、ステアリングシャフトの操舵角−７２０°〜＋７２０°の間に、主センサから読み取れる回転角と副センサから読み取れる回転角との組み合わせが同一となる２つの操舵角が存在しないので、主センサから読み取れる回転角と副センサから読み取れる回転角との組み合わせで操舵角を特定することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−９８５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
インクリメント式の光エンコーダを利用した操舵角検出装置は、常時通電の必要があるため、電力が無駄に消費された。
【００１１】
特許文献１の操舵角検出装置は、主センサが光エンコーダ方式であるため、主センサの分解能が２５．７°と粗い。この主センサの分解能によって操舵角の分解能が規定されてしまう。
【００１２】
また、特許文献１の１つ目の形態の操舵角検出装置は、主センサから読み取れる回転角と副センサの出力電圧との組み合わせが同一となる操舵角が複数存在するので、主センサから読み取れる回転角の変化状態と副センサの出力電圧の変化状態とを加味しなければ、操舵角を一つに絞ることができない。つまり、ステアリングシャフトを静止したままでは操舵角が検出できない。
【００１３】
一方、特許文献１の２つ目の形態の操舵角検出装置は、ステアリングシャフトを静止したままで絶対操舵角が検出できる。しかし、主歯車と副歯車のギア比が７：４と簡単な整数比であるため主歯車が４回転（前後に２回転）すると副歯車が７回転して両歯車の回転角が共に０°に戻って両センサの出力電圧が元の組み合わせに戻るため、ステアリングシャフトが４回転を越えると操舵角が一つに定まらず、２つのセンサの回転角のみでは操舵角を検出することができない。
【００１４】
さらに、特許文献１の操舵角検出装置や図７のものは、主歯車１０５に副歯車１０６を噛合させて回転を伝えることで副センサの回転を得ている。しかし、歯車には必ずがた（あそび）がある。このがたのために操舵角の測定精度が向上できない。また、主歯車１０５あるいは副歯車１０６に歯欠けが生じると、副センサが間違った出力を出すようになり、操舵角検出不能になる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ステアリングシャフトを静止したままで絶対操舵角が検出でき、多回転でも操舵角が検出できる操舵角検出装置を提供することにある。さらに、この目的以外にも、前述した諸問題を解決する目的も有する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明（請求項１）は、ステアリングシャフトに外嵌されて該ステアリングシャフトと一体的に回転して径Ｒを有する主ローラと、この主ローラに外接して回転されて該主ローラの径Ｒより小さい径ｒ１を有する第一差動ローラと、前記主ローラに外接して回転されて前記主ローラの径Ｒより小さく前記第一差動ローラの径ｒ１より大きい径ｒ２を有する第二差動ローラと、前記第一差動ローラの回転角θ１を±１８０°の範囲で検出する第一回転角センサと、前記第二差動ローラの回転角θ２を±１８０°の範囲で検出する第二回転角センサと、前記検出された２つの回転角θ１，θ２で定義される位相差αに基づいて上記ステアリングシャフトの操舵角Φを演算する演算回路とを備え、
上記位相差αは、
｜θ１−θ２｜≦１８０°のとき、 α＝θ１−θ２
｜θ１−θ２｜＞１８０°のとき、
θ１＜０であれば、 α＝θ１＋３６０−θ２
θ１＞０であれば、 α＝θ１−３６０−θ２
で定義されるものである。
【００１７】
また、本発明（請求項２）は、ステアリングシャフトに外嵌されて該ステアリングシャフトと一体的に回転して径Ｒを有する主ローラと、この主ローラにより循環駆動されるベルトと、このベルトに接して回転されて該主ローラの径Ｒより小さい径ｒ１を有する第一差動ローラと、前記ベルトに接して回転されて前記主ローラの径Ｒより小さく前記第一差動ローラの径ｒ１より大きい径ｒ２を有する第二差動ローラと、前記第一差動ローラの回転角θ１を±１８０°の範囲で検出する第一回転角センサと、前記第二差動ローラの回転角θ２を±１８０°の範囲で検出する第二回転角センサと、前記検出された２つの回転角θ１，θ２で定義される位相差αに基づいて上記ステアリングシャフトの操舵角Φを演算する演算回路とを備え、
上記位相差αは、
｜θ１−θ２｜≦１８０°のとき、 α＝θ１−θ２
｜θ１−θ２｜＞１８０°のとき、
θ１＜０であれば、 α＝θ１＋３６０−θ２
θ１＞０であれば、 α＝θ１−３６０−θ２
で定義されるものである。
【００１８】
上記演算回路は、上記位相差αを操舵角演算式に代入して上記ステアリングシャフトの操舵角Φを演算し、その操舵角演算式は、
【００１９】
【数１】
【００２０】
で与えられてもよい。
【００２１】
上記演算回路は、上記位相差αを予め記憶している操舵角対位相差特性に当てはめて操舵角Φを特定してもよい。
【００２２】
前記第一、第二差動ローラにそれぞれ磁極が当該差動ローラの中心を挟んで位置するよう磁石を取り付け、これら前記第一、第二差動ローラに対してそれぞれ軸方向より磁気センサを臨ませて第一、第二回転角センサを構成してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２４】
（１）ステアリングシャフトを静止したままで絶対操舵角が検出できる。
【００２５】
（２）多回転でも操舵角が検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２７】
図１に示されるように、本発明に係る操舵角検出装置は、ステアリングシャフト１に外嵌されてステアリングシャフト１と一体的に回転して径Ｒを有する主ローラ２と、この主ローラ２に外接して回転されて該ローラ２の径Ｒより小さい径ｒ１を有する第一差動ローラ３と、主ローラ２に外接して回転されて主ローラ２の径Ｒより小さく第一差動ローラ３の径ｒ１より大きい径ｒ２を有する第二差動ローラ４と、第一差動ローラ３の回転角θ１を±１８０°の範囲で検出する第一回転角センサ５と、第二差動ローラ４の回転角θ２を±１８０°の範囲で検出する第二回転角センサ６と、前記検出された２つの回転角θ１，θ２で定義される位相差αに基づいてステアリングシャフト１の操舵角Φを演算する演算回路（図示せず）とを備える。
【００２８】
第一、第二回転角センサ５，６に使用する回転角センサは、回転角に比例した信号を出力するものであれば何でもよいが、ここでは、差動ローラに対して非接触で角度を検出できる磁気式の回転角センサを使用してある。すなわち、 第一、第二差動ローラ３，４にそれぞれ磁極が当該差動ローラ３，４の中心を挟んで位置するよう磁石７，８を取り付け、これら第一、第二差動ローラ３，４に対してそれぞれ軸方向より磁気抵抗素子からなる磁気センサ９，１０を臨ませて第一、第二回転角センサ５，６を構成してある。磁石７，８は、直径を境に片側がＮ極、反対側がＳ極となっている円形磁石（環状磁石ともいう）である。磁石７，８は、この磁石７，８の径の中心を第一、第二差動ローラ３，４の径の中心に合わせ、第一、第二差動ローラ３，４の内部に収容されている。これにより、Ｎ極とＳ極は互いに径方向反対側に位置する。磁気センサ９，１０は、第一、第二差動ローラ３，４の径の中心に配置され、非回転系（図示せず）に固定されている。
【００２９】
第一、第二回転角センサ５，６の回転角検出原理は同じであるから、第一回転角センサ５についてのみ説明する。磁気センサ９の磁束感知面は第一差動ローラ３の軸方向に向けてある。磁石７のＮ極からＳ極へ向かう磁束が磁気センサ９の磁束感知面を通ることにより、磁束に比例した電圧が磁気センサ９から出力される。なお、磁気センサ９は、Ｐｈｉｌｉｐｓ社のＭＲセンサ等の回転角検出用ＭＲセンサであり、ＭＲ素子からなる２個のブリッジ回路を４５度ずらした形で配置したものである。これにより、ｓｉｎθ波形とｃｏｓθ波形の出力が得られ、これら２つの出力からａｔａｎθ（＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）を求めた信号が磁気センサ９の出力となる。
【００３０】
いま、図示のように磁石７のＮ極側が０°の方向を向いており（これをθ＝０とする）、Ｎ極Ｓ極の境界線が±９０°の方向を向いているとする。このとき磁気センサ９の電圧は０である。第一差動ローラ３が回転すると、磁石７が回転してＮ極Ｓ極の位置が変わるので、磁気センサ９の磁束感知面を通る磁束が変化する。よって、磁気センサ９の電圧は増加する。その後、第一差動ローラ３が９０°まで回転すると磁気センサ９の電圧は最大値から符号が逆転して最低値となる。１８０°まで回転すると、図示とは逆に磁石７のＳ極側が０°の方向を向くことになる。このとき磁気センサ９の電圧は０となる。さらに第一差動ローラ３が回転すると、磁気センサ９の電圧は再び増加して２７０°で最大値から最低値に逆転し、第一差動ローラ３が３６０°回転したところで、磁気センサ９の電圧はもとの０へ戻る。つまり、３６０°回転内に２周期の変化が生じる。
【００３１】
第一差動ローラ３が３６０°を越えて何回転しても、１回転における磁気センサ９の電圧変化は同じ経過をたどる。ここでは、０°を基準とし、±１８０°で回転角を表すものとする。つまり、第一差動ローラ３が２００°回転したとすると、そのときの回転角は−１６０°と表現される。いいかえると、磁気センサ９は、回転角−１６０°に換算される電圧を出力する。
【００３２】
前述した磁石７と磁気センサ９の位置関係が変化することにより、回転角が０°のとき磁気センサ９の電圧が０となり、回転角０°から＋方向に１８０°回転するまでは磁気センサ９の電圧が正の値でしだいに高くなり、回転角０°から−方向に１８０°回転するまでは磁気センサ９の電圧が負の値でしだいに低くなることになる。このように、回転角とセンサ出力電圧とは、リニアな関係にあり、符号も揃っている。以下では、磁気センサ９の電圧を第一回転角センサ５が検出した第一差動ローラ３の回転角θ１と等価と考える。
主ローラ２が多回転すると、それに随伴して第一、第二差動ローラ３，４はそれよりも多回転する。これにともなう、第一、第二回転角センサ５，６の出力変化を図２に示す。横軸は操舵角である。縦軸は磁気センサ９，１０の電圧であるが、回転角θ１，θ２に読み替え可能であり、例えば、電圧Ｖｈは回転角＋１８０°、電圧Ｖｌは−１８０°と読める。破線は第一回転角センサ５の出力、実線は第二回転角センサ６の出力を表す。この図を参照しながら、以下の説明を行う。
【００３３】
図１の操舵角検出装置は、主ローラ２が例えば時計回りに回転すると、第一、第二差動ローラ３，４は反時計回りに回転する。しかし、以下では、操舵角（＝主ローラ２の回転角を複数回転分の角度範囲で表したもの）が正に増える方向（主ローラ２の正回転方向）を第一、第二差動ローラ３，４の正回転方向と定義する。
【００３４】
この操舵角検出装置において、それぞれのローラ径の違い（ｒ１＜ｒ２＜Ｒ）から、主ローラ２が操舵角Φ回転したとき、第一、第二差動ローラ３，４の回転角θ１，θ２は式（１），（２）のようになる。
【００３５】
θ１＝Φ×Ｒ／ｒ１ （１）
θ２＝Φ×Ｒ／ｒ２ （２）
このとき、回転角θ１，θ２は±１８０°以下（±１８０°の範囲を越えないの意、つまり−１８０°≦θ１，θ２≦＋１８０°）であるから、式（１）で求めることのできる操舵角Φの範囲、あるいは式（２）で求めることのできる操舵角Φの範囲は、いずれも±１８０°未満（−１８０°＜θ１，θ２＜＋１８０°）に限られる。
【００３６】
次に、式（１）と式（２）の差を求めると、
θ１− θ２＝Φ×Ｒ×（ｒ２−ｒ１）／（ｒ１×ｒ２） （３）
となる。この式（３）より、
【００３７】
【数２】
【００３８】
が得られる。つまり、回転角θ１，θ２の組み合わせから操舵角Φを計算することができる。この式（４）において、主ローラ２の径Ｒを一定とすると、第一、第二差動ローラ３，４の径の差（ｒ２−ｒ１）を小さくすることにより、分母が小さくなるので、操舵角Φは大きくなる。つまり、第一、第二回転角センサ５，６が出力する回転角θ１，θ２が±１８０°以下であっても、±１８０°以上の操舵角Φを算出できる。
【００３９】
次に、その演算方法を説明する。
【００４０】
まず、位相差αを次式（５）のように定義する。
【００４１】
α＝θ１− θ２ （５）
主ローラ２が正回転するとき、第一差動ローラ３が第二差動ローラ４よりも速く回転するため、回転角θ１が１８０°以下のとき、θ１＞ θ２となり、位相差αは正の値となる。しかし、第一差動ローラ３がさらに回転して回転角θ１が１８０°を越える瞬間、回転角θ１は不連続的に−１８０°になる。この不連続点Ｐを超えると式（５）で位相差αを定義することができない。
【００４２】
不連続点Ｐを超えた状態では、｜θ１−θ２｜＞１８０°となってしまう。しかし、このとき回転角θ１に３６０°を加算してやると、位相差αの正確な値を求めることが可能となる。
【００４３】
続いて回転角θ２が不連続点Ｑを超えると、｜θ１−θ２｜≦１８０°に戻るので、回転角θ１に３６０°を加算する必要はなくなる。
【００４４】
一方、主ローラ２が逆正回転するとき、やはり第一差動ローラ３が第二差動ローラ４よりも速く回転する。ただし、回転角θ１の符号は負であるから、θ１＜θ２となり、位相差αは負の値となる。しかし、第一差動ローラ３がさらに回転して回転角θ１が−１８０°を越える瞬間、回転角θ１は不連続的に１８０°になる。この不連続点Ｒを超えると式（５）で位相差αを定義することができない。
【００４５】
ここでも不連続点Ｒを超えた状態では、｜θ１−θ２｜＞１８０°となってしまう。しかし、このとき回転角θ１から３６０°を減算してやると、位相差αの正確な値を求めることが可能となる。
【００４６】
続いて回転角θ２が不連続点Ｓを超えると、｜θ１−θ２｜≦１８０°に戻るので、回転角θ１に３６０°を加算する必要はなくなる。
【００４７】
まとめると、｜θ１−θ２｜≦１８０°のときであれば、式（５）で位相差αを定義してよい。｜θ１−θ２｜＞１８０°のときは、式（５）に対して３６０°の加算又は減算の項を追加すればよい。３６０°を加算するか減算するかは、回転角θ１の符号よって判断できる。よって、
θ１＜０であれば、α＝θ１＋３６０−θ２ （５’）
θ１＞０であれば、α＝θ１−３６０−θ２ （５”）
と定義できる。
【００４８】
以上により、回転角θ１，θ２の全ての値の組み合わせに対して位相差αが定義できた。また、式（４）は、
【００４９】
【数３】
【００５０】
で表すことができる。この式（６）を操舵角演算式と呼ぶ。位相差αを操舵角演算式（６）に代入すれば操舵角Φを得ることができる。図２には、どの式（５）、（５’）、（５”）で位相差αを表すことになるか示してある。
【００５１】
図３に操舵角対位相差特性を示す。図示のように、操舵角Φ＝０°のとき位相差α＝０であり、操舵角Φ＝−１０８０°から＋１０８０°まで位相差αは直線的に変化する。
【００５２】
演算回路は、位相差αを操舵角演算式（６）に代入する代わりに、図３の操舵角対位相差特性を予めテーブルに記憶しておき、この操舵角対位相差特性に位相差αを当てはめて操舵角Φを特定することができる。
【００５３】
ところで、操舵角演算式（６）において、位相差αの絶対値が１８０°未満であれば操舵角Φを算出することが可能である。ステアリングシャフト１の回転数をｎとすると、操舵角Φがｎ×３６０°まで算出可能なためには、
Ｒ×（ｒ２−ｒ１）（ｎ×３６０°）／（ｒ１×ｒ２）＜１８０°
であればよい。
【００５４】
これより、
２Ｒ×（ｒ２−ｒ１）×ｎ＜ｒ１×ｒ２ （７）
となり、ｎについての式、
ｎ＜（ｒ１×ｒ２）／｛２Ｒ×（ｒ２−ｒ１）｝ （８）
が得られる。
【００５５】
たとえば、Ｒ＝２５ｍｍ、ｒ２＝１３ｍｍ、ｒ１＝１２ｍｍの場合、
ｎ＜３．１２
となるから、±３回転分の操舵角Φが算出できる。
【００５６】
本発明の操舵角検出装置は、２つの差動ローラ間の位相差αに基づいて操舵角Φを演算するようにしたので、ステアリングシャフトを静止したままで絶対操舵角が検出でき、電源を投入した時点からただちに検出を行うことができる。
【００５７】
また、２つの差動ローラ３，４の回転角θ１，θ２に応じて位相差αを定義したので、多回転でも操舵角が検出できる。
【００５８】
また、本発明の操舵角検出装置は、歯車を使用せず、ローラを使用しているので、がたがなく操舵角の測定精度が向上する。また、歯欠けによる不具合が発生しない。
【００５９】
次に、本発明の操舵角検出装置を車両に搭載した実施形態を説明する。
【００６０】
図４に示されるように、車両にはラック４１とピニオン４２が組み合わせて設けられ、ラック４１の両端にはそれぞれ継ぎ手４３を介してタイヤ４４が水平方向に回動可能に取り付けられている。一方、ピニオン４２には継ぎ手４５を介してステアリングシャフト１が連結されている。ステアリングハンドル４８によりステアリングシャフト１を回転させるとラック４１が直線運動して両タイヤ４４の向きを変える仕組みになっている。
【００６１】
このステアリングシャフト１に本発明の操舵角検出装置が設置されている。この操舵角検出装置内の第一、第二回転角センサ５，６のの出力は、既に説明した操舵角検出の演算を行う演算用プロセッサ４６に入力され、演算用プロセッサ４６が出力する操舵角情報は上位の運動制御コントローラ４７へ伝送されるようになっている。
【００６２】
運動制御コントローラ４７が例えば自動操縦機能を有する場合、演算用プロセッサ４６が出力する操舵角情報を利用することができる。さらに、運動制御コントローラ４７がカーナビゲーションシステムからの地図情報に従って自立航法を実施する場合も演算用プロセッサ４６が出力する操舵角情報を利用することができる。
【００６３】
図５に示されるように、本発明の操舵角検出装置は、ステアリングシャフト１を囲むように設けられて車体に固定された筐体５１を有し、その筐体５１内に既に述べた主ローラ２、第一、第二差動ローラ３，４等の構成部材が収容されている。主ローラ２はステアリングシャフト１に固定されてステアリングシャフト１と一体的に回転するようになっている。また、第一、第二差動ローラ３，４は図示しないローラ軸が筐体５１に軸承され、主歯車５に随伴して回転するようになっている。
【００６４】
さらに、この実施形態では、筐体５１内に基板５２が設けられ、その基板５２上に、第一、第二回転角センサ５，６としての磁気センサ９，１０、演算用プロセッサ４６が実装されている。このように、磁気センサ９，１０や演算用プロセッサ４６の電気系部材を同一の基板５２に実装したので、操舵角検出装置が占有するスペースを小さくすることができる。
【００６５】
図１の実施形態では、 第一、第二差動ローラ３，４は、それぞれ主ローラ２に接することで主ローラ２から回転力を得て回転するようにした。しかし、回転力の伝達方法はこれに限らない。図６に併記した形態では、主ローラ２にベルト６１が掛けられており、主ローラ２の回転によりベルト６１が循環駆動されるようになっている。第一、第二差動ローラ３，４は主ローラ２に外接せず、ベルト６１に接する。これにより、主ローラ２が時計回りに回転すると、第一、第二差動ローラ３，４も時計回りに回転する。図１の形態と第一、第二差動ローラ３，４の回転方向が逆になるが、操舵角が正に増える方向を第一、第二差動ローラ３，４の正回転方向と定義しておけば問題なく、これまで説明した位相差αを操舵角演算式（６）に代入すれば操舵角Φが算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態を示す操舵角検出装置の断面図である。
【図２】本発明における回転角センサの操舵角対電圧特性図である。
【図３】本発明における操舵角対位相差特性図である。
【図４】本発明の操舵角検出装置を搭載した車両のステアリング構造図である。
【図５】図４の操舵角検出装置の内部構造断面図である。
【図６】本発明の一実施形態を示す操舵角検出装置の断面図である。
【図７】従来の操舵角検出装置の平面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ ステアリングシャフト
２ 主ローラ
３ 第一差動ローラ
４ 第二差動ローラ
５ 第一回転角センサ
６ 第二回転角センサ
７、８ 磁石
９、１０ 磁気センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数回転されるステアリングシャフトの絶対操舵角を検出する操舵角検出装置に係り、ステアリングシャフトを静止したままで絶対操舵角が検出でき、多回転でも操舵角が検出できる操舵角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のステアリングシャフトの操舵角を検出する操舵角検出装置として、インクリメント式の光エンコーダを利用したものが知られている。この種の操舵角検出装置ではパルス信号の数をカウントすることで、もとの操舵角からの増減分を検出し、もとの操舵角に増減分を加えることで絶対操舵角を得ている。しかし、この種の操舵角検出装置は、電源を常に通電しておかないと、もとの操舵角の情報が失われてしまう。このため自動車では、操舵角検出が必要ない状況でもバッテリの電力が消費され、いわゆるバッテリあがりを招くおそれがあった。
【０００３】
また、操舵角はステアリングシャフトの複数回転分の角度として検出する必要があることから、１回転分だけの回転角度センサでは足りない。そこで、互いに回転比が異なる２つの回転角度センサを使用し、両回転角度センサの出力の組み合わせから操舵角を検出するようになっている。この種の操舵角検出装置のなかでも、特許文献１に開示されている操舵角検出装置は、ステアリングシャフトを動かさなくても絶対操舵角が検出できる。以下、アブソリュート型光エンコーダと磁気式回転センサを利用した従来の操舵角検出装置の要点を説明する。
【０００４】
図７に示されるように、主センサ１０１は、ステアリングシャフト６に外嵌された光エンコーダ板１０２と、この光エンコーダ板１０２を挟むように配置された８組の発光器及び受光器（まとめて光センサ群１０３とする）とからなるアブソリュート型の光エンコーダで構成されている。光エンコーダ板１０２には、その円周角をグレイコードまたはビットコードからなるコード値で表すスリットが設けられている。光エンコーダ板１０２がステアリングシャフト６と一体的に回転するのに対し光センサ群１０３は車体に固定されている。光エンコーダ板１０２が回転すると、発光器からの光がスリットを通して受光器で受光され、光が遮られたときには受光されない。発光器及び受光器を８組用いることにより、３６０°を２５６段階で表現することができる。ステアリングシャフト６が複数回転すれば同じ回数だけ光エンコーダ板１０２も回転する。よって、主センサ１０１の読み取り値は、３６０°おきに同じ値が繰り返される。
【０００５】
副センサ１０４は、ステアリングシャフト６に外嵌された主歯車１０５に対して増速の関係となるよう歯数を少なくした副歯車１０６の中に棒磁石１０７を内蔵し、ＮＳの磁極がこの副歯車１０６の径方向に向くようにし、この副歯車１０６に対して軸方向より磁気センサ（図示せず）を臨ませたものである。副センサ１０４は、副歯車１０６の１回転ごとに副歯車１０６の回転角に対して正弦波状に変化をする波形を繰り返す。
【０００６】
特許文献１の段落００２０〜００５２に記載された操舵角検出装置もほぼ図１０の構成に従うものである。特許文献１の場合、３６０°をＣ０〜Ｃ１３の１４段階で表現するようになっている。また、特許文献１によれば、増速比は１．７５倍、つまり、主歯車の歯数対副歯車の歯数は７：４であるから、主歯車が４回転（＝ステアリングシャフトが４回転）するごとに副歯車は７回転する。
【０００７】
この操舵角検出装置の場合、ステアリングシャフトの操舵角−７２０°〜＋７２０°の間に、主センサから読み取れる回転角と副センサの出力電圧との組み合わせが同一となる操舵角が複数存在するので、主センサから読み取れる回転角の変化状態と副センサの出力電圧の変化状態とを加味することで、操舵角を一つに絞って推定することができる。
【０００８】
特許文献１の段落００５４以降に記載された別の形態では、副センサにポテンショメータを用いることにより、副歯車の１回転ごとに副歯車の回転角に対して直線的に変化をする波形を繰り返すようにすることができ、この場合、ステアリングシャフトの操舵角−７２０°〜＋７２０°の間に、主センサから読み取れる回転角と副センサから読み取れる回転角との組み合わせが同一となる２つの操舵角が存在しないので、主センサから読み取れる回転角と副センサから読み取れる回転角との組み合わせで操舵角を特定することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−９８５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
インクリメント式の光エンコーダを利用した操舵角検出装置は、常時通電の必要があるため、電力が無駄に消費された。
【００１１】
特許文献１の操舵角検出装置は、主センサが光エンコーダ方式であるため、主センサの分解能が２５．７°と粗い。この主センサの分解能によって操舵角の分解能が規定されてしまう。
【００１２】
また、特許文献１の１つ目の形態の操舵角検出装置は、主センサから読み取れる回転角と副センサの出力電圧との組み合わせが同一となる操舵角が複数存在するので、主センサから読み取れる回転角の変化状態と副センサの出力電圧の変化状態とを加味しなければ、操舵角を一つに絞ることができない。つまり、ステアリングシャフトを静止したままでは操舵角が検出できない。
【００１３】
一方、特許文献１の２つ目の形態の操舵角検出装置は、ステアリングシャフトを静止したままで絶対操舵角が検出できる。しかし、主歯車と副歯車のギア比が７：４と簡単な整数比であるため主歯車が４回転（前後に２回転）すると副歯車が７回転して両歯車の回転角が共に０°に戻って両センサの出力電圧が元の組み合わせに戻るため、ステアリングシャフトが４回転を越えると操舵角が一つに定まらず、２つのセンサの回転角のみでは操舵角を検出することができない。
【００１４】
さらに、特許文献１の操舵角検出装置や図７のものは、主歯車１０５に副歯車１０６を噛合させて回転を伝えることで副センサの回転を得ている。しかし、歯車には必ずがた（あそび）がある。このがたのために操舵角の測定精度が向上できない。また、主歯車１０５あるいは副歯車１０６に歯欠けが生じると、副センサが間違った出力を出すようになり、操舵角検出不能になる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ステアリングシャフトを静止したままで絶対操舵角が検出でき、多回転でも操舵角が検出できる操舵角検出装置を提供することにある。さらに、この目的以外にも、前述した諸問題を解決する目的も有する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明（請求項１）は、ステアリングシャフトに外嵌されて該ステアリングシャフトと一体的に回転して径Ｒを有する主ローラと、この主ローラに外接して回転されて該主ローラの径Ｒより小さい径ｒ１を有する第一差動ローラと、前記主ローラに外接して回転されて前記主ローラの径Ｒより小さく前記第一差動ローラの径ｒ１より大きい径ｒ２を有する第二差動ローラと、前記第一差動ローラの回転角θ１を±１８０°の範囲で検出する第一回転角センサと、前記第二差動ローラの回転角θ２を±１８０°の範囲で検出する第二回転角センサと、前記検出された２つの回転角θ１，θ２で定義される位相差αに基づいて上記ステアリングシャフトの操舵角Φを演算する演算回路とを備え、
上記位相差αは、
｜θ１−θ２｜≦１８０°のとき、 α＝θ１−θ２
｜θ１−θ２｜＞１８０°のとき、
θ１＜０であれば、 α＝θ１＋３６０−θ２
θ１＞０であれば、 α＝θ１−３６０−θ２
で定義されるものである。
【００１７】
また、本発明（請求項２）は、ステアリングシャフトに外嵌されて該ステアリングシャフトと一体的に回転して径Ｒを有する主ローラと、この主ローラにより循環駆動されるベルトと、このベルトに接して回転されて該主ローラの径Ｒより小さい径ｒ１を有する第一差動ローラと、前記ベルトに接して回転されて前記主ローラの径Ｒより小さく前記第一差動ローラの径ｒ１より大きい径ｒ２を有する第二差動ローラと、前記第一差動ローラの回転角θ１を±１８０°の範囲で検出する第一回転角センサと、前記第二差動ローラの回転角θ２を±１８０°の範囲で検出する第二回転角センサと、前記検出された２つの回転角θ１，θ２で定義される位相差αに基づいて上記ステアリングシャフトの操舵角Φを演算する演算回路とを備え、
上記位相差αは、
｜θ１−θ２｜≦１８０°のとき、 α＝θ１−θ２
｜θ１−θ２｜＞１８０°のとき、
θ１＜０であれば、 α＝θ１＋３６０−θ２
θ１＞０であれば、 α＝θ１−３６０−θ２
で定義されるものである。
【００１８】
上記演算回路は、上記位相差αを操舵角演算式に代入して上記ステアリングシャフトの操舵角Φを演算し、その操舵角演算式は、
【００１９】
【数１】
【００２０】
で与えられてもよい。
【００２１】
上記演算回路は、上記位相差αを予め記憶している操舵角対位相差特性に当てはめて操舵角Φを特定してもよい。
【００２２】
前記第一、第二差動ローラにそれぞれ磁極が当該差動ローラの中心を挟んで位置するよう磁石を取り付け、これら前記第一、第二差動ローラに対してそれぞれ軸方向より磁気センサを臨ませて第一、第二回転角センサを構成してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２４】
（１）ステアリングシャフトを静止したままで絶対操舵角が検出できる。
【００２５】
（２）多回転でも操舵角が検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２７】
図１に示されるように、本発明に係る操舵角検出装置は、ステアリングシャフト１に外嵌されてステアリングシャフト１と一体的に回転して径Ｒを有する主ローラ２と、この主ローラ２に外接して回転されて該ローラ２の径Ｒより小さい径ｒ１を有する第一差動ローラ３と、主ローラ２に外接して回転されて主ローラ２の径Ｒより小さく第一差動ローラ３の径ｒ１より大きい径ｒ２を有する第二差動ローラ４と、第一差動ローラ３の回転角θ１を±１８０°の範囲で検出する第一回転角センサ５と、第二差動ローラ４の回転角θ２を±１８０°の範囲で検出する第二回転角センサ６と、前記検出された２つの回転角θ１，θ２で定義される位相差αに基づいてステアリングシャフト１の操舵角Φを演算する演算回路（図示せず）とを備える。
【００２８】
第一、第二回転角センサ５，６に使用する回転角センサは、回転角に比例した信号を出力するものであれば何でもよいが、ここでは、差動ローラに対して非接触で角度を検出できる磁気式の回転角センサを使用してある。すなわち、 第一、第二差動ローラ３，４にそれぞれ磁極が当該差動ローラ３，４の中心を挟んで位置するよう磁石７，８を取り付け、これら第一、第二差動ローラ３，４に対してそれぞれ軸方向より磁気抵抗素子からなる磁気センサ９，１０を臨ませて第一、第二回転角センサ５，６を構成してある。磁石７，８は、直径を境に片側がＮ極、反対側がＳ極となっている円形磁石（環状磁石ともいう）である。磁石７，８は、この磁石７，８の径の中心を第一、第二差動ローラ３，４の径の中心に合わせ、第一、第二差動ローラ３，４の内部に収容されている。これにより、Ｎ極とＳ極は互いに径方向反対側に位置する。磁気センサ９，１０は、第一、第二差動ローラ３，４の径の中心に配置され、非回転系（図示せず）に固定されている。
【００２９】
第一、第二回転角センサ５，６の回転角検出原理は同じであるから、第一回転角センサ５についてのみ説明する。磁気センサ９の磁束感知面は第一差動ローラ３の軸方向に向けてある。磁石７のＮ極からＳ極へ向かう磁束が磁気センサ９の磁束感知面を通ることにより、磁束に比例した電圧が磁気センサ９から出力される。なお、磁気センサ９は、Ｐｈｉｌｉｐｓ社のＭＲセンサ等の回転角検出用ＭＲセンサであり、ＭＲ素子からなる２個のブリッジ回路を４５度ずらした形で配置したものである。これにより、ｓｉｎθ波形とｃｏｓθ波形の出力が得られ、これら２つの出力からａｔａｎθ（＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）を求めた信号が磁気センサ９の出力となる。
【００３０】
いま、図示のように磁石７のＮ極側が０°の方向を向いており（これをθ＝０とする）、Ｎ極Ｓ極の境界線が±９０°の方向を向いているとする。このとき磁気センサ９の電圧は０である。第一差動ローラ３が回転すると、磁石７が回転してＮ極Ｓ極の位置が変わるので、磁気センサ９の磁束感知面を通る磁束が変化する。よって、磁気センサ９の電圧は増加する。その後、第一差動ローラ３が９０°まで回転すると磁気センサ９の電圧は最大値から符号が逆転して最低値となる。１８０°まで回転すると、図示とは逆に磁石７のＳ極側が０°の方向を向くことになる。このとき磁気センサ９の電圧は０となる。さらに第一差動ローラ３が回転すると、磁気センサ９の電圧は再び増加して２７０°で最大値から最低値に逆転し、第一差動ローラ３が３６０°回転したところで、磁気センサ９の電圧はもとの０へ戻る。つまり、３６０°回転内に２周期の変化が生じる。
【００３１】
第一差動ローラ３が３６０°を越えて何回転しても、１回転における磁気センサ９の電圧変化は同じ経過をたどる。ここでは、０°を基準とし、±１８０°で回転角を表すものとする。つまり、第一差動ローラ３が２００°回転したとすると、そのときの回転角は−１６０°と表現される。いいかえると、磁気センサ９は、回転角−１６０°に換算される電圧を出力する。
【００３２】
前述した磁石７と磁気センサ９の位置関係が変化することにより、回転角が０°のとき磁気センサ９の電圧が０となり、回転角０°から＋方向に１８０°回転するまでは磁気センサ９の電圧が正の値でしだいに高くなり、回転角０°から−方向に１８０°回転するまでは磁気センサ９の電圧が負の値でしだいに低くなることになる。このように、回転角とセンサ出力電圧とは、リニアな関係にあり、符号も揃っている。以下では、磁気センサ９の電圧を第一回転角センサ５が検出した第一差動ローラ３の回転角θ１と等価と考える。
主ローラ２が多回転すると、それに随伴して第一、第二差動ローラ３，４はそれよりも多回転する。これにともなう、第一、第二回転角センサ５，６の出力変化を図２に示す。横軸は操舵角である。縦軸は磁気センサ９，１０の電圧であるが、回転角θ１，θ２に読み替え可能であり、例えば、電圧Ｖｈは回転角＋１８０°、電圧Ｖｌは−１８０°と読める。破線は第一回転角センサ５の出力、実線は第二回転角センサ６の出力を表す。この図を参照しながら、以下の説明を行う。
【００３３】
図１の操舵角検出装置は、主ローラ２が例えば時計回りに回転すると、第一、第二差動ローラ３，４は反時計回りに回転する。しかし、以下では、操舵角（＝主ローラ２の回転角を複数回転分の角度範囲で表したもの）が正に増える方向（主ローラ２の正回転方向）を第一、第二差動ローラ３，４の正回転方向と定義する。
【００３４】
この操舵角検出装置において、それぞれのローラ径の違い（ｒ１＜ｒ２＜Ｒ）から、主ローラ２が操舵角Φ回転したとき、第一、第二差動ローラ３，４の回転角θ１，θ２は式（１），（２）のようになる。
【００３５】
θ１＝Φ×Ｒ／ｒ１ （１）
θ２＝Φ×Ｒ／ｒ２ （２）
このとき、回転角θ１，θ２は±１８０°以下（±１８０°の範囲を越えないの意、つまり−１８０°≦θ１，θ２≦＋１８０°）であるから、式（１）で求めることのできる操舵角Φの範囲、あるいは式（２）で求めることのできる操舵角Φの範囲は、いずれも±１８０°未満（−１８０°＜θ１，θ２＜＋１８０°）に限られる。
【００３６】
次に、式（１）と式（２）の差を求めると、
θ１− θ２＝Φ×Ｒ×（ｒ２−ｒ１）／（ｒ１×ｒ２） （３）
となる。この式（３）より、
【００３７】
【数２】
【００３８】
が得られる。つまり、回転角θ１，θ２の組み合わせから操舵角Φを計算することができる。この式（４）において、主ローラ２の径Ｒを一定とすると、第一、第二差動ローラ３，４の径の差（ｒ２−ｒ１）を小さくすることにより、分母が小さくなるので、操舵角Φは大きくなる。つまり、第一、第二回転角センサ５，６が出力する回転角θ１，θ２が±１８０°以下であっても、±１８０°以上の操舵角Φを算出できる。
【００３９】
次に、その演算方法を説明する。
【００４０】
まず、位相差αを次式（５）のように定義する。
【００４１】
α＝θ１− θ２ （５）
主ローラ２が正回転するとき、第一差動ローラ３が第二差動ローラ４よりも速く回転するため、回転角θ１が１８０°以下のとき、θ１＞ θ２となり、位相差αは正の値となる。しかし、第一差動ローラ３がさらに回転して回転角θ１が１８０°を越える瞬間、回転角θ１は不連続的に−１８０°になる。この不連続点Ｐを超えると式（５）で位相差αを定義することができない。
【００４２】
不連続点Ｐを超えた状態では、｜θ１−θ２｜＞１８０°となってしまう。しかし、このとき回転角θ１に３６０°を加算してやると、位相差αの正確な値を求めることが可能となる。
【００４３】
続いて回転角θ２が不連続点Ｑを超えると、｜θ１−θ２｜≦１８０°に戻るので、回転角θ１に３６０°を加算する必要はなくなる。
【００４４】
一方、主ローラ２が逆正回転するとき、やはり第一差動ローラ３が第二差動ローラ４よりも速く回転する。ただし、回転角θ１の符号は負であるから、θ１＜θ２となり、位相差αは負の値となる。しかし、第一差動ローラ３がさらに回転して回転角θ１が−１８０°を越える瞬間、回転角θ１は不連続的に１８０°になる。この不連続点Ｒを超えると式（５）で位相差αを定義することができない。
【００４５】
ここでも不連続点Ｒを超えた状態では、｜θ１−θ２｜＞１８０°となってしまう。しかし、このとき回転角θ１から３６０°を減算してやると、位相差αの正確な値を求めることが可能となる。
【００４６】
続いて回転角θ２が不連続点Ｓを超えると、｜θ１−θ２｜≦１８０°に戻るので、回転角θ１に３６０°を加算する必要はなくなる。
【００４７】
まとめると、｜θ１−θ２｜≦１８０°のときであれば、式（５）で位相差αを定義してよい。｜θ１−θ２｜＞１８０°のときは、式（５）に対して３６０°の加算又は減算の項を追加すればよい。３６０°を加算するか減算するかは、回転角θ１の符号よって判断できる。よって、
θ１＜０であれば、α＝θ１＋３６０−θ２ （５’）
θ１＞０であれば、α＝θ１−３６０−θ２ （５”）
と定義できる。
【００４８】
以上により、回転角θ１，θ２の全ての値の組み合わせに対して位相差αが定義できた。また、式（４）は、
【００４９】
【数３】
【００５０】
で表すことができる。この式（６）を操舵角演算式と呼ぶ。位相差αを操舵角演算式（６）に代入すれば操舵角Φを得ることができる。図２には、どの式（５）、（５’）、（５”）で位相差αを表すことになるか示してある。
【００５１】
図３に操舵角対位相差特性を示す。図示のように、操舵角Φ＝０°のとき位相差α＝０であり、操舵角Φ＝−１０８０°から＋１０８０°まで位相差αは直線的に変化する。
【００５２】
演算回路は、位相差αを操舵角演算式（６）に代入する代わりに、図３の操舵角対位相差特性を予めテーブルに記憶しておき、この操舵角対位相差特性に位相差αを当てはめて操舵角Φを特定することができる。
【００５３】
ところで、操舵角演算式（６）において、位相差αの絶対値が１８０°未満であれば操舵角Φを算出することが可能である。ステアリングシャフト１の回転数をｎとすると、操舵角Φがｎ×３６０°まで算出可能なためには、
Ｒ×（ｒ２−ｒ１）（ｎ×３６０°）／（ｒ１×ｒ２）＜１８０°
であればよい。
【００５４】
これより、
２Ｒ×（ｒ２−ｒ１）×ｎ＜ｒ１×ｒ２ （７）
となり、ｎについての式、
ｎ＜（ｒ１×ｒ２）／｛２Ｒ×（ｒ２−ｒ１）｝ （８）
が得られる。
【００５５】
たとえば、Ｒ＝２５ｍｍ、ｒ２＝１３ｍｍ、ｒ１＝１２ｍｍの場合、
ｎ＜３．１２
となるから、±３回転分の操舵角Φが算出できる。
【００５６】
本発明の操舵角検出装置は、２つの差動ローラ間の位相差αに基づいて操舵角Φを演算するようにしたので、ステアリングシャフトを静止したままで絶対操舵角が検出でき、電源を投入した時点からただちに検出を行うことができる。
【００５７】
また、２つの差動ローラ３，４の回転角θ１，θ２に応じて位相差αを定義したので、多回転でも操舵角が検出できる。
【００５８】
また、本発明の操舵角検出装置は、歯車を使用せず、ローラを使用しているので、がたがなく操舵角の測定精度が向上する。また、歯欠けによる不具合が発生しない。
【００５９】
次に、本発明の操舵角検出装置を車両に搭載した実施形態を説明する。
【００６０】
図４に示されるように、車両にはラック４１とピニオン４２が組み合わせて設けられ、ラック４１の両端にはそれぞれ継ぎ手４３を介してタイヤ４４が水平方向に回動可能に取り付けられている。一方、ピニオン４２には継ぎ手４５を介してステアリングシャフト１が連結されている。ステアリングハンドル４８によりステアリングシャフト１を回転させるとラック４１が直線運動して両タイヤ４４の向きを変える仕組みになっている。
【００６１】
このステアリングシャフト１に本発明の操舵角検出装置が設置されている。この操舵角検出装置内の第一、第二回転角センサ５，６のの出力は、既に説明した操舵角検出の演算を行う演算用プロセッサ４６に入力され、演算用プロセッサ４６が出力する操舵角情報は上位の運動制御コントローラ４７へ伝送されるようになっている。
【００６２】
運動制御コントローラ４７が例えば自動操縦機能を有する場合、演算用プロセッサ４６が出力する操舵角情報を利用することができる。さらに、運動制御コントローラ４７がカーナビゲーションシステムからの地図情報に従って自立航法を実施する場合も演算用プロセッサ４６が出力する操舵角情報を利用することができる。
【００６３】
図５に示されるように、本発明の操舵角検出装置は、ステアリングシャフト１を囲むように設けられて車体に固定された筐体５１を有し、その筐体５１内に既に述べた主ローラ２、第一、第二差動ローラ３，４等の構成部材が収容されている。主ローラ２はステアリングシャフト１に固定されてステアリングシャフト１と一体的に回転するようになっている。また、第一、第二差動ローラ３，４は図示しないローラ軸が筐体５１に軸承され、主歯車５に随伴して回転するようになっている。
【００６４】
さらに、この実施形態では、筐体５１内に基板５２が設けられ、その基板５２上に、第一、第二回転角センサ５，６としての磁気センサ９，１０、演算用プロセッサ４６が実装されている。このように、磁気センサ９，１０や演算用プロセッサ４６の電気系部材を同一の基板５２に実装したので、操舵角検出装置が占有するスペースを小さくすることができる。
【００６５】
図１の実施形態では、 第一、第二差動ローラ３，４は、それぞれ主ローラ２に接することで主ローラ２から回転力を得て回転するようにした。しかし、回転力の伝達方法はこれに限らない。図６に併記した形態では、主ローラ２にベルト６１が掛けられており、主ローラ２の回転によりベルト６１が循環駆動されるようになっている。第一、第二差動ローラ３，４は主ローラ２に外接せず、ベルト６１に接する。これにより、主ローラ２が時計回りに回転すると、第一、第二差動ローラ３，４も時計回りに回転する。図１の形態と第一、第二差動ローラ３，４の回転方向が逆になるが、操舵角が正に増える方向を第一、第二差動ローラ３，４の正回転方向と定義しておけば問題なく、これまで説明した位相差αを操舵角演算式（６）に代入すれば操舵角Φが算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態を示す操舵角検出装置の断面図である。
【図２】本発明における回転角センサの操舵角対電圧特性図である。
【図３】本発明における操舵角対位相差特性図である。
【図４】本発明の操舵角検出装置を搭載した車両のステアリング構造図である。
【図５】図４の操舵角検出装置の内部構造断面図である。
【図６】本発明の一実施形態を示す操舵角検出装置の断面図である。
【図７】従来の操舵角検出装置の平面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ ステアリングシャフト
２ 主ローラ
３ 第一差動ローラ
４ 第二差動ローラ
５ 第一回転角センサ
６ 第二回転角センサ
７、８ 磁石
９、１０ 磁気センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトに外嵌されて該ステアリングシャフトと一体的に回転して径Ｒを有する主ローラと、この主ローラに外接して回転されて該主ローラの径Ｒより小さい径ｒ１を有する第一差動ローラと、前記主ローラに外接して回転されて前記主ローラの径Ｒより小さく前記第一差動ローラの径ｒ１より大きい径ｒ２を有する第二差動ローラと、前記第一差動ローラの回転角θ１を±１８０°の範囲で検出する第一回転角センサと、前記第二差動ローラの回転角θ２を±１８０°の範囲で検出する第二回転角センサと、前記検出された２つの回転角θ１，θ２で定義される位相差αに基づいて上記ステアリングシャフトの操舵角Φを演算する演算回路とを備え、
上記位相差αは、
｜θ１−θ２｜≦１８０°のとき、 α＝θ１−θ２
｜θ１−θ２｜＞１８０°のとき、
θ１＜０であれば、 α＝θ１＋３６０−θ２
θ１＞０であれば、 α＝θ１−３６０−θ２
で定義されることを特徴とする操舵角検出装置。
【請求項２】
ステアリングシャフトに外嵌されて該ステアリングシャフトと一体的に回転して径Ｒを有する主ローラと、この主ローラにより循環駆動されるベルトと、このベルトに接して回転されて該主ローラの径Ｒより小さい径ｒ１を有する第一差動ローラと、前記ベルトに接して回転されて前記主ローラの径Ｒより小さく前記第一差動ローラの径ｒ１より大きい径ｒ２を有する第二差動ローラと、前記第一差動ローラの回転角θ１を±１８０°の範囲で検出する第一回転角センサと、前記第二差動ローラの回転角θ２を±１８０°の範囲で検出する第二回転角センサと、前記検出された２つの回転角θ１，θ２で定義される位相差αに基づいて上記ステアリングシャフトの操舵角Φを演算する演算回路とを備え、
上記位相差αは、
｜θ１−θ２｜≦１８０°のとき、 α＝θ１−θ２
｜θ１−θ２｜＞１８０°のとき、
θ１＜０であれば、 α＝θ１＋３６０−θ２
θ１＞０であれば、 α＝θ１−３６０−θ２
で定義されることを特徴とする操舵角検出装置。
【請求項３】
上記演算回路は、上記位相差αを操舵角演算式に代入して上記ステアリングシャフトの操舵角Φを演算し、その操舵角演算式は、
【数１】
で与えられることを特徴とする請求項１又は２記載の操舵角検出装置。
【請求項４】
上記演算回路は、上記位相差αを予め記憶している操舵角対位相差特性に当てはめて操舵角Φを特定することを特徴とする請求項１又は２記載の操舵角検出装置。
【請求項５】
前記第一、第二差動ローラにそれぞれ磁極が当該差動ローラの中心を挟んで位置するよう磁石を取り付け、これら前記第一、第二差動ローラに対してそれぞれ軸方向より磁気センサを臨ませて第一、第二回転角センサを構成することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の操舵角検出装置。
【請求項１】
ステアリングシャフトに外嵌されて該ステアリングシャフトと一体的に回転して径Ｒを有する主ローラと、この主ローラに外接して回転されて該主ローラの径Ｒより小さい径ｒ１を有する第一差動ローラと、前記主ローラに外接して回転されて前記主ローラの径Ｒより小さく前記第一差動ローラの径ｒ１より大きい径ｒ２を有する第二差動ローラと、前記第一差動ローラの回転角θ１を±１８０°の範囲で検出する第一回転角センサと、前記第二差動ローラの回転角θ２を±１８０°の範囲で検出する第二回転角センサと、前記検出された２つの回転角θ１，θ２で定義される位相差αに基づいて上記ステアリングシャフトの操舵角Φを演算する演算回路とを備え、
上記位相差αは、
｜θ１−θ２｜≦１８０°のとき、 α＝θ１−θ２
｜θ１−θ２｜＞１８０°のとき、
θ１＜０であれば、 α＝θ１＋３６０−θ２
θ１＞０であれば、 α＝θ１−３６０−θ２
で定義されることを特徴とする操舵角検出装置。
【請求項２】
ステアリングシャフトに外嵌されて該ステアリングシャフトと一体的に回転して径Ｒを有する主ローラと、この主ローラにより循環駆動されるベルトと、このベルトに接して回転されて該主ローラの径Ｒより小さい径ｒ１を有する第一差動ローラと、前記ベルトに接して回転されて前記主ローラの径Ｒより小さく前記第一差動ローラの径ｒ１より大きい径ｒ２を有する第二差動ローラと、前記第一差動ローラの回転角θ１を±１８０°の範囲で検出する第一回転角センサと、前記第二差動ローラの回転角θ２を±１８０°の範囲で検出する第二回転角センサと、前記検出された２つの回転角θ１，θ２で定義される位相差αに基づいて上記ステアリングシャフトの操舵角Φを演算する演算回路とを備え、
上記位相差αは、
｜θ１−θ２｜≦１８０°のとき、 α＝θ１−θ２
｜θ１−θ２｜＞１８０°のとき、
θ１＜０であれば、 α＝θ１＋３６０−θ２
θ１＞０であれば、 α＝θ１−３６０−θ２
で定義されることを特徴とする操舵角検出装置。
【請求項３】
上記演算回路は、上記位相差αを操舵角演算式に代入して上記ステアリングシャフトの操舵角Φを演算し、その操舵角演算式は、
【数１】
で与えられることを特徴とする請求項１又は２記載の操舵角検出装置。
【請求項４】
上記演算回路は、上記位相差αを予め記憶している操舵角対位相差特性に当てはめて操舵角Φを特定することを特徴とする請求項１又は２記載の操舵角検出装置。
【請求項５】
前記第一、第二差動ローラにそれぞれ磁極が当該差動ローラの中心を挟んで位置するよう磁石を取り付け、これら前記第一、第二差動ローラに対してそれぞれ軸方向より磁気センサを臨ませて第一、第二回転角センサを構成することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の操舵角検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１１９０８２（Ｐ２００６−１１９０８２Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０９５０８（Ｐ２００４−３０９５０８）
【出願日】平成１６年１０月２５日（２００４．１０．２５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２５日（２００４．１０．２５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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