特許 7192247 位置検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-12

(45)【発行日】2022-12-20

(54)【発明の名称】位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/12 20060101AFI20221213BHJP

   G01D 5/16 20060101ALI20221213BHJP

   G01B 7/00 20060101ALI20221213BHJP

【ＦＩ】

G01D5/12 N

G01D5/16 G

G01B7/00 101H

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018095208

(22)【出願日】2018-05-17

(65)【公開番号】P2019200149

(43)【公開日】2019-11-21

【審査請求日】2021-02-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】半田 晶寛

【審査官】吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／０１２２７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１７７０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－６５３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平３－７４２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０８５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１３９２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２１９３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６２３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第６３５１６９９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２００２－１２０５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３３２７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／１２－５／２５２

Ｇ０１Ｂ ７／００－７／３４

Ｇ０１Ｒ ３３／００－３３／１８

Ｂ６０Ｋ ２０／００－２０／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

位置検出対象（３）の位置を検出するように構成された、位置検出装置（１）であって、
前記位置に対応する電気信号であるセンサ信号を出力するように構成された、センサ素子部（２）と、
前記センサ信号に基づいて、前記位置の検出結果に対応する検出値を出力するように構成された、検出値出力部（６）と、
を備え、
前記検出値出力部は、
前記センサ信号を処理することで、前記位置の仮検出結果に対応する仮検出値を取得するように設けられた、仮検出値取得部（６３）と、
前記位置検出対象のシステム起動時における前記位置である初期位置に対応して前記仮検出値取得部により取得された前記仮検出値である初期仮検出値と、前記初期位置に対応する前記検出値の標準値として予め設定された初期標準値とに基づいて演算処理することで、前記仮検出値に対する経時補正の要否を判定するように設けられた、演算処理部（６５）と、
前記仮検出値に対する前記経時補正が必要であると前記演算処理部が判定した場合に、前記仮検出値に対する前記経時補正を実行することで、前記検出値を生成するように設けられた、経時補正部（６６）と、
を備え、
前記仮検出値取得部は、前記センサ信号を処理することで取得された補正前仮検出値に対して、前記経時補正とは異なる補正である非経時補正を実行することで、前記経時補正がされていない前記仮検出値を取得するように構成された、
位置検出装置。

【請求項2】

前記演算処理部は、前記演算処理の結果に基づいて、前記経時補正のパラメータを設定するように構成された、
請求項１に記載の位置検出装置。

【請求項3】

前記センサ素子部は、複数の磁気検出素子（２０）がブリッジ接続した構成を有する、
請求項１または２に記載の位置検出装置。

【請求項4】

前記位置検出対象は、車両に設けられた変速用のシフトレバー（４）の操作状態に対応して、前記磁気検出素子に対して相対移動するように設けられた、
請求項３に記載の位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、位置検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の装置として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の装置においては、磁石の移動に伴う磁界の変化を検出するための磁気センサが設けられている。この装置は、磁気センサの出力電圧を演算するとともに、演算結果に基づいて磁石の位置すなわちシフト位置を検出するようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－１０５１６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この種の装置において、検出結果が経時変化すなわち耐久変動し得る。一般に、耐久変動を制御するためには、基準となる値が必要となる。しかしながら、例えば、車両に搭載される位置検出装置においては、用いられるセンサ素子の出力それ自体が、位置検出に用いられる物理量の基準となる。このため、耐久変動を制御することが困難であった。

【0005】

本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、検出結果の経時変化すなわち耐久変動を、良好に抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に記載の位置検出装置（１）は、位置検出対象（３）の位置を検出するように構成されている。
この位置検出装置は、
前記位置に対応する電気信号であるセンサ信号を出力するように構成された、センサ素子部（２）と、
前記センサ信号に基づいて、前記位置の検出結果に対応する検出値を出力するように構成された、検出値出力部（６）と、
を備え、
前記検出値出力部は、
前記センサ信号を処理することで、前記位置の仮検出結果に対応する仮検出値を取得するように設けられた、仮検出値取得部（６３）と、
前記位置検出対象のシステム起動時における前記位置である初期位置に対応して前記仮検出値取得部により取得された前記仮検出値である初期仮検出値と、前記初期位置に対応する前記検出値の標準値として予め設定された初期標準値とに基づいて演算処理することで、前記仮検出値に対する経時補正の要否を判定するように設けられた、演算処理部（６５）と、
前記仮検出値に対する前記経時補正が必要であると前記演算処理部が判定した場合に、前記仮検出値に対する前記経時補正を実行することで、前記検出値を生成するように設けられた、経時補正部（６６）と、
を備え、
前記仮検出値取得部は、前記センサ信号を処理することで取得された補正前仮検出値に対して、前記経時補正とは異なる補正である非経時補正を実行することで、前記経時補正がされていない前記仮検出値を取得するように構成されている。

【0012】

なお、出願書類中の各欄において、各要素に括弧付きの参照符号が付されている場合、かかる参照符号は、単に、同要素と後述する実施形態に記載の具体的構成との対応関係の一例を示すものである。よって、本発明は、かかる参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に係る位置検出装置の概略構成を示す模式図である。

【図2】図１に示された位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。

【図3】図２に示された位置検出装置の動作概要を示すグラフである。

【図4】図２に示された位置検出装置の動作概要を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、一つの実施形態に対して適用可能な各種の変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中に挿入されると当該実施形態の理解が妨げられるおそれがあるため、当該実施形態の説明の後にまとめて記載する。

【0015】

（構成）
まず、図１を参照しつつ、実施形態に係る位置検出装置１の概略構成について説明する。なお、説明の便宜上、図１において、図示の通りに右手系ＸＹＺ直交座標を設定する。本実施形態に係る位置検出装置１は、センサ素子部２と位置検出対象３との、図中Ｘ軸方向の相対位置を検出するように構成されている。説明の簡略化のため、センサ素子部２と位置検出対象３との、図中Ｘ軸方向の相対位置を、以下単に「位置検出対象３の位置」と称する。位置検出対象３には、可動磁石が設けられている。

【0016】

本実施形態においては、位置検出装置１は、オートマチックトランスミッション車に搭載されるシフト位置検出装置であって、シフト位置に対応する検出出力を発生するように構成されている。具体的には、位置検出対象３は、車両に設けられた変速用のシフトレバー４と、連結機構５を介して連結されている。位置検出対象３は、シフトレバー４の操作状態に対応して、センサ素子部２に対して図中Ｘ軸方向に相対移動するように設けられている。

【0017】

センサ素子部２は、複数の磁気検出素子２０を有している。本実施形態においては、磁気検出素子２０は、半導体式センサ素子であるＴＭＲ素子であって、外部磁界による自由層の磁化方向の変化に応じて電気抵抗値が変化するように構成されている。ＴＭＲはTunnel Magneto-Resistanceの略である。

【0018】

図２を参照すると、センサ素子部２は、複数の磁気検出素子２０がブリッジ接続した構成を有している。具体的には、センサ素子部２は、第一ブリッジ回路２１と第二ブリッジ回路２２とを有している。

【0019】

第一ブリッジ回路２１および第二ブリッジ回路２２は、複数の磁気検出素子２０によるハーフブリッジ回路であって、位置検出対象３の位置に対応する電気信号であるセンサ信号を出力するように構成されている。第一ブリッジ回路２１は、位置検出対象３が図中Ｘ軸方向に一定速度で連続的に移動した場合に、正弦波状の出力を発生するように設けられている。第二ブリッジ回路２２は、位置検出対象３が図中Ｘ軸方向に一定速度で連続的に移動した場合に、余弦波状の出力を発生するように設けられている。

【0020】

図２を参照すると、位置検出装置１は、検出値出力部６をさらに備えている。検出値出力部６は、第一ブリッジ回路２１および第二ブリッジ回路２２により出力されたセンサ信号に基づいて、位置検出対象３の位置の検出結果に対応する検出値を出力するように構成されている。具体的には、本実施形態においては、検出値出力部６は、インタフェース６１と、ＡＤコンバータ６２と、仮検出値取得部６３と、メモリ６４と、演算処理部６５と、経時補正部６６と、選択部６７と、出力端子６８とを備えている。

【0021】

インタフェース６１には、第一ブリッジ回路２１と第二ブリッジ回路２２とが並列に電気接続されている。インタフェース６１は、第一ブリッジ回路２１のセンサ出力と、第二ブリッジ回路２２のセンサ出力とを、交互に時分割で取得して、ＡＤコンバータ６２に入力するように設けられている。ＡＤコンバータ６２は、入力されたセンサ出力をアナログ／デジタル変換して、変換結果を仮検出値取得部６３に入力するように設けられている。

【0022】

仮検出値取得部６３は、入力された信号、すなわち、ＡＤコンバータ６２によってアナログ／デジタル変換したセンサ信号を処理することで、位置検出対象３の位置の仮検出結果に対応する仮検出値を取得するように設けられている。具体的には、仮検出値取得部６３は、コーデック６３１と非経時補正部６３２とを有している。

【0023】

コーデック６３１は、ＡＤコンバータ６２によってアナログ／デジタル変換したセンサ信号を処理することで、補正前仮検出値を取得するように設けられている。補正前仮検出値は、センサ信号に対して各種の補正を行う前の検出値に対応する。コーデック６３１により実行される処理には、フィルタ処理、逆正接演算処理、等が含まれる。逆正接演算処理は、正弦波に対応する第一ブリッジ回路２１のセンサ出力と、余弦波に対応する第二ブリッジ回路２２のセンサ出力とに基づいて、逆正接（すなわちアークタンジェント）演算を実行する処理である。

【0024】

非経時補正部６３２は、センサ信号に対して非経時補正を行うことで、仮検出値を取得するように設けられている。非経時補正とは、磁気検出素子２０の特性に起因する補正であって、経時補正とは異なる補正である。経時補正とは、センサ出力の経時変化に起因する補正、すなわち、経時変化を補償するための補正である。

【0025】

メモリ６４には、位置検出装置１の動作のために必要な各種データ、例えば、初期値、テーブル、パラメータ、等が格納されている。演算処理部６５は、検出値出力部６の各部を制御するように設けられている。すなわち、演算処理部６５は、インタフェース６１を制御して、第一ブリッジ回路２１のセンサ出力と第二ブリッジ回路２２のセンサ出力とを交互に時分割で取得するようになっている。また、演算処理部６５は、仮検出値取得部６３により取得された仮検出値と、メモリ６４に格納された各種データとに基づいて、経時補正部６６および選択部６７の動作を制御するようになっている。

【0026】

具体的には、演算処理部６５は、初期仮検出値と初期標準値とに基づいて演算処理することで、仮検出値に対する経時補正の要否を判定するように設けられている。初期仮検出値は、位置検出対象３の初期位置に対応して仮検出値取得部６３により取得された仮検出値である。「初期位置」とは、本実施形態においては、位置検出装置１を搭載した車両のイグニッションスイッチがオンされた時点における位置検出対象３の位置である。初期標準値は、初期位置に対応する検出値の標準値として予め設定された値であって、メモリ６４に予め格納されている。初期仮検出値と初期標準値とに基づく演算処理は、例えば、両者の差の算出である。

【0027】

また、演算処理部６５は、経時補正が必要である場合の、経時補正のパラメータを、演算処理の結果に基づいて設定するように設けられている。すなわち、演算処理部６５は、初期仮検出値と初期標準値との差と、メモリ６４に格納されたテーブルとに基づいて、経時補正のパラメータをメモリ６４から読み出すようになっている。

【0028】

経時補正部６６は、経時補正が必要であると演算処理部６５が判定した場合に、演算処理部６５により設定されたパラメータに基づいて仮検出値に対する経時補正を実行することで、検出値を生成するように設けられている。一方、検出値出力部６は、経時補正が不要であると演算処理部６５が判定した場合に、経時補正部６６による経時補正を実行せずに、検出値を生成するように構成されている。

【0029】

具体的には、本実施形態においては、演算処理部６５と経時補正部６６の間には、選択部６７が設けられている。選択部６７は、経時補正が必要であると演算処理部６５が判定した場合には、仮検出値取得部６３の出力結果を経時補正部６６に入力するようになっている。経時補正部６６は、経時補正結果を出力端子６８に出力するようになっている。一方、選択部６７は、経時補正が不要であると演算処理部６５が判定した場合には、仮検出値取得部６３の出力結果を経時補正部６６に入力せずに出力端子６８に出力するようになっている。

【0030】

（効果）
以下、本実施形態の構成により奏される効果について、同構成の動作概要とともに説明する。

【0031】

上記構成においては、センサ素子部２は、位置検出対象３の位置に対応するセンサ信号を出力する。仮検出値取得部６３は、センサ信号を処理することで、位置検出対象３の位置の仮検出結果に対応する仮検出値を取得する。検出値出力部６は、センサ信号すなわち仮検出値に基づいて、位置検出対象３の位置の検出結果に対応する検出値を出力する。

【0032】

図３のグラフは、位置検出対象３の位置を横軸Ｐとし、仮検出値取得部６３の出力を縦軸Ｖとして、両者の対応関係を示す。図３における縦軸Ｖは電圧に相当する。

【0033】

図３にて一点鎖線で示したように、位置と出力電圧との理想的な対応関係は、ほぼ直線関係となる。しかしながら、実際には、図３にて実線で示したように、経時的あるいは非経時的な要因により、理想的な直線関係からの誤差が生じる。かかる誤差は、時間経過とともに、図３にて破線で示したように大きくなる。仮に、図３にて二点鎖線で示したように、耐久変動を見込んだ規格を設けると、位置検出の高精度化が困難となる。

【0034】

この点、位置検出対象３の初期位置が、高い蓋然性で推定される場合があり得る。具体的には、例えば、本実施形態においては、位置検出装置１は、車載のシフト位置検出装置である。この場合、初期位置は、高い蓋然性で「Ｐ」レンジである。

【0035】

そこで、演算処理部６５は、初期仮検出値と初期標準値とに基づいて演算処理することで、仮検出値に対する経時補正の要否を判定する。初期仮検出値は、位置検出対象３の初期位置に対応して仮検出値取得部６３により取得された仮検出値である。初期標準値は、初期位置に対応する検出値の標準値として予め設定された値である。

【0036】

経時補正部６６は、仮検出値に対する経時補正が必要であると演算処理部６５が判定した場合には、仮検出値に対する経時補正を実行することで、検出値を生成する。一方、仮検出値に対する経時補正が不要であると演算処理部６５が判定した場合には、仮検出値に対する経時補正が実行されずに、検出値が生成される。

【0037】

図４は、図２に示された検出値出力部６の動作概要を示す。なお、図４のフローチャートにおいて、「Ｓ」は「ステップ」の略である。

【0038】

図４に示されたルーチンは、車両のイグニッションスイッチがオンされた時点で起動される。かかるルーチンが起動すると、まず、ステップ４０１にて、ＡＤコンバータ６２は、位置検出対象３の初期位置に対応するセンサ信号を取得する。

【0039】

次に、ステップ４０２にて、コーデック６３１は、取得したセンサ信号を処理することで、位置検出対象３の初期位置に対応する補正前仮検出値を取得する。また、非経時補正部６３２は、コーデック６３１の出力に対して非経時補正を行うことで、初期仮検出値を取得する。

【0040】

続いて、ステップ４０３にて、演算処理部６５は、メモリ６４から初期標準値を読み出すことで、初期標準値を取得する。さらに、ステップ４０４にて、演算処理部６５は、初期仮検出値と初期標準値とを対比演算する。具体的には、演算処理部６５は、初期仮検出値と初期標準値との差Δｄを演算する。その後、処理がステップ４０５に進行する。

【0041】

ステップ４０５にて、演算処理部６５は、Δｄが所定の規格値Δｄ１とΔｄ２との間にあるか否かを判定する。Δｄ１≦Δｄ≦Δｄ２である場合（すなわちステップ４０５＝ＹＥＳ）、処理がステップ４０６に進行する。すなわち、演算処理部６５は、経時補正が不要であると判定する。これに対し、Δｄが所定の規格値Δｄ１とΔｄ２との間にはない場合（すなわちステップ４０５＝ＮＯ）、処理がステップ４０７に進行する。すなわち、演算処理部６５は、経時補正が必要であると判定する。

【0042】

経時補正が必要である場合（すなわちステップ４０７）、演算処理部６５は、Δｄの値に基づいて、下記の補正式における補正パラメータα，β，γをメモリ６４から読み出す。なお、下記の補正式中、ｘは仮検出値である。また、Δｄと補正パラメータα，β，γとの関係を規定する、メモリ６４に格納されたテーブルは、実験および／または計算機シミュレーションによって得ることが可能である。
ｆ（ｘ）＝α・ｘ^２＋β・ｘ＋γ

【0043】

経時補正が必要である場合（すなわちステップ４０７）、続いて、処理がステップ４０８に進行する。ステップ４０８にて、経時補正部６６は、演算処理部６５により設定された補正パラメータα，β，γに基づいて、仮検出値に対する経時補正を実行することで、検出値を生成する。

【0044】

経時補正が不要である場合（すなわちステップ４０５＝ＹＥＳ）、処理がステップ４０６からステップ４０９に進行する。ステップ４０９にて、検出値出力部６は、仮検出値取得部６３の出力を出力端子６８に出力する。すなわち、検出値出力部６は、初期仮検出値を、経時補正を実行することなく、検出値の初期値として出力する。

【0045】

これに対し、経時補正が必要である場合（すなわちステップ４０５＝ＮＯ）、処理がステップ４０７からステップ４０８を経てステップ４０９に進行する。ステップ４０９にて、検出値出力部６は、経時補正部６６の出力を出力端子６８に出力する。すなわち、検出値出力部６は、仮検出値取得部６３の出力である初期仮検出値に対して経時補正を実行した結果を、検出値の初期値として出力する。

【0046】

上記構成によれば、位置検出対象３の初期位置に対応して仮検出値取得部６３により取得された仮検出値である初期仮検出値と、位置検出対象３の初期位置に対応する検出値の標準値として予め設定された初期標準値とに基づいて、経時補正の要否を良好に判定することが可能となる。したがって、検出結果の経時変化すなわち耐久変動を、良好に抑制することが可能となる。

【0047】

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。故に、上記実施形態に対しては、適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。以下の変形例の説明においては、上記実施形態と異なる部分についてのみ説明する。また、上記実施形態と変形例とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。

【0048】

本発明は、上記実施形態にて示された具体的な装置構成に限定されない。例えば、位置検出装置１は、シフト位置検出装置に限定されない。すなわち、例えば、位置検出装置１は、回転体である位置検出対象３の回転位置検出装置であってもよい。

【0049】

センサ素子部２の構成についても、本発明の課題が良好に解決され、効果が良好に奏される限り、特段の限定はない。具体的には、例えば、磁気検出素子２０は、いわゆるＧＭＲ素子であってもよい。ＧＭＲはGiant Magneto Resistanceの略である。また、センサ素子部２は、複数の磁気検出素子２０がブリッジ接続した構成に限定されない。

【0050】

検出値出力部６は、ＡＳＩＣを含んだロジック構成を有していてもよい。ＡＳＩＣはApplication Specific Integrated Circuitの略である。あるいは、検出値出力部６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および不揮発性ＲＡＭ等を備えた車載マイクロコンピュータとして構成されていてもよい。不揮発性ＲＡＭは、例えば、フラッシュＲＯＭ等である。

【0051】

本発明において、非経時補正部６３２は、必須ではない。すなわち、非経時補正部６３２は、省略され得る。あるいは、経時補正部６６は、経時補正と非経時補正とをともに実行するように構成され得る。

【0052】

経時補正部６６と選択部６７とは、一体の処理あるいはロジックとして構成され得る。

【0053】

本発明は、上記実施形態にて示された具体的な処理態様に限定されない。例えば、ステップ４０４にて、演算処理部６５は、初期仮検出値と初期標準値との比を算出してもよい。

【0054】

位置検出装置１がマニュアルトランスミッション車に搭載されるシフト位置検出装置である場合、初期位置および初期標準値は、ニュートラルポジションに対応するものであってもよい。

【0055】

上記の通り、位置検出装置１がシフト位置検出装置である場合等のように、起動時に位置が一意に決まるようなシステム構成において、本発明は好適に適用され得る。しかしながら、本発明は、かかるシステム構成に限定されない。

【0056】

すなわち、例えば、初期位置は、前回のシステム遮断時の位置検出対象３の位置をメモリ６４に格納することによって得ることが可能である。この場合、初期標準値は、今回のシステム起動時にメモリ６４から読み出した初期位置に対応する標準値であってもよい。

【0057】

上記実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に本発明が限定されることはない。

【0058】

同様に、構成要素等の形状、方向、位置関係等が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に特定の形状、方向、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、方向、位置関係等に本発明が限定されることはない。各部を構成する材料についても、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の材料に限定される場合等を除き、特段の限定はない。

【0059】

変形例も、上記の例示に限定されない。また、複数の実施形態が、互いに組み合わされ得る。同様に、複数の変形例が、互いに組み合わされ得る。さらに、複数の実施形態のうちの少なくとも１つと、複数の変形例のうちの少なくとも１つとが、互いに組み合わされ得る。

【符号の説明】

【0060】

１ 位置検出装置
２ センサ素子部
３ 位置検出対象
２０ 磁気検出素子
２１ 第一ブリッジ回路
２２ 第二ブリッジ回路
６ 検出値出力部
６３ 仮検出値取得部
６５ 演算処理部
６６ 経時補正部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】