CN101007545A - 具有转向角传感器的电动式转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车电动式转向装置。一种电动式转向装置，其特征在于，包括：转向轴，连接在汽车的转向轮上；减速轴，与上述转向轴啮合旋转；方向传感器，包括发送部和接收部；旋转部件，形成在上述减速轴的一端，并设置在上述发送部和上述接收部之间；电机，供给转向辅助动力；电机位置传感器，对上述电机具备的电机轴的旋转角进行检测；以及电子控制装置，从上述方向传感器及上述电机位置传感器分别接收电信号，从而算出转向角。根据本发明，提供具有转向角传感器的电动式转向装置，利用检测转向角的旋转方向的方向传感器和检测电机轴的旋转位置的位置传感器来检测绝对转向角，从而具有减少转向装置的制造费用的效果。

Description

具有转向角传感器的电动式转向装置
技术领域
本发明涉及具有转向角传感器的电动式转向装置。更详细地，涉及具有转向角传感器的电动式转向装置，该转向角传感器利用检测转向轴的旋转方向的方向传感器和检测电机轴的旋转位置的电机位置传感器来检测绝对转向角。
背景技术
一般地，将利用油压泵的油压的油压式转向装置(HPS：HydraulicPower Steering Apparatus)，作为汽车的转向装置使用，但是在1990年代以后逐渐普及利用电机的电动式转向装置(Electric Power SteeringApparatus)。
在现有的油压式转向装置的情况下，供给转向辅助动力的动力源即油压泵由发动机来驱动，从而与转向轮的旋转无关地始终消耗能量，与此相比，在电动式转向装置的情况下，当随着转向轮的旋转产生转向扭矩，电机就会供给与产生的转向扭矩成比例的转向辅助动力。因此，使用电动式转向装置的情况，比使用油压式转向装置的情况，可以提高能量效率。
图1是表示一般的电动式转向装置的结构图。
如图1所示，一般地电动式转向装置包括：从转向轮101至两侧轮胎108的转向系统100及向转向系统100提供转向辅助动力的辅助动力机构120。
转向系统100包括转向轴102来构成，该转向轴102的上端与转向轮101连接，下端以一对通用接头103为介质与小齿轮轴104连接，并与转向轮101一起旋转。此外，小齿轮轴104通过小齿轮一齿条机构部105与齿杆109连接，齿杆109的两端通过转向横拉杆106和转向臂107与汽车轮胎108连接。
小齿轮—齿条机构部105，通过形成在小齿轮轴104的下端的小齿轮齿轮111和形成在齿杆109的外周面一侧的齿条齿轮112相互啮合而形成，通过小齿轮—齿条机构部105，小齿轮轴的104的旋转运动变成齿杆109的直线运动。因此，驾驶员操作转向轮101时，小齿轮轴104就旋转，通过小齿轮轴104的旋转齿杆109在轴方向上做直线运动，齿杆的直线运动通过转向横拉杆106和转向臂107使轮胎108
辅助动力机构120包括：扭矩传感器121，检测驾驶员施加在转向轮101的转向扭矩，并输出与检测到的转向扭矩成比例的电信号；电子控制装置(ECU：Electronic Control Unit)123，根据从扭矩传感器121传来的电信号来产生控制信号；以及电机130，根据从电子控制装置123传来的控制信号产生辅助动力。
从而，电动式转向装置具有如下的结构：由转向轮101的旋转而产生的转向扭矩，通过小齿轮—齿条机构部105传递至齿杆109，随着产生的转向扭矩，使由电机130产生的转向辅助动力传递到转向轴102、小齿轮轴104、或齿杆109。即，在转向系统100中产生的转向扭矩和在电机130中产生的辅助动力合起来使齿杆沿轴方向运动。
在这样的电动式转向装置中，转向角传感器在行驶中的汽车上以直进位置为基准，向电子控制装置提供与转向轮的旋转角和旋转角速度有关的信息，电子控制装置利用这些信息来进行辊控制或回旋控制。
图2是说明现有技术的旋转角测量方式的框图。
如图2所示，一般地现有技术的转向角测量方式是如下的方式：在利用光传感器和狭缝圆盘的转向角传感器200中测量转向信息，并将已测量的信息传送到电子控制装置123，再由电子控制装置123计算转向角及转向角速度。
此外，分别如图3及图4所示，大部分现有技术的转向角传感器200包括光传感器301和狭缝圆盘303。并且具有如下的结构：包含光传感器301的支柱开关固定在转向支柱上，并且在转向轴102上设有狭缝圆盘303，当驾驶员旋转转向轮时，狭缝圆盘303与转向轴102一起旋转。
形成在光传感器301的发光元件401和感光元件403之间的狭缝圆盘303，随着驾转向轮的操作与转向轴102一起旋转。这时，由发光元件401发出的光是否传递到感光元件403的来决定电信号。
图5表示现有技术的转向角传感器的输出信号的波形图。
如图5所示，当来自发光元件的光不传到感光元件时电压高，当来自发光元件的光传到感光元件时，产生电压差，并且随之的电信号传到电子控制装置，因此电子控制装置可以测量转向角。
但是，现有技术的转向角传感器存在把旋转角为0度的情况和±360度的情况、或±720度的情况视为同一状况的问题。即，有无法区分左旋转的情况和右旋转的情况的缺点。
另外，为了解决这种问题，需要利用具有高分辨率的绝对转向角传感器来测量绝对转向角，但是，绝对转向角传感器是高价装置，采用绝对转向角传感器的情况下，有增加转向装置的制作费用的问题。
发明内容
因此，本发明是为了解决上述问题点而做出的，其主要目的在于，提供一种具有转向角传感器的电动式转向装置来减少转向装置制作费用，该转向角传感器利用检测转向轴的旋转方向的方向传感器和检测电机轴的旋转角的电机位置传感器来检测转向轴的绝对转向角。
为达到这样的目的，本发明提供一种电动式转向装置，其特征在于，包括：转向轴，连接在汽车的转向轮上；减速轴，与上述转向轴啮合旋转；方向传感器，包括发送部和接收部；旋转部件，形成在上述减速轴的一端，并设置在上述发送部和上述接收部之间；电机，供给转向辅助动力；电机位置传感器，对上述电机具备的电机轴的旋转角进行检测；以及电子控制装置，从上述方向传感器及上述电机位置传感器分别接收电信号，从而算出转向角。
发明效果
如上所述，根据本发明，提供一种具有转向角传感器的电动式转向装置，该转向角传感器利用检测转向轴的旋转方向的方向传感器和检测电机轴的旋转位置的电机位置传感器，来检测转向轴的绝对转向角，从而具有减少转向装置的制造费用的效果。
附图说明
图1是表示一般的电动式转向装置的结构图；
图2是用于说明现有技术的转向角测量方式的框图；
图3是表示现有技术的转向角传感器的结构的概略图；
图4是说明现有技术的转向角传感器的原理的概略图；
图5是表示现有技术的转向角传感器的输出信号的波形图；
图6是表示本发明的最佳实施例的电动式转向装置的结构图；
图7是表示方向传感器的截面图；
图8a、8b及8c分别表示转向轴单方向旋转的方向传感器的工作状态的截面图。
符号说明
102：转向轴           123：电子控制装置
130：电机             401：发光元件
403：感光元件         601：减速轴
603：发送部           605：接收部
606：电路基板         607：方向传感器
609：旋转部件         610：主体部
611：电机轴           612：结合部
613：电机位置传感器   615：螺纹
617：蜗轮
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的最佳实施例。首先，对附图中的构成要素附加参照符号，应该注意对同一构成要素即使在不同的附图上表示也要采用同一符号。另外，在说明本发明时，在认为相关的公知结构或功能的具体说明会混淆本发明宗旨的情况下，省略其详细说明。
图6是表示本发明的最佳实施例的电动式转向装置的结构图。
如图6所示，本发明的最佳实施例的电动式转向装置，包括：连接在转向轮(未图示)上的转向轴102；与转向轴102啮合旋转的减速轴601；包括发送部603和接收部605的方向传感器607；形成在减速轴601的一端的旋转部件609；供给转向辅助动力的电机130；检测电机轴611的旋转角的电机位置传感器613；以及分别从方向传感器607及电机位置传感器613接收电信号的电子控制装置123。
转向轴102随着驾驶员使转向轮(未图示)旋转而旋转，在转向轴102的外周面形成有螺纹615。
在减速轴601的外周面形成有与螺纹615啮合的蜗轮617。
通常，随着驾驶员的转向轮(未图示)的操作，转向轴102旋转3～4转，本发明的情况下，最好是随着转向轴102的旋转3～4转，使减速轴601旋转1转以下，在360度以内的范围算出转向角。
图7是表示方向传感器的截面图。
如图6和图7分别所示，方向传感器607包括发送部603、接收部605及电路基板606。
发送部603和接收部605相对置地形成，在发送部603产生如电信号、磁信号或光信号等的信号传送到接收部605。旋转部件609在这样的发送部603与接收部605之间旋转，截断或通过在发送部603中产生的信号来使方向传感器607工作。
方向传感器607可以使用包括发光元件401及感光元件403的光传感器，发光元件401使用LED(Light Emitting Diode发光二极管)，感光元件403可使用光电晶体管(Phototransistor)，但并不局限于此。
电路基板606与发送部603及接收部605连接，向发送部603提供电源等，当在接收部605中根据接收或不能接收来产生特定的电信号时，将产生的信号传送到电子控制装置123。这样的电路基板606一般使用印制电路板(PCB：Printed Circuit Board)，但并不局限于此。
旋转部件609结合在减速轴601一端，以便与减速轴601同步旋转，并形成在发送部603和接收部605之间，旋转部件609包括主体610和结合部612。
主体610在方向传感器607的发送部603和接收部605之间旋转，具有截断或通过从发送部603传来的信号的作用，可以形成为板状。并且，光传感器被用作方向传感器607时，主体610由不透光材质来制作。
由于减速轴601旋转时主体610也一起旋转，最好是由其截面形状为具有与减速轴601的轴中心一致的中心的圆来形成，以节省空间。并且，在减速轴601沿顺时针或逆时针方向旋转小于180度时，主体610的截面形状最好是由半圆或扇形形状来形成。
结合部612是在主体610的一侧突出形成而使旋转部件609与减速轴601结合的部分。由于旋转部件609需要与减速轴601同步旋转，结合部612需要完全固定在减速轴601上。
另外，不形成另外的结合部612，也可以使旋转部件609和减速轴601形成一体。
电机位置传感器(Motor Position Sensor)613设在电机130的一侧来检测电机轴611的旋转角的装置。电机位置传感器613检测电机轴611的旋转角，并周期性地产生脉冲，产生的脉冲传送到电子控制装置123。
电子控制装置123是接收由安装在汽车上的各种传感器即车速传感器、扭矩传感器、电机位置传感器等进行检测后转换成电信号的汽车速度、转向扭矩、以及电机轴的位置信息等，并根据这些信息控制电机的装置。
特别是，在本发明中，电子控制装置123被传送由检测转向轴102的旋转方向的方向传感器607产生的电信号，并具有从电机位置传感器613接收与电机轴611的旋转角变化量相关的信息来计算转向角的作用。
图8a，8b及8c是分别表示沿单向旋转的方向传感器的工作状态的截面图。
将转向轴的3～4转减速为减速轴的小于1转的情况作为前提，参照8a，8b及8c说明本发明的最佳实施列的电动式转向装置的工作如下。
最初，汽车的转向轮处于从中立位置A-A’稍微旋转的状态，随之从中立位置A-A’沿逆时针方向稍微旋转的旋转部件609，在发光元件401和感光元件403之间截断来自发光元件401的光。
但是，随着减速轴601沿逆时针方向旋转，旋转部件609也沿着逆时针方向旋转，但即使旋转部件609到达最终位置B-B’，来自发光元件401的光仍然是被旋转部件609截断而无法传送到感光元件403的状态。因此，这种情况下从方向传感器传送到电子控制装置的电信号不变。
例如，驾驶员操作转向轮左旋转成为与上述相同的状态，电子控制装置就检测出汽车的转向轴处于向左侧旋转的状态。
但是，电机位置传感器随着电机轴旋转周期性地向电子控制装置传送电信号。通过这种电信号不但可以得知电机轴的旋转角，另一方面，只要知道电机轴的旋转角、以及蜗轮和减速轴的减速比就可以知道旋转轴的旋转角。即，如果从电机位置传感器检测的电机轴的旋转角度为0.28度、蜗轮和减速轴的减速比为4∶1，则由此测量的绝对转向角为0.28×4＝1.12度。
即，由方向传感器传送的电信号告知转向轴的旋转方向，从电机位置传感器传送的电信号告知转向轴的旋转角。因此，综合这些就可以测量转向轴的旋转方向及沿该旋转方向的转向轴的绝对旋转角。
这样的原理同样适用于转向轴沿相反方向旋转的情况。另外，原来处于沿单方向旋转状态的转向轴，向相反方向旋转并经过中立位置的情况下，旋转部件也经过中立位置，从而截断或通过来自方向感传感器的发送部的光，所以电信号瞬间发生变动。随着这样的电信号的变动，电子控制装置可以检测到转向轴的旋转方向已变成相反的方向。
以上说明仅例示说明本发明，本领域技术人员的可以在不脱离本发明的本质特性的范围内，进行多种修改和变形。因此，说明书中公开的实施例并不是限制本发明，而是为了说明本发明，也不是由这些实施例限定本发明的技术思想范围。本发明的保护范围需要根据权利要求范围来解释，与其同等范围内的所有技术思想应解释为包含在本发明的权利范围内。

Claims (3)

1.一种电动式转向装置，其特征在于，包括：
转向轴，与汽车的转向轮相连接；
减速轴，与上述转向轴啮合旋转；
方向传感器，包括发送部和接收部；
旋转部件，形成在上述减速轴的一端，并设置在上述发送部和上述接收部之间；
电机，供给转向辅助动力；
电机位置传感器，对上述电机具备的电机轴的旋转角进行检测；以及
电子控制装置，从上述方向传感器及上述电机位置传感器分别接收电信号，从而算出转向角。
2.如权利要求1所述的电动式转向装置，其特征在于，上述旋转部件构成为半圆盘形状。
3.如权利要求1或2所述的电动式转向装置，其特征在于，
上述减速轴在360度以内旋转。
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EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Wandu chassis parts (Suzhou) Co. Ltd.

Assignor: Mando Corporation

Contract record no.: 2011990000136

Denomination of invention: Electric power steering apparatus equipped with steering angle sensor

Granted publication date: 20090513

License type: Exclusive License

Open date: 20070801

Record date: 20110308

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: MANDO CHINA HOLDINGS LTD.

Effective date: 20130609

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20130609

Address after: Gyeonggi Do, South Korea

Patentee after: Mando Corporation

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