JP2000203443A - 電動パワ―ステアリングシステム - Google Patents
電動パワ―ステアリングシステムInfo
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Abstract
する。 【解決手段】 モーター位置センサ(9)からの出力信
号は、ホール効果センサ(A,B,C)の数若しくはス
テアリングコラムシャフト(1)又はラック(6)に連
結されているセンサ(108)からの指標信号あるいは
ヨーセンサ又は直進位置に対するステアリング角度の正
確な計測を発生する他の角度位置依存装置からの指標信
号との組み合わせである。ホール効果センサの出力変化
は、カウンタ(106)を駆動させるために用いられ
る。カウンタは、指標信号が発生するときには常にリセ
ットされて、長時間の使用ででドリフトが生じないよう
にする。指標信号が直進位置にあるステアリングギアに
対応することが最も好ましい。
Description
ギアボックスを介して、作用的にステアリングアセンブ
リに連結されていて、ステアリングアセンブリに補助ト
ルクを与える種類の車両用電動パワーステアリングに関
する。特に、ステアリングアセンブリの一部の角度位置
を決定する装置に関する。
テアリングシステム(EPAS)を提供することは周知であ
る。ステアリングアセンブリは、典型的には、ステアリ
ングラックを介して1以上の車輪(roadwheels)に作用
的に連結されているステアリングシャフトに連結されて
いる手回しハンドルを備えるが、多くの異なるアセンブ
リが一般的に用いられている。いくつかのEPASシス
テムは、電気モーターが切り替え時間あるいはモーター
の巻線の整流を制御するためにモーター位置センサを具
備するブラシレスモーターを用いる。モーター位置セン
サは、典型的には、回転子の上に設けられた磁石がセン
サを通過する際に常に、状態を変化する1又は複数の電
磁気タイプスイッチを備える。あるいは、磁化されたデ
ィスクを回転子シャフト上に載置することもでき、セン
サがディスク上の磁石の運動を検出してもよい。
(3-phase brushless permanent magnetmotor)におい
ては、回転子の電気位置の加工されていない計測値を得
るような態様で、3個のホール効果センサを回転子の周
囲に位置づけることもできる。しかし、これは、出力が
モーターシャフトの一回転内で繰り返され、不明確な信
号を発生するので、ステアリングシャフトの位置の指標
として用いるには適当でない。さらに、出力は、ギアボ
ックスの比率にも依存する。
るために、ステアリングシャフトの上に直接載置されて
いるか又はギアドライブを介してステアリングシャフト
に連結されている角度位置センサを設けることが知られ
ている。これは、出力がステアリングシャフトから直接
的に読みとれるので、ギアボックスの比率には依存しな
い出力を得ることができるが、製造費が高価である。
れば、ギアボックスを介して電気モーターがステアリン
グアセンブリに作用的に連結されていて、ステアリング
アセンブリに補助トルクを与える種類の電動パワーステ
アリングシステムであって、モーター回転子の角度位置
を示す出力を発生させるモーター位置検出手段と、上記
モーター位置検出手段の出力変化をカウントして、任意
のゼロ位置に関する上記回転子の角度位置を示すカウン
ト信号を発生するカウント手段と、上記ステアリングア
センブリの一部の所定の角度位置を示す少なくとも1の
位置指標信号を発生するステアリング位置検出手段と、
上記指標信号をモニタリングすることによって上記ステ
アリングアセンブリの一部が所定の角度位置にある時に
常に上記カウント手段によって発生したカウント信号を
リセットするリセット手段と、を備える電動パワーステ
アリングシステムが提供される。
の出力変化をカウントして、ステアリングアセンブリ位
置が車輌の直進位置に対応することを示す指標信号がセ
ンサから発生する時に常にカウントをリセットすること
によって、モーター位置検出手段の出力からステアリン
グアセンブリの角度位置をモニタリングする装置を提供
する。指標信号は、ステアリングコラムセンサから得ら
れても、ステアリングアセンブリのステアリングラック
の位置をモニタするセンサから直接的に得られても、あ
るいは車輌のヨー比率(yaw rate)を示す出力を発生す
るヨー比率センサから得られてもよい。
テアリングシャフトに設けて、容易にリセットタイミン
グを早めることができる。変化をカウントするとは、例
えば、検出手段出力が一方向への回転に対応して状態を
変化させる場合にカウント信号を増加し、反対方向への
回転に対応して状態の変化が生じる場合にカウント信号
を減少させる、ということを意味する。したがって、カ
ウント信号の値は、リセットが起こる所定の角度位置に
対するステアリングシャフトの角度位置を示す。
ーターの回転子に対して固定されている1以上の回転子
磁石の位置を検出する1以上の電磁気効果センサを含
む。特に有利な装置において、モーターは、ブラシレス
永久磁石モーターを備え、磁気効果センサは回転子磁石
の位置を検出する。もちろん、他のタイプのセンサを別
実施例として用いることもできる。
カウント信号を発生することに加えて、モーター回転子
巻線のタイミング又は整流を制御するために有利に用い
られる。モーター位置検出手段は、1以上のホール効果
センサを含むものでもよい。好ましくは、モーター位置
検出手段は、3ビット出力信号を発生する3個のホール
効果センサを備える。
は、「ストローブ(strobe)」すなわちモーター位置検
出手段及び/又はステアリング位置検出手段を周期的に
作動させる手段と、モーター位置位置検出手段及び/又
はステアリング位置検出手段が作動している際のモータ
ー位置検出手段及び/又はステアリング位置検出手段の
出力をサンプル抽出する手段を含むものでもよい。ま
た、センサの電源は、サンプル抽出の間で遮断されても
よい。これは、センサを連続的に作動させる場合に比較
して、平均電流消費量を最小化する。さらに、車輌バッ
テリを過度に消費することなく車輌の点火装置のスイッ
チを切ることによってステアリングシステムの電源を切
った場合であっても、カウンタはステアリングシャフト
位置を追跡可能である。ラッチが、サンプル抽出された
値をラッチする(次の信号入力まで前の入力に対する出
力信号を保持する)ために設けられてもよい。
グシャフトの直進位置若しくはステアリングの他の好ま
しい角度に対応するであろう単一の位置指標信号を発生
することもできる。例えば、ステアリングシャフトが所
定の位置を通過して回転する際に、パルスが発生しても
よい。シャフト上の磁石の通過を検出するために、単一
の磁気効果センサを含むこともできる。よって、ステア
リング位置検出手段の出力は、第2の値をとるときの指
標位置以外のすべてのシャフト位置に対する第1の出力
値を有するものでもよい。しかし、出力を処理すること
によって指標位置を識別し得る限り、他の適当な出力を
用いることもできる。
ば、カウンタはステアリングシャフトが回転するたびに
ゼロ(又は他の好ましい値)にリセットされるであろ
う。この場合には、カウンタに保持されている最大値
は、モーターの一回転に対するモーター位置検出手段の
出力変化数及びステアリングシャフトの一回転に対する
モーターの回転数に依存するであろう。これは、明らか
に、ギアボックスの比率に依存する。それにもかかわら
ず、ギアボックスの比率は一定のままであるから、カウ
ンタに保存されている値は、ステアリングシャフトの一
回転内でのシャフト位置の正確な指標を提供するであろ
う。リセットすることで、長時間の間に生じるであろう
総カウントのドリフトを補助的に防止する。これは、例
えば、誤った「変化」が記録された場合に生じるであろ
う。
位置にあるか又はその位置に関連するある角度にある場
合にのみ、指標信号は発生するので、カウンタに保存さ
れている値は、この直進位置に関するステアリングの絶
対角度を表すであろう。
むであろうが、より大きなカウンタ又はより小さなカウ
ンタを用いることもできる。これらは、バイナリカウン
タであってもよい。
も、あるいは少なくとも部分的にバッテリで駆動される
ものでもよい。バッテリがシステムから外れている時を
検出するバッテリ状態手段が設けられてもよい。バッテ
リ状態手段がバッテリの除去又はバッテリが外れている
ことを検出した場合に、エラーフラッグが揚げられても
よい。このエラーフラッグが揚げられると、次の始動時
に(すなわち、バッテリの再度の連結時)、カウンタ値
はエラー値又は信頼できない値として処理される。なぜ
なら、電源が入っていない場合には、カウンタが更新さ
れずにモーター回転子は回転してしまっているからであ
る。
値と、ギアボックスの既知の比率からのステアリングシ
ャフトの位置の計測値と、を相関させるために設けられ
てもよい。
発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定
されるものではない。
てステアリングホイール2に及び他端部にてラック・ピ
ニオンギアボックス5,6を介して一対の車輪3,4に
ステアリングシャフト1に、作用的に連結されているス
テアリングシャフト1を含む。
ステムはさらに、16.5:1の比率を有する減速ギア
ボックス8を介して、ステアリングシャフト1に連結さ
れている電気モーター7を含む。電気モーター7は、3
相永久磁石ブラシレスモーターと、3個のホール効果セ
ンサA,B,Cを備える検出手段9と、を含む。検出手
段9は、モーター7の周囲に配置されていて、回転子磁
石10の位置を計測することによって、回転子の電気的
な角度を検出する。これは、図2に示されている。
B,Cは、回転子磁石のN極又は回転子磁石のS極のい
ずれが各センサの検出範囲内にあるかによって、ゼロ又
はゼロでない出力を発生する。これらセンサを適当に離
隔することによって、6個の3ビット値を有する増加出
力は、図3(b)に示すように発生され得る。重要なこ
とは、センサ出力は電気的角度の計測値であって、絶対
的な機械的角度ではないことである。したがって、例え
ば、6個の回転子の極を有する3相モーターに対して、
センサ出力シーケンスは、120度ごとに繰り返される
であろう。ギアボックスの規定比率に対して、これは、
結果的に、ステアリングコラムにおける1変化ごとにち
ょうど1.2度の分解能(resolution)で、ステアリン
グコラムの1回転ごとに297のホール効果変化をもた
らす。
アリングホイールを運転手が操作することによりステア
リングシャフトに与えられるトルクを計測するための組
み合わせられたトルク/位置センサ12が設けられる。
トルクを示すトルクセンサからの出力は、モーター電流
要求値を発生させるために用いられる。これは、次い
で、モーターに与えられる電流を制御するモーター電流
信号を発生するために用いられる。
て、トルクセンサは、ステアリングシャフトの角度を示
す出力信号を発生させる。これは、図4に示されてい
る。図示された実施形態において、この信号は、トルク
センサがステアリングシャフトの直進位置に対応して整
合されるときに発生する単一の指標信号を含む。事実
上、この指標は、ステアリングシャフトが直進位置を通
過したときに発生する狭いパルスを含む。これは、トル
クを示す。
別のセンサから得られてもよい。例えば、ステアリング
ラック6上に直接載置されているセンサや、車輌が転向
する際の割合を計測するヨーセンサから得てもよい。
理することは、単一の指標信号よりも大幅に高い分解能
で、ステアリングシャフト角度位置の計測値を発生させ
ることを可能とする。
理ステージを通過する。ホール効果センサが状態を変え
るときにはいつでも、第1の処理ステージはカウントア
ップ信号又はカウントダウン信号のいずれかを発生す
る。
モーター回転子の移動を表す場合には常に、カウントア
ップ信号が発生する。変化が反対側の第2の方向へのモ
ーター回転子の移動を表す場合には常に、カウントダウ
ン信号が発生する。例えば、第1の方向は、S1−S2,
S2−S3,S3−S4,S4−S5,S5−S6,S6−S1か
らのホール効果センサ出力の変化に対応するであろう。
第2の方向は、S1−S6,S6−S5,S5−S4,……S
2−S1などの変化に対応するであろう。
カウンタまで通過する。カウントアップ信号が受け取ら
れると、カウンタに保持されているカウント値は1だけ
増加する。カウントダウン信号が受け取られると、カウ
ンタに保存されている値は1だけ減少する。
合には、カウンタ内の値は、最初はゼロに設定されてい
る。これは、トルクセンサ(又は他のセンサ)からの指
標信号に対応する。一方向へのホイールの連続的な転回
に対して、カウンタに保存されている値は、ステアリン
グシャフトが直進位置に対して反対方向に反転する時ま
で、増加するであろう。一方のステアリング方向におい
てカウンタはカウントアップし、他方のステアリング方
向においてはカウントダウンする。直進位置において、
カウンタはリセットされる。よって、ステアリングホイ
ールが直進位置を通過して移動する際に、カウントにお
けるいかなるエラーも連続的にリセットされる。
場合に、カウンタが更新されないとすれば、問題が生じ
る。例えば、車輌の点火装置のスイッチが切られている
場合、ステアリングシステムを補助する電力は非作動状
態になる。これは、エンジンが作動しない場合に、モー
ターの作動に起因するバッテリ消費を防止することを意
図するであろう。
ホイールを転回し続けることは可能である。カウンタに
保存されている値は、更新されず(電力が遮断に切り替
えられるので)、再始動時に誤った位置信号を与えるで
あろう。
ンサは、センサが遮断される短時間の間隔で周期的に切
り替えることによってストローブ化される。こうして、
位置の読みとりが可能になり、カウンタは更新される。
よって、センサは読みとりの間、遮断に切り換えられ
る。確実に変化の読み落としをなくすために、センサ出
力をサンプル抽出する頻度は、センサ出力の変化の最大
割合の少なくとも2倍を越える。モーターの最大速度の
物理的な制限による制限が加えられる。
0の概略は、図5に示されている。システム100は、
発振器101を備え、発振器101の出力は、スイッチ
110に与えられ、仕事サイクルの1/6だけ、ホール
効果装置102を回転させる。しかし、他の割合も可能
である。発振器101は、5V電圧調節器103を介し
て、12V車輌バッテリから電力を受ける。これはさら
に、スイッチ110を介してホール効果センサと、セン
サの出力をサンプル抽出して保持するラッチ(latch)
104と、デコードロジック105と、ホール効果セン
サの出力を処理する変化カウンタ106と、にも電力を
与える。カウンタの出力は、カウントを角度108に変
換するマイクロプロセッサ107まで通過する。
あるいは取り除かれた場合にシステムが電力遮断したと
きに、これを検出するバッテリ遮断ラッチ109が設け
られる。電力が遮断されると、ラッチ109は、エラー
フラッグを揚げる。始動時に、フラッグに対して、マイ
クロプロセッサ107は応答する。フラッグが揚げられ
ると、カウンタに保存されている値は、エラーとして処
理され得る。また、カウンタがリセットされてフラッグ
がクリアされる直進位置を決定する別の手段を用いても
よい。
な回転に対するホール効果センサの変化数及びギアボッ
クスの比率に依存する。しかし、ホール効果センサの変
化の瞬間に、位置計測の正確さは、ステアリングシャフ
ト上のコストがかかる絶対位置センサを用いる必要のな
いかようなシステムを用いることによって、比較的高く
なるであろう。
入力は、指標位置信号111を含む。この信号は、ステ
アリングコラム位置センサの出力がパルス化された指標
を発生するか否かにかかわらず発生する。指標位置信号
が生じると、ステアリングコラムが直進位置にあること
がわかり、指標位置信号はカウンタをリセットするトリ
ガーとして用いることができる。
システムの概略説明図である。
レス電気モーターの6極回転子の周りでの3個のホール
効果センサの配置及び回転子が回転する際のセンサに対
する磁石の整合の順番をを示す説明図である。
な出力信号の1セットを示す説明図であり、図3(b)
は、回転子の360度の電気的な回転ごとの6個の3ビ
ット値の1セットを示す説明図である。
を越えて直進位置を通過する際のトルク出力に加えて、
ステアリングシャフト上の組み合わせられたトルク位置
センサからの指標信号を示す。
アリングシャフト位置を計測するためのステアリングシ
ャフト上のトルクセンサからの指標信号出力を処理する
ための手段を示すブロックダイアグラムである。
Claims (14)
- 【請求項1】 電気モータ(7)が、ギアボックス
(8)を介してステアリングアセンブリ(1)に作用的
に連結されていて、ステアリングアセンブリ(1)に補
助トルクを与える種類の電動パワーステアリングシステ
ムであって、 モーター回転子の角度位置を示す出力を発生させるモー
ター位置検出手段(9)と、 任意のゼロ位置に対する上記モーター回転子の角度位置
を示すカウント信号を発生させるために、上記モーター
位置検出手段(9)の出力変化をカウントするカウント
手段(106)と、 上記ステアリングアセンブリ(1)の一部の所定の角度
位置を示す少なくとも1の位置指標信号を発生させるス
テアリング位置検出手段(12)と、 上記位置指標信号をモニタリングすることによって、上
記ステアリングアセンブリの部分(1、6)が上記所定
の角度位置にある場合に、常に上記カウント手段(10
6)により発生したカウント信号をリセットするリセッ
ト手段と、を備えることを特徴とする電動パワーステア
リングシステム。 - 【請求項2】 請求項1の電動パワーステアリングシス
テムであって、 前記ステアリングアセンブリの一部の位置を直接モニタ
リングすることにより、出力として前記位置指標信号を
発生するステアリングコラムセンサが設けられているこ
とを特徴とする電動パワーステアリングシステム。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2の電動パワーステ
アリングシステムであって、 前記モーター位置検出手段(9)は、1以上の回転子磁
石(10)の位置又は前記モーターの回転子に関して固
定されている磁石の位置を検出する1以上の電磁気効果
センサ(A、B,C)を備えることを特徴とする電動パ
ワーステアリングシステム。 - 【請求項4】 請求項3の電動パワーステアリングシス
テムであって、 前記モーター(7)は、ブラシレス永久磁石モーターを
備え、 前記磁石効果センサ(A,B,C)は、前記回転子磁石
(10)の位置を検出する、ことを特徴とする電動パワ
ーステアリングシステム。 - 【請求項5】 請求項3又は請求項4の電動パワーステ
アリングシステムであって、 前記モーター位置検出手段(9)は、3ビット出力信号
を発生する3個のホール効果センサ(A,B、C)を備
えることを特徴とする電動パワーステアリングシステ
ム。 - 【請求項6】 請求項1〜請求項5のいずれか1の電動
パワーステアリングシステムであって、さらに、 前記モーター位置検出手段(9)及び/又は前記ステア
リング位置検出手段(12)を周期的に作動させる手段
と、 上記モーター位置検出手段(9)及び/又は上記ステア
リング位置検出手段(12)が作動する際に、計測の間
の電流消費量を最小化するように、上記モーター位置検
出手段(9)及び/又は上記ステアリング位置検出手段
(12)の出力をサンプル抽出する手段と、を備えるこ
とを特徴とする電動パワーステアリングシステム。 - 【請求項7】 請求項1〜請求項6のいずれか1の電動
パワーステアリングシステムであって、 前記ステアリング位置検出手段(12)は、ステアリン
グシャフト(1)の直進位置又はステアリングの好まし
い角度に対応して、単一の位置指標信号を発生させるこ
とを特徴とする電動パワーステアリングシステム。 - 【請求項8】 請求項7の電動パワーステアリングシス
テムであって、 前記モーター信号は、前記ステアリングアセンブリの一
部が所定の位置を通過した際に発生するパルスを含むこ
とを特徴とする電動パワーステアリングシステム。 - 【請求項9】 請求項1〜請求項8のいずれか1の電動
パワーステアリングシステムであって、 前記ステアリング位置検出手段は、ステアリングアセン
ブリの一部上を磁石が通過したことを検出する単一の磁
石効果センサを含むことを特徴とする電動パワーステア
リングシステム。 - 【請求項10】 請求項1〜請求項9のいずれか1の電
動パワーステアリングシステムであって、 前記カウント手段は、16ビットカウンタを含むことを
特徴とする電動パワーステアリングシステム。 - 【請求項11】 請求項1〜請求項10のいずれか1の
電動パワーステアリングシステムであって、 電動パワーステアリングシステムは、少なくとも部分的
にバッテリで駆動されるバッテリ駆動型であることを特
徴とする電動パワーステアリングシステム。 - 【請求項12】 請求項11の電動パワーステアリング
システムであって、 バッテリが電動パワーステアリングシステムと連結して
いない時を検出するバッテリ状態手段が設けられている
ことを特徴とする電動パワーステアリングシステム。 - 【請求項13】 請求項1〜請求項12のいずれか1の
電動パワーステアリングシステムであって、 前記カウンタに保存されている値と、前記ギアボックス
の既知の比率からの前記ステアリングアセンブリの一部
の位置の計測値と、を相関させる処理手段が設けられて
いることを特徴とする電動パワーステアリングシステ
ム。 - 【請求項14】 請求項1〜請求項13のいずれか1の
電動パワーステアリングシステムであって、前記ステア
リングアセンブリの一部は、ステアリングシャフトを含
むことを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
Applications Claiming Priority (2)
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GB9900774 | 1999-01-15 | ||
GB9900774.2 | 1999-01-15 |
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