JP2003065753A - パワーステアリングのステアリング回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で操舵ピニオン軸の360度を越え
る絶対回転角度を検出することができるパワーステアリ
ングのステアリング回転角度検出装置を供する。 【解決手段】 モータ20の駆動力を減速機構25を介して
操舵ピニオン軸13に作用させて操舵を補助するパワース
テアリングにおいて、操舵ピニオン軸13の固定部材に対
する回転位置を検出する操舵ピニオン軸回転位置検出手
段30と、モータ20の周期的回転位相状態を検出するモー
タ位相検出手段Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗと、前記操舵ピニオン
軸回転位置検出手段30が検出する操舵ピニオン軸相対回
転位置情報と前記モータ位相検出手段Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ
が検出するモータ位相情報とに基づいて360度を越える
操舵ピニオン軸13の絶対回転角度を検出するステアリン
グ回転角度検出手段とを備え、前記操舵ピニオン軸回転
位置の360度周期におけるモータ20の回転位相状態が異
なるように減速機構25の減速比が設定されているパワー
ステアリングのステアリング回転角度検出装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、左操舵限界から右
操舵限界まで約３回転するステアリングの絶対回転角度
を検出する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステアリングホイールのステアリング回
転角度を検出するものとして、一般に特開平８−１０１
０２６号公報等に記載された例がある。

【０００３】前記公報記載のものは、ステアリングホイ
ールの下面側に所定等間隔で放射状にスリットが形成さ
れた円環状のスリット板を同心円上に取り付け、定位置
の光センサがステアリングホイールと伴に回転するスリ
ット板のスリットを検出し、検出したスリット数により
ステアリングホイールの回転角度を求めるインクリメン
タル型のロータリエンコーダである。

【０００４】また２進ｎビットのコードをスリットに切
って絶対回転角度を求めるようにしたアブソリュート型
のロータリエンコーダもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前者のインクリメンタ
ル型エンコーダの場合、常に現時点の絶対回転角度を把
握していて、回転により検出したスリット数を加減して
ステアリングホイールの新たな回転角度を求めるもの
で、一度ずれが生じると、以後ずれたままの回転角度が
求められることになり、原点修正等のずれを修正するた
めの特別な機構を必要とする。

【０００６】後者のアブソリュート型エンコーダは、ず
れ修正を必要とせずに絶対回転角度を検出することがで
きるが、そのままでは360度を越える回転角度は検出す
ることができない。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑みなされたもので、
その目的とする処は、簡単な構成で操舵ピニオン軸の36
0度を越える絶対回転角度を検出することができるパワ
ーステアリングのステアリング回転角度検出装置を供す
る点にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するために、本請求項１記載の発明は、モータの駆
動力を減速機構を介して操舵ピニオン軸に作用させて操
舵を補助するパワーステアリングにおいて、操舵ピニオ
ン軸の固定部材に対する回転位置を検出する操舵ピニオ
ン軸回転位置検出手段と、前記モータの周期的回転位相
状態を検出するモータ位相検出手段と、前記操舵ピニオ
ン軸回転位置検出手段が検出する操舵ピニオン軸相対回
転位置情報と前記モータ位相検出手段が検出するモータ
位相情報とに基づいて360度を越える操舵ピニオン軸の
絶対回転角度を検出するステアリング回転角度検出手段
とを備え、前記操舵ピニオン軸回転位置の360度周期に
おける前記モータの回転位相状態が異なるように前記減
速機構の減速比が設定されているパワーステアリングの
ステアリング回転角度検出装置とした。

【０００９】操舵ピニオン軸回転位置の360度周期にお
ける前記モータの回転位相状態が異なるように前記減速
機構の減速比が設定されているので、ステアリング回転
角度検出手段は、操舵ピニオン軸回転位置情報とモータ
位相情報との組み合わせにより、360度周期の操舵ピニ
オン軸回転位置を識別して360度を越える操舵ピニオン
軸の絶対回転角度を検出することができる。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載のパ
ワーステアリングのステアリング回転角度検出装置にお
いて、前記減速機構がウオーム減速機構であることを特
徴とする。

【００１１】ウオーム減速機構を用いることで、小型で
大きな減速比を構成することができる。さらにウオーム
の条数の設定により減速比の変更が容易となる。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載のパワーステアリングのステアリング回転角
度検出装置において、前記操舵ピニオン軸回転位置検出
手段が、操舵ピニオン軸に周設されたパターンを光学式
に読取り操舵ピニオン軸回転位置を検出するロータリエ
ンコーダであることを特徴とする。

【００１３】操舵ピニオン軸回転位置検出手段として、
一般的なロータリエンコーダを用いることで、低コスト
で精度良く操舵ピニオン軸の固定部材に対する回転位置
を検出することができる。

【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１から請求
項３までのいずれかの項記載のパワーステアリングのス
テアリング回転角度検出装置において、前記モータがブ
ラシレスモータであり、前記モータ位相検出手段が前記
モータのロータの回転位置を検出するホール素子である
ことを特徴とする。

【００１５】操舵ピニオン軸に作用させて操舵を補助す
るモータにブラシレスモータを使用することで、モータ
のロータの磁極位置を検出するホール素子によりモータ
の回転位相状態を検出することができ、別途回転位相状
態を専用に検出する装置を必要とせず低コスト化を図る
ことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明に係る一実施の形態に
ついて図１ないし図４に基づき説明する。本実施の形態
に係る電動パワーステアリング装置１の概略全体の後面
図を図１に示す。

【００１７】電動パワーステアリング装置１は、車両の
左右方向（図１における左右方向に一致）に指向した略
円筒状のラックハウジング２内にラック軸３が左右軸方
向に摺動自在に収容されされている。

【００１８】ラックハウジング２の両端開口から突出し
たラック軸３の両端部にそれぞれジョイントを介してタ
イロッド４，４が連結され、ラック軸３の移動によりタ
イロッド４，４が動かされ、さらに転舵機構を介して車
両の転舵輪が転舵される。

【００１９】ラックハウジング２の右端部にステアリン
グギアボックス10が設けられている。ステアリングギア
ボックス10には、ステアリングホイール（図示せず）が
一体に取り付けられたステアリング軸にジョイントを介
して連結される入力軸11が軸受を介して回動自在に軸支
されており、入力軸11はステアリングギアボックス10内
でトーションバー12を介して相対的なねじり可能に操舵
ピニオン軸13と連結されている。

【００２０】この操舵ピニオン軸13のはす歯13ａがラッ
ク軸３のラック歯３ａと噛合している。したがってステ
アリングホイールの回動操作により入力軸11に伝達され
た操舵力は、トーションバー12を介して操舵ピニオン軸
13を回動して操舵ピニオン軸13のはす歯13ａとラック歯
３ａの噛合によりラック軸３を左右軸方向に摺動させ
る。

【００２１】ラック軸３は、ラックガイドスプリング14
に付勢されたラックガイド15により背後から押圧されて
いる。

【００２２】ステアリングギアボックス10の上部にはモ
ータ20が取り付けられ、モータ20の駆動力を減速して操
舵ピニオン軸13に伝達するウオーム減速機構25がステア
リングギアボックス10内に構成されている。

【００２３】ウオーム減速機構25は、操舵ピニオン軸13
の上部に嵌着されたウオームホイール26にモータ20の駆
動軸に同軸に連結されたウオーム27が噛合して構成され
ている。ウオームホイール26のホイール歯数は65個あ
り、ウオーム27のウオーム条数は４本であり、ウオーム
減速比は16.25である。

【００２４】モータ20の駆動力をこのウオーム減速機構
25を介して操舵ピニオン軸13に作用させて操舵を補助す
る。

【００２５】ウオーム減速機構25のさらに上方にトルク
センサ30が設けられている。トーションバー12を挟んで
入力軸11側と操舵ピニオン軸13側にそれぞれ反射ディス
ク31，32が固着されており、この反射ディスク31，32に
各々設けられたバーコードパターン31ａ，32ａを読み取
ることができるオプティカルモジュール33が装着されて
トルクセンサ30を構成している。

【００２６】トルクセンサ30は、オプティカルモジュー
ル33が各反射ディスク31，32のバーコードパターン31
ａ，32ａを読み取り、その角度差からトルク値を検出す
る。

【００２７】またこのトルクセンサ30は、一方の操舵ピ
ニオン軸13側の反射ディスク32のバーコードパターン32
ａを読み取ることにより、操舵ピニオン軸13の固定部材
に対する回転位置を検出することができ、操舵ピニオン
軸回転位置検出手段の役割も果たしている。

【００２８】操舵を補助するモータ20は、ブラシレスモ
ータであり、18個のスロットに３本の電機子巻線Ｌｕ，
Ｌｖ，Ｌｗが形成され、Ｎ極とＳ極のマグネットが60度
間隔で交互に６個構成されたロータ21が回転する。

【００２９】電機子巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗが巻かれた18
個のスロットに順に番号を付け、１極から18極とする
と、15極と16極との間にホール素子Ｈｕ、13極と14極と
の間にホール素子Ｈｖ、17極と18極との間にホール素子
Ｈｗが配置されている。したがってホール素子Ｈｖとホ
ール素子Ｈｕの間、ホール素子Ｈｕとホール素子Ｈｗの
間は40度の間隔がある。

【００３０】ロータ21が回転してＮ極とＳ極の位相状態
（回転位置）が同じとなる最小回転角度である120度の
回転の間に３つのホール素子Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、６つ
の位相状態を検出することができる。

【００３１】図３は、モータ20のロータ21と電機子巻線
Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗによる１極から18極までを直線的に展
開して示した図であり、上記６つの位相状態をから
まで順に図示している。

【００３２】ホール素子Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、位相状態
では順にＮ極，Ｓ極，Ｎ極を検出しており、これから
20度回転した位相状態ではＳ極，Ｓ極，Ｎ極を検出
し、さらに20度回転した位相状態ではＳ極，Ｎ極，Ｎ
極を検出、さらに20度回転した位相状態ではＳ極，Ｎ
極，Ｓ極を検出、さらに20度回転した位相状態ではＮ
極，Ｎ極，Ｓ極を検出、さらに20度回転した位相状態
ではＮ極，Ｓ極，Ｓ極を検出する。

【００３３】このように順次異なる位相状態，，
，，，が20度毎に検出され、これが３回繰り返
されることで、モータ20のロータ21が１周する。モータ
20のロータ21が１周する間に、ウオーム減速機構25を介
したステアリング（操舵ピニオン軸13）は、ウオーム減
速比16.25から360／16.25≒22.154度回転するので、位
相状態が１つ切り替わる（ロータ21が20度回転）のに、
ステアリングは20／16.25≒1.231度回転する。

【００３４】ステアリングは、通常直進状態から左操
舵、右操舵それぞれ約1.5回転、すなわち左操舵限界か
ら右操舵限界まで約３回転する。左操舵限界付近の位相
状態を、モータ回転数が１周目でステアリング回転数
が０周（１周目開始）、ステアリング回転位置が０〜1.
231度、ステアリング絶対回転角が０〜1.231度とし、以
下ステアリング回転が約３周（４周目に若干入る）する
までのモータ回転数，モータ位相状態，ステアリング回
転数，ステアリング回転位置，ステアリング絶対回転角
のそれぞれの変化を図４の表１に示す。

【００３５】ここにステアリング回転位置は、最初の左
操舵限界付近の位相状態の始まりを０度（基準）とし
て右回転角度位置であり、前記トルクセンサ30のオプテ
ィカルモジュール33により検出され、360度周期でステ
アリングが１回転すると０度に戻る。

【００３６】ステアリング絶対回転角は、左操舵限界付
近の位相状態の始まりを０度（基準）として右操舵
（右回転）の絶対角度であり、周期を持たず右回転で常
に増加し左回転で常に減少する値で示され、ステアリン
グの全操舵角はこのステアリング絶対回転角で表わされ
る。

【００３７】図４の表１から分かるように、ステアリン
グ回転数の各周の同じステアリング回転位置におけるモ
ータ位相状態は互いに異なる。例えばステアリング回転
位置が０度付近におけるステアリング回転数１周目（０
周）の位相状態は、２周目の位相状態は、３周目の
位相状態は、４周目の位相状態はであり、それぞれ
異なる位相状態にある。

【００３８】これはウオーム減速比を16.25として同じ
ステアリング回転位置におけるモータ位相状態がステア
リング回転数の各周によって互いに異なるように設定し
たためである。

【００３９】したがって同じステアリング回転位置であ
ってもステアリング回転数が何周目であるかはモータの
位相状態から分かり、ステアリング回転位置に２周目な
らば360度を加算し、３周目ならば720度を加算し、４周
目ならば1080度を加算してステアリング絶対回転角とす
れば、ステアリングの約３周に亘る操舵角が絶対角度で
検出することができる。

【００４０】そこでトルクセンサ30のオプティカルモジ
ュール33から出力されるステアリング回転位置信号とホ
ール素子から出力されるモータ位相状態信号とをコンピ
ュータが入力し演算して操舵角の絶対角度を算出する。

【００４１】ロータの回転位置を検出するホール素子Ｈ
ｕ，Ｈｖ，Ｈｗを利用してモータ20の位相状態を検出し
ているので、別途専用の検出装置を設ける必要がない。

【００４２】なおロータの回転位置を検出するのにホー
ル素子方式以外に光学的方式、高周波誘導方式、磁気抵
抗素子方式などがあるが、いずれもモータの位相状態の
検出に利用できる。なおステアリング絶対回転角は、左
操舵限界付近の始まりを０度（基準）として例示した
が、操舵中立位置を基準にしてもよい。

【００４３】ステアリング回転位置は、トルクセンサ30
のオプティカルモジュール33を利用して検出することが
でき、これまた専用の検出装置が不要である。

【００４４】以上のように簡単な構成でステアリングの
絶対回転角を検出することができる。またウオーム減速
機構25を用いることで、小型で大きな減速比を構成で
き、さらにウオーム条数の設定により減速比の変更が容
易となる。

【００４５】なお同じステアリング回転位置におけるモ
ータ位相状態がステアリング回転数の各周によって互い
に異なるようにできる減速比は、16.25に限らず、適宜
変更可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る電動パワーステア
リング装置の概略全体後面図である。

【図２】ギアボックス内の断面図である。

【図３】モータのロータと電機子巻線の展開図である。

【図４】ステアリング回転が約３周するまでのモータ回
転数，モータ位相状態，ステアリング回転数，ステアリ
ング回転位置，ステアリング絶対回転角のそれぞれの変
化を示す表１である。

【符号の説明】

１…電動パワーステアリング装置、２…ラックハウジン
グ、３…ラック軸、４…タイロッド、10…ステアリング
ギアボックス、11…入力軸、12…トーションバー、13…
操舵ピニオン軸、14…ラックガイドスプリング、15…ラ
ックガイド、20…モータ、21…ロータ、25…ウオーム減
速機構、26…ウオームホイール、27…ウオーム、30…ト
ルクセンサ、31，32…反射ディスク、33…オプティカル
モジュール、Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ…電機子巻線、Ｈｕ，Ｈ
ｖ，Ｈｗ…ホール素子。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA35 AA36 BA08 CA10 DA05 DC03 DD03 DD08 EA03 GA52 KA02 2F065 AA42 CC11 FF17 FF18 FF66 2F069 AA83 AA86 BB40 GG06 GG07 GG59 HH15 HH30 2F077 AA27 CC02 DD05 NN24 NN28 PP12 PP19 VV02 3D033 CA03 CA04 CA16 CA17 CA20 CA21 CA29

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータの駆動力を減速機構を介して操舵
   ピニオン軸に作用させて操舵を補助するパワーステアリ
   ングにおいて、 操舵ピニオン軸の固定部材に対する回転位置を検出する
   操舵ピニオン軸回転位置検出手段と、 前記モータの周期的回転位相状態を検出するモータ位相
   検出手段と、 前記操舵ピニオン軸回転位置検出手段が検出する操舵ピ
   ニオン軸回転位置情報と前記モータ位相検出手段が検出
   するモータ位相情報とに基づいて360度を越える操舵ピ
   ニオン軸の絶対回転角度を検出するステアリング回転角
   度検出手段とを備え、 前記操舵ピニオン軸回転位置の360度周期における前記
   モータの回転位相状態が異なるように前記減速機構の減
   速比が設定されていることを特徴とするパワーステアリ
   ングのステアリング回転角度検出装置。
2. 【請求項２】 前記減速機構がウオーム減速機構である
   ことを特徴とする請求項１記載のパワーステアリングの
   ステアリング回転角度検出装置。
3. 【請求項３】 前記操舵ピニオン軸回転位置検出手段
   が、操舵ピニオン軸に周設されたパターンを光学式に読
   取り操舵ピニオン軸回転位置を検出するロータリエンコ
   ーダであることを特徴とする請求項１または請求項２記
   載のパワーステアリングのステアリング回転角度検出装
   置。
4. 【請求項４】 前記モータがブラシレスモータであり、 前記モータ位相検出手段が前記モータのロータの回転位
   置を検出するホール素子であることを特徴とする請求項
   １から請求項３までのいずれかの項記載のパワーステア
   リングのステアリング回転角度検出装置。