JP2003182603A - トルクセンサの中点設定方法 - Google Patents
トルクセンサの中点設定方法Info
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Abstract
トルクセンサの中点設定方法を提供する。 【解決手段】軸方向に延在するトーションバー90と、
トーションバー90の一端に連結され、トーションバー
90と同軸をなす入力軸91と、トーションバー90の
他端に連結され、トーションバー90及び入力軸91と
同軸をなす出力軸92と、入力軸91と出力軸92との
間に設けられ、トーションバー90に作用するねじれに
基づくトルク信号Tを検出するコイル99と、コイル9
9と接続された制御部とからなるトルクセンサを用い
る。残留ねじれ開放工程により、入力軸91及び出力軸
92を相対回転させた後に開放することにより、トーシ
ョンバー90に残留するねじれを開放する。残留ねじれ
開放工程後、中点設定工程により、ECU19に中点を
設定する。
Description
設定方法に関する。
ワーステリング装置に用いられ得るトルクセンサが知ら
れている(特開2000−283863号公報)。この
トルクセンサでは、トーションバー90が軸方向に延在
されており、このトーションバー90の上端にはトーシ
ョンバー90と同軸をなす中空の入力軸91がピン96
により連結されている。この入力軸91の上部には図示
しない車両の操舵ハンドルが連結され得る。
ションバー90及び入力軸91と同軸をなす一部中空の
出力軸92がスプライン嵌合及び圧入により連結され、
出力軸92の下部にはピニオン92aが一体に形成され
ている。
はベアリング95a、95bを介してアッパーハウジン
グ93及びアンダーハウジング94が設けられており、
アンダーハウジング94内には出力軸92のピニオン9
2aと噛合するラックバー81が保持されている。この
ラックバー81には操舵力をアシストする図示しないモ
ータが設けられる。
からなる第1センサリング97が入力軸91に固定され
ている。また、磁性材料からなる第2センサリング98
が出力軸92に固定されている。さらに、第1、2セン
サリング97、98に外周側から対面するコイル99が
固定されている。また、このコイル99を囲包し、第
1、2センサリング97、98とともに磁気回路を形成
すべく、ガイド85及びスペーサ86が固定されてい
る。第1、2センサリング97、98、コイル99、ガ
イド85及びスペーサ86がトーションバー90に作用
するねじれに基づくトルク信号を検出する検出部であ
る。かかる構成のトルクセンサ本体はコイル99がイン
ターフェース回路(以下、I/F回路という。)80に
接続され、かつI/F回路80が図示しないECUに接
続されてトルクセンサとされる。I/F回路80及びE
CUが制御部である。
ルの操作により、入力軸91にトルクが伝わると、トー
ションバー90がねじれることにより、入力軸91と出
力軸92との間で相対変位を生じる。これにより、第
1、2センサリング97、98の対面面積が変化し、コ
イル99のインダクタンスが変化する。このインダクタ
ンスの変化による出力信号は、I/F回路80を介しト
ルク信号としてECUに入力される。このため、このト
ルクセンサが採用された電動パワーステアリング装置に
おいては、トルクに応じた操舵力がモータによりラック
バー81にアシストされることとなる。
示すように、横軸にトルク(Nm)、縦軸にトルク信号
T(V)をとれば、トルク信号Tは付加されたトルクに
比例する。横軸は、中央がトーションバー90にねじれ
が作用しない、すなわちトルクがゼロである機械的な中
点O(以下「中点O」と省略)を表し、左方向が操舵ハ
ンドルを左に切った左方向トルク、右方向が操舵ハンド
ルを右に切った右方向トルクを表す。また、Aは操舵ハ
ンドルを左エンド(トーションバー90の最大許容左ね
じれ角の位置)まで切った左方向最大トルクを表し、D
は操舵ハンドルを右エンド(トーションバー90の最大
許容右ねじれ角の位置)まで切った右方向最大トルクを
表す。さらに、B及びCは、トルクとトルク信号Tとが
比例する比例限界トルクを表す。したがって、トルク信
号Tは、AB間で最小のトルク信号T1、CD間で最大
のトルク信号T3となる。また、BC間では、トルクと
トルク信号Tとは比例し、中点Oにおいてトルク信号T
2となる。このS1が理想特性を示すトルクセンサのト
ルク信号直線である。このトルク信号直線S1を有する
トルクセンサでは、左方向トルクと右方向トルクとの大
きさが同じであれば、ECUに入力されるトルク信号T
のT2からの偏差(絶対値)の大きさも同じである。そ
して、ECUはトルク信号TのT2からの偏差(絶対
値)に基いて操舵力をアシストするモータを制御する。
クセンサは、組み付けのバラツキにより、中点Oにおけ
るトルク信号TがT2からT4にシフトして、トルク信
号直線がS2のようになることがある。トルク信号直線
S2においては、比例限界トルクがB、CからB1、C
1にシフトしている。また、中点Oを示すトルク信号T
2に対応するトルクがOからO1にシフトしている。し
たがって、このままでは、ECUはトーションバー90
に左方向トルクO1が加わわっているにもかかわらず、
その位置を中点Oと判断してしまうため、検出精度が左
右でアンバランスを生じてしまう。こうしたトルクセン
サを車両の電動パワーステアリング装置に用いれば、左
右のアシストのバランスが崩れてしまう。
では、組み付け完成後、次のような手順で中点設定を行
っている。まず、トーションバー90にねじれが作用し
ない状態にして、この状態を中点Oとする。そして、中
点Oにおけるトルク信号T4を読み取り、トルク信号T
2からのオフセット値(T4−T2)をECUのメモリ
に書き込む。
クセンサでは、ECUに入力されたトルク信号Tがオフ
セット値(T4−T2)を参照して補正された後、モー
タへの出力信号とされる。こうしたトルクセンサを車両
の電動パワーステアリング装置に用いれば、ある程度バ
ランスよく、左右のアシストを行なうことができる。
ルクセンサの中点設定方法では、トーションバー90の
残留ねじれが考慮されていないため、使用中、折角設定
した中点Oにおけるトルク信号Tがシフトしてしまう虞
がある。
クセンサは、たとえ図9に示すトーションバー90自体
にねじれが作用しない状態で組み付けを行なったとして
も、ベアリング95a、95b等の回転抵抗により、ト
ーションバー90にはねじれが残留してしまうことがあ
る。つまり、トーションバー90にねじれが残留した状
態、換言すればトーションバー90が完全に自由状態
(中立状態)になっていない状態でのトルク信号を中点
として設定してしまうことがある。そのようにして、図
12に示すトルク信号T5(またはT6)を中点Oとし
て設定した場合のトルク信号直線はS3(またはS4)
となり、トルク信号T5(またはT6)を出力している
状態が、操舵ハンドルに操舵トルクが作用していない状
態として認識される。これに対して、S5が使用によっ
てトーションバー90の残留ねじれが開放された後のト
ルク信号直線、すなわち、真のトルク信号直線であり、
トルク信号T7が真の中点でのトルク信号である。
設定をしたのでは、使用中にトーションバー90の残留
ねじれが開放され、中点Oにおけるトルク信号TがT5
からT7にシフトする。つまり、トーションバー90の
残留ねじれが開放され、トルクセンサが真の中点にある
にもかかわらず、このときのトルク信号T7は、前記の
ようにトルク信号T5を中点でのトルク信号として設定
した状況下では、左トルクO3が作用しているものとし
てECUに認識されてしまう。また、トルク信号T6に
基いて中点設定した場合も同様に、真の中点でのトルク
信号T7は、右トルクO2が作用しているものとしてE
CUに認識されてしまう。こうして、これらのトルクセ
ンサでは、検出精度が使用中に左右でアンバランスを生
じてしまう。この場合、電動パワーステアリング装置と
しては、左右のアシストにアンバランスを生じることと
なってしまう。
たものであって、検出精度が使用中に左右でアンバラン
スを生じ難いトルクセンサを提供することを解決すべき
課題としている。
中点設定方法は、軸方向に延在するトーションバーと、
該トーションバーの一端に連結され、該トーションバー
と同軸をなす入力軸と、該トーションバーの他端に連結
され、該トーションバー及び該入力軸と同軸をなす出力
軸と、該入力軸と該出力軸との間に設けられ、該トーシ
ョンバーに作用するねじれに基づくトルク信号を検出す
る検出部と、該検出部と接続された制御部とからなるト
ルクセンサを用い、該ねじれのない該トルク信号の中点
を該制御部に設定するトルクセンサの中点設定方法であ
って、前記入力軸及び前記出力軸を相対回転させた後に
開放することにより、前記トーションバーに残留する前
記ねじれを開放する残留ねじれ開放工程と、該残留ねじ
れ開放工程後、前記制御部に前記中点を設定する中点設
定工程とからなることを特徴とする。
トルクセンサに対し、残留ねじれ開放工程によりトーシ
ョンバーに残留するねじれを開放するため、トルク信号
直線のヒステリシスをほとんど除去することができる。
これにより、トルクとトルク信号とがほぼ一対一に対応
し、中点におけるトルク信号もほぼ一定となる。そし
て、残留ねじれ開放工程後の中点設定工程において制御
部に中点を設定するため、中点におけるトルク信号のシ
フトを防止することができる。
ば、検出精度が使用中に左右でアンバランスを生じ難い
トルクセンサを得ることができる。こうして得られたト
ルクセンサを車両の電動パワーステアリング装置に用い
れば、使用中において、左右のアシストがバランス良く
行なわれることとなる。
転及び開放を行う第1工程と、逆方向への相対回転及び
開放を行う第2工程とからなることが好ましい。これに
より、より確実にトルク信号直線のヒステリシスを除去
することができる。
出力軸を相対回転させる際、予め設定されているトーシ
ョンバーの最大許容ねじれ角まで相対回転させることが
好ましい。これにより、確実にトルク信号直線のヒステ
リシスを除去することができる。入力軸及び出力軸を相
対回転させるに際し、入力軸と出力軸との間には、それ
らの相対回転を規制する規制部が設けられている。この
規制部により、トーションバーのねじれを最大許容ねじ
れ角内に抑えることができ、入力軸と出力軸とが必要以
上に相対回転することを防止することができる。このた
め、残留ねじれ開放工程を行なう際にも、入力軸及び出
力軸を過剰に相対回転させることがなく、中点設定時に
欠陥品を生じることを防止できる。
態を図面を参照しつつ説明する。なお、実施形態のトル
クセンサの主な機械的構成は、図9のものと同様であ
り、図9に示した従来の機械的構成と同一の構成につい
ては同一の符号を用いることとし、その説明を省略す
る。
では、図1に示すように、トルクセンサが車両組み付け
前の電動パワーステアリング装置に組み付けられた状態
で中点の設定が行われる。
2、アッパーハウジング93、アンダーハウジング9
4、ECU19及びコネクタ5、18を有している。ま
た、このトルクセンサでは、図2に示すように、入力軸
91と出力軸92との間に、規制部としてのマニュアル
ストッパ10が設けられている。このマニュアルストッ
パ10では、出力軸92に軸直角方向の断面形状が十文
字の凹部92aが凹設され、入力軸91には凹部92a
よりやや小径をなす軸直角方向の断面形状が十文字の凸
部91aが形成されている。これにより、凸部91a
は、トーションバー90を中心とし、凹部92a内を予
め設定したトーションバー90の最大許容ねじれ角(約
±6度)の範囲で回動可能にされている。なお、トーシ
ョンバー90の上部は入力軸91に固定され、トーショ
ンバー90の下部は出力軸92に固定されている。
電動パワーステアリング装置に組み付けられている。こ
の電動パワーステアリング装置では、アッパーハウジン
グ93にハウジングチューブ1が固定されている。ま
た、ハウジングチューブ1内において、入力軸91がア
ッパーシャフト2と固定されている。アッパーシャフト
2は図示しないベアリングによりハウジングチューブ1
内で回転可能とされ、アッパーシャフト2の回転が入力
軸91に伝達されるようになっている。さらに、ハウジ
ングチューブ1には、電動パワーステアリング装置を車
体に固定するためのアッパーブラケット3が設けられて
いる。一方、出力軸92は、ロアシャフト5に固定さ
れ、出力軸92の回転がロアシャフト5に伝達されるよ
うになっている。また、アッパーハウジング93及びア
ンダーハウジング94には、アッパーブラケット3とと
もに電動パワーステアリング装置を車体に固定するため
のロアブラケット4が設けられている。
て、トルクセンサの中点設定のための準備が行われる。
まず、ロアブラケット4を治具11に固定することによ
り、電動パワーステアリング装置が垂直に固定される。
また、ロアシャフト5が治具12によりクランプされ、
その回転が規制される。さらに、電源16、電圧計15
及び負荷14の接続されたコネクタ13がコネクタ5に
接続される。そして、アッパーシャフト2の上端にT字
バー17が取り付けられる。
リング装置において、まず残留ねじれ開放工程が実行さ
れる。残留ねじれ開放工程は、第1工程と第2工程とか
らなる。
T字バー17を右エンドまで切って、トーションバー9
0に右方向最大トルクDを加える。この際、マニュアル
ストッパ10の働きにより、入力軸91と出力軸92と
が必要以上に相対回転することを防止することができ、
トーションバー90のねじれを一定範囲内に抑えること
ができる。この状態において、電圧計15にはトルク信
号T3が表示される。そして、T字バー17に加えた力
を開放し、T字バー17の動きが静止するまで待つ。こ
の際、トルク信号TはT3から矢印のように減少し、T
字バー17の動きとともに増減を繰り返して、最終的に
T8が電圧計15に表示される。こうして、第1工程が
終了する。
左エンドまで切って、トーションバー90に左方向最大
トルクAを加える。この場合も、マニュアルストッパ1
0の働きにより、トーションバー90のねじれを一定範
囲内に抑えることができる。この状態において、電圧計
15にはトルク信号T1が表示される。そして、T字バ
ー17に加えた力を開放し、T字バー17の動きが静止
するまで待つ。この際、トルク信号TはT1から矢印の
ように増加して、T字バー17の動きとともに増減を繰
り返して、最終的にT9が電圧計15に表示される。こ
うして、第2工程が終了し、残留ねじれ開放工程が終了
する。
示すように、トルク信号直線はS6のようになり、中点
Oにおけるトルク信号TはT9となる。なお、トルク信
号直線S1は、図10にも示す理想特性のトルク信号直
線であり、中点Oにおけるトルク信号TはT2である。
行される。中点設定工程においては、電圧計15に表示
されたトルク信号T8とT9との値が一定値(0.00
8V)以下であることを確認し、図1に示すコネクタ5
をコネクタ13からコネクタ18に切り替える。そし
て、図4に示す中点Oにおけるトルク信号T9が読み取
られ、トルク信号T2からのオフセット値(T9−T
2)がECU19のメモリに書き込まれる。こうして、
トルクセンサの中点設定が終了する。
クセンサに対し、残留ねじれ開放工程によりトーション
バー90に残留するねじれを開放するため、トルク信号
直線のヒステリシスをほとんど除去することができる。
特に、残留ねじれ開放工程は、右方向への相対回転及び
開放を行う第1工程と、左方向への相対回転及び開放を
行う第2工程とからなるため、より確実にトルク信号直
線のヒステリシスを除去することができる。こうして、
トルクとトルク信号Tとがほぼ一対一に対応し、中点O
におけるトルク信号T9もほぼ一定となる。そして、残
留ねじれ開放工程後の中点設定工程において、トルク信
号T2からのオフセット値(T9−T2)としてECU
19のメモリに中点Oを設定するため、中点Oにおける
トルク信号T9のシフトを防止することができる。な
お、残留ねじれ開放工程は、この実施形態では第1、2
工程により左右両方向への相対回転及び開放を行ってい
るが、左右いずれか一方向への相対回転及び開放を行う
だけでもよい。
検出精度が使用中に左右でアンバランスを生じ難いトル
クセンサを得ることができる。そして、このトルクセン
サが組み付けられた電動パワーステアリング装置によれ
ば、使用中において、左右のアシストがバランス良く行
なわれることとなる。
用いて、残留ねじれの開放方法による中点Oにおけるト
ルク信号Tのトルク信号T2からのオフセット値のバラ
ツキを調べた。図5は、T字バー17を右エンド又は左
エンドまで切って、その後開放した場合のオフセット値
のバラツキを表す。これに対して、図6は、T字バー1
7を右又は左に1度〜2度切って、その後開放した場合
のオフセット値のバラツキを表す。
考慮すると、中点設定によるオフセット値のバラツキの
許容値は±0.01275V(トルクのバラツキの許容
値±0.1Nm)であることが望ましい。T字バー17
を右エンド又は左エンドまで切った場合、図5に示すよ
うに、オフセット値のバラツキは全て許容値の範囲内で
ある。また、T字バー17を右又は左に1度〜2度切っ
た場合、図6に示すように、オフセット値のバラツキの
一部が許容値の範囲を超えている。したがって、T字バ
ー17を右エンド又は左エンドまで切った場合の方が、
T字バー17を右又は左に1度〜2度切った場合よりも
優れていることがわかる。本実施形態の場合、残留ねじ
れ開放工程は、右方向への相対回転及び開放を行う第1
工程と、左方向への相対回転及び開放を行う第2工程と
からなるため、オフセット値のバラツキはさらに小さく
なるものと考えられる。ここで、上記中点設定工程にお
ける一定値(0.008V)は、図5に示すデータから
算出したものである。
セット値のバラツキに影響を与えるか否かについも調べ
た。すなわち、T字バー17におもりを付けない場合と
付けた場合(0.86kgf、1.5kgf)とにおい
て、オフセット値のバラツキを比較した。その結果、お
もりの有無はオフセット値のバラツキに影響を与えない
ことが判明した。
搭載した場合の操舵力のアシストについて説明する。図
7は、トルクセンサからのトルク信号TとECU19に
よるモータへの供給電流IMとの関係を示している。た
だし、横軸はトルク信号Tをトルクに対応させて表して
いる。この場合、中点O近辺において不感帯(トルクが
加わっているにもかかわらず、モータへの供給電流IM
がゼロである領域)が設けられているのは、僅かなトル
クに対して過剰に操舵力をアシストするのを防止して、
安全を確保するためである。また、図8は、モータへの
供給電流IMとモータによるアシストトルクTMとの関
係を示している。ただし、横軸はモータへの供給電流I
Mをトルクに対応させて表している。この場合において
も、中点O近辺において不感帯が設けられることとな
る。
り、中点設定装置の模式図である。
に係り、図1のII−II矢視断面図である。
り、トルク信号直線を表すグラフである。
り、トルク信号直線を表すグラフである。
合の中点におけるトルク信号のオフセット値のバラツキ
を表すグラフである。
中点におけるトルク信号のオフセット値のバラツキを表
すグラフである。
すグラフである。
を表すグラフである。
線を表すグラフである。
トルク信号直線を表すグラフである。
である。
ンサリング、98…第2センサリング、99…コイル、
85…ガイド、86…スペーサ) 80、19…制御部(80…I/F回路、19…EC
U) 10…規制部(マニュアルストッパ)
Claims (3)
- 【請求項1】軸方向に延在するトーションバーと、該ト
ーションバーの一端に連結され、該トーションバーと同
軸をなす入力軸と、該トーションバーの他端に連結さ
れ、該トーションバー及び該入力軸と同軸をなす出力軸
と、該入力軸と該出力軸との間に設けられ、該トーショ
ンバーに作用するねじれに基づくトルク信号を検出する
検出部と、該検出部と接続された制御部とからなるトル
クセンサを用い、該ねじれのない該トルク信号の中点を
該制御部に設定するトルクセンサの中点設定方法であっ
て、 前記入力軸及び前記出力軸を相対回転させた後に開放す
ることにより、前記トーションバーに残留する前記ねじ
れを開放する残留ねじれ開放工程と、 該残留ねじれ開放工程後、前記制御部に前記中点を設定
する中点設定工程とからなることを特徴とするトルクセ
ンサの中点設定方法。 - 【請求項2】残留ねじれ開放工程は、一方向への相対回
転及び開放を行う第1工程と、逆方向への相対回転及び
開放を行う第2工程とからなることを特徴とする請求項
1記載のトルクセンサの中点設定方法。 - 【請求項3】残留ねじれ開放工程において、入力軸及び
出力軸を相対回転させる際、予め設定されているトーシ
ョンバーの最大許容ねじれ角まで相対回転させることを
特徴とする請求項1又は2記載のトルクセンサの中点設
定方法。
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JP2001380626A JP3852828B2 (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | トルクセンサの中点設定方法 |
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