JP2004042697A - Steering device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車の操舵装置の一種である電動パワーステアリング装置は、操舵部材(ステアリングホイール)と当該操舵部材からやや下方に向いてほぼ横向きに延びる操舵軸とを備え、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出し、当該検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動し、当該モータの回転動力を舵取機構に伝えて操舵を補助する構成としている。
この電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクの検出のためにトルク検出装置が必要である。操舵トルクは、トーションバー(連結軸)によって連結された入力軸と出力軸とからなる操舵軸に操舵トルクが加わることによってトーションバーの捩れを伴って生じる入力軸と出力軸との相対角変位を検出することによって行われる。
また、操舵補助用のモータの駆動制御等に利用するために、入力軸の回転角度(舵角)を検出することも必要であり、このような舵角検出のために回転角検出装置が用いられることもある。
【0003】
出願人は、トルク検出及び回転角検出のために、操舵軸に磁性体製のターゲットを備えたターゲット板を設けて、操舵軸の回転によって周期的な磁界の変化が周辺部に生じるようにして、当該磁界の変化を磁気抵抗効果素子(MR素子)などの磁気センサによって非接触で検出する技術を、従来から提案している。
すなわち、磁界の変化を磁気センサによって波形状の出力として検出することで回転角を検出することができ、操舵軸の入力軸及び出力軸にそれぞれ設けたターゲット板に対応する磁気センサを備えることで、両磁気センサの出力差として与えられる両軸の回転角の差に基づいてトルクを検出することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
操舵軸の回転に伴って変化する磁界を磁気センサによって検出する場合、検出精度を良くするには、磁気センサと検出対象であるターゲットとの間の距離(エアギャップ)を一定に保つことが必要である。
すなわち、磁界は磁極からの距離に応じて強さが異なるものであり、エアギャップが変動すると、磁気センサのセンサゲインが変動して検出精度が低下する。例えば、エアギャップが大きくなると、磁界が弱くなって出力が低下し、逆にエアギャップが小さくなると、磁界が強くなって出力が上昇する。
【0005】
ただし、図5に示すように、ターゲット100と磁気センサ101との位置関係が、ターゲット板102の径方向(図5のA方向)に変動するだけであれば、当該変動によるセンサ出力の変化はゲイン変動だけであり、ゲイン変動だけであれば、演算によって緩和することが可能である。
これに対し、ターゲットと磁気センサとの位置関係がターゲット板の接線方向(図5のB方向)に変動した場合、ゲイン変動だけでなく、出力波形のオフセット変動(中点変動)も伴う。前述のようなゲイン変動を緩和する演算を行っても、オフセット変動を緩和することまではできない。
【0006】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであって、その課題は、ターゲットと磁気センサとの位置関係がターゲット板の接線方向に変動することによるオフセット変動を抑えることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵部材と、当該操舵部材から、ほぼ横向きに延びる操舵軸と、
当該操舵軸の回転によって周期的な磁界の変化を周辺部に発生するターゲットと、当該ターゲットに対して所定の間隔をおいた位置に設けられて前記磁界の変化に応じた出力を生じる磁気センサと、を備えた操舵装置において、前記磁気センサは、操舵軸の上方又は下方に配置されていることを特徴とする。
ターゲットと磁気センサとの位置変動は、舵取装置における操舵軸の変動によって生じることが多く、操舵軸の変動要因としては、ドライバーの操舵部材へのもたれかかりが主たる要因である。本発明は、操舵軸変動の主要因がドライバーのもたれかかりであることに着目してなされたものである。すなわち、ドライバーが操舵部材にもたれかかると操舵軸には上から下への変動が生じる。本発明にように、操舵軸の上方又は下方に磁気センサを配置しておけば、ターゲットと磁気センサとの位置関係は径方向に変動するだけで接線方向への変動はほとんどない。
【0008】
また、前記ターゲットは、前記操舵軸の周方向に略等間隔で突設された歯車状の突起からなり、前記磁気センサは、磁気抵抗効果素子であるのが好ましい。
さらには、前記磁気センサの出力に基づいて操舵軸の回転角を検出する手段を備えているのが好ましい。
そして、前記操舵軸は、連結軸によって連結された入力軸及び出力軸を備え、前記ターゲットは、前記入力軸と出力軸とにそれぞれ設けられ、各ターゲットに対応して設けられた磁気センサの各出力に基づいて操舵軸に加えられたトルクを検出する手段を備えているのが好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る操舵装置1の一部を示す模式図である。図示の如く、上端を操舵部材30(ステアリングホイール)に連結された入力軸31と、下端を操舵機構の一部をなすピニオン33に連結された出力軸32とを、細径のトーションバー34(連結軸)を介して同軸的に連結し、前記操舵部材30と操舵機構とを連絡する操舵軸3が構成されている。
入力軸31及び出力軸32の連結部近傍には、回転角検出装置及びトルク検出装置が備えられており、これら回転角検出装置及びトルク検出装置は次の如く構成されている。
【0010】
入力軸31には、出力軸32との連結側端部近傍に、円板形をなす磁性体製のターゲット板2が同軸状に外嵌固定されている。ターゲット板2は、図示の如く、ターゲット板2が回転するに従ってターゲット板2の外周20と入力軸31との距離が変化する歯車形状に形成されている。
同様のターゲット板2は、出力軸32の入力軸31との連結側端部近傍にも外嵌固定されており、該ターゲット板2は、ターゲット板2が回転するに従って外周20と出力軸32との距離が変化する歯車形状に形成されている。出力軸32のターゲット板2と入力軸31側のターゲット板2とは、歯の位置が周方向に整合されている。以下、ターゲット板2の歯が形成された外周20部分をターゲットと呼ぶ。
【0011】
以上のごときターゲット板2,2の外側の固定位置に、ターゲット20,20…に対向するように、センサボックス1が配設されている。
センサボックス1は、入力軸31及び出力軸32を支承するハウジングH(一部のみ図示)に固定支持され、その内部には、入力軸31側のターゲット20,20…に対向する2つの磁気センサ1A,1Bと、出力軸32側のターゲット20,20…に対向する2つの磁気センサ2A,2Bとが収納されており、磁気センサ1A、1Bとこれらに対向するターゲット20,20…とにより入力軸31の回転角度を検出するセンサユニットが、また磁気センサ2A,2Bとこれらに対向するターゲット20,20…とにより出力軸32の回転角度を検出するセンサユニットが夫々構成されている。
【0012】
ターゲット板20が歯車状であるため、ターゲット20,20…の回転に伴いターゲット周辺の磁界は周期的に変化し、磁気センサ1A,1B,2A,2Bは、かかる変化を検出して、軸31,32の回転角度を検出する。
磁気センサ1A,1Bは、入力軸31側のターゲット20に対向しており、夫々の出力電圧の位相が電気角で90゜ずれるように配されている。
磁気センサ2A,2Bは、出力軸32側のターゲット20に対向しており、夫々の出力電圧の位相が電気角で90゜ずれるように配されている。
磁気センサ1A及び磁気センサ2Aは、周方向位置を正しく合わせて、センサボックス1に収納されており、磁気センサ1B及び磁気センサ2Bは、周方向位置を正しく合わせて、センサボックス1に収納されている。
【0013】
磁気センサ1A,1B,2A,2Bは、磁気抵抗効果素子(MR素子)等、磁界の作用により電気的特定(抵抗)が変化する特性を有する素子を用い、周辺磁界の変化に応じて出力電圧を変えるように構成されている。磁気センサ1A,1B,2A,2Bの出力はマイクロプロセッサを用いてなる演算処理部4に与えられている。
【0014】
図2に示すように、前記センサボックス1は、操舵部材30から斜め下を向いたほぼ横向きに延びた操舵軸3の上方に配置されている。したがって、ドライバーが操舵部材30の上にもたれかかった場合、操舵軸3は下方に変動する。よって、ターゲット20,20…と磁気センサ1A,1B,2A,2Bとは径方向の距離(エアギャップ)が大きくなり、センサゲインが変動する。ただし、オフセット変動は少ない。
【0015】
また、図3に示すように、センサボックス1は、前記操舵軸3の下方に配置してもよい。この場合、ドライバーのもたれかかりにより操舵軸3が下方に移動すると、ターゲット20,20…と磁気センサ1A,1B,2A,2Bとは径方向の距離(エアギャップ)が小さくなり、センサゲインが変動する。ただし、オフセット変動は少ない。
【0016】
図4は、磁気センサ1AをMR素子によって構成した例を示している。この磁気センサ1Aは、2つのMR素子22,22を軸31,32(ターゲット板2)の接線方向に並べて配置しハーフブリッジ接続したものである。すなわち、互いに接続されたMR素子22,22に電圧Vccを印加し、両MR素子22,22間の電圧値をセンサ出力とするものである。ターゲット20,20…の回転によって各MR素子の抵抗が変化すると、両MR素子22,22間の電圧値が周期的に変化し、正弦波状の出力が得られる。
【0017】
また、磁気センサ1A,1Bは、ターゲット20,20…の周方向に電気角90゜異なる部位に臨むように配されているから、sin(θ±(π/2))=±cosθより、磁気センサ1Bから磁気センサ1A方向へ回転する場合、磁気センサ1A,1Bの角出力V1A,V1Bは、V1A=sinθ1、V1B=cosθ1と見なすことができる。磁気センサ2A,2Bについても同様に、各出力V2A,V2Bは、V2A=sinθ2、V2B=cosθ2と見なすことができる。
そして、tanθ=sinθ/cosθから、V1A,V1Bに基づきtanθ1を、V2A,V2Bに基づきtanθ2を求めることができる。V1A,V1B(V2A,V2B)にゲイン変動があったとしも、このtanθ1又はtanθ2を求める際に、sinθ/cosθの演算によってゲイン変動による影響が打ち消されてなくなる。なお、ゲイン変動を緩和する演算は、これに限定されるものではない。
【0018】
入力軸31の回転角度θ1及び出力軸32の回転角度θ2は、tanθの逆関数からそれぞれ求めることができる。演算処理部4は、tanθの値とそれに対応する角度θとを参照するデータテーブルを備えており、当該データテーブルを用いてθ1値及びθ2値を求めることができる。
さらに、演算処理部4は、角度θ1と角度θ2の角度差から操舵トルク値を算出する。トルクは、トーションバー34の捩れを伴って生じる入力軸31と出力軸32との相対角変位=(θ1−θ2)に基づき、(θ1−θ2)と操舵トルク値との変換テーブルを参照することにより求めることができる。なお、当該変換テーブルは、演算処理部が備えている。
【0019】
本実施形態によれば、操舵軸3の変動によりターゲット2と磁気センサとの位置変動が生じても、センサ出力にはオフセット変動がほとんど発生せず、ゲイン変動は演算によって緩和されるため、操舵軸3の変動という外乱の影響をほとんど受けることなく回転角やトルクを検出することができる。
【0020】
【発明の効果】
本発明によると、操舵軸の上方又は下方に磁気センサが配置されているため、ターゲットと磁気センサとの位置関係が接線方向に変動することがほとんどなく、オフセット変動を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】操舵装置の一部模式図である。
【図2】操舵装置の一例を示す側面図である。
【図3】操舵装置の他の例を示す側面図である。
【図4】MR素子からなる磁気センサの構成図である。
【図5】ターゲット板と磁気センサの位置関係図である。
【符号の説明】
3 操舵軸
2 ターゲット板
20 ターゲット
30 操舵部材
31 入力軸
32 出力軸
34 トーションバー(連結軸)
1A 磁気センサ
1B 磁気センサ
2A 磁気センサ
2B 磁気センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a steering device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An electric power steering device, which is a kind of a steering device of an automobile, includes a steering member (steering wheel) and a steering shaft extending slightly laterally downward from the steering member, and detects a steering torque applied to the steering member. Then, a steering assist motor is driven based on the detection result, and the rotational power of the motor is transmitted to a steering mechanism to assist the steering.
In this electric power steering device, a torque detecting device is required for detecting the steering torque. The steering torque is a relative angular displacement between the input shaft and the output shaft caused by torsion of the torsion bar when the steering torque is applied to a steering shaft composed of an input shaft and an output shaft connected by a torsion bar (connection shaft). This is done by detecting.
In addition, it is necessary to detect the rotation angle (steering angle) of the input shaft in order to use it for driving control of a steering assist motor, and a rotation angle detecting device is used for such steering angle detection. Sometimes it is done.
[0003]
The applicant has provided a target plate provided with a magnetic target on the steering shaft for torque detection and rotation angle detection, so that the rotation of the steering shaft causes a periodic magnetic field change to occur in the peripheral portion. Conventionally, a technique has been proposed in which a change in the magnetic field is detected in a non-contact manner by a magnetic sensor such as a magnetoresistive element (MR element).
That is, the rotation angle can be detected by detecting a change in the magnetic field as a wave-shaped output by a magnetic sensor, and by providing a magnetic sensor corresponding to a target plate provided on each of the input shaft and the output shaft of the steering shaft. The torque can be detected based on the difference between the rotation angles of the two shafts given as the output difference between the two magnetic sensors.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When a magnetic sensor detects a magnetic field that changes with the rotation of the steering shaft, the distance (air gap) between the magnetic sensor and the target to be detected must be kept constant to improve the detection accuracy. It is.
That is, the strength of the magnetic field varies depending on the distance from the magnetic pole. If the air gap fluctuates, the sensor gain of the magnetic sensor fluctuates, and the detection accuracy decreases. For example, when the air gap increases, the magnetic field weakens and the output decreases. Conversely, when the air gap decreases, the magnetic field increases and the output increases.
[0005]
However, as shown in FIG. 5, if the positional relationship between the
On the other hand, when the positional relationship between the target and the magnetic sensor fluctuates in the tangential direction of the target plate (B direction in FIG. 5), not only gain fluctuation but also offset fluctuation (middle point fluctuation) of the output waveform is accompanied. Even if the calculation for reducing the gain variation as described above is performed, it is not possible to reduce the offset variation.
[0006]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to suppress an offset fluctuation due to a change in a positional relationship between a target and a magnetic sensor in a tangential direction of a target plate.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a steering member, a steering shaft extending substantially laterally from the steering member,
A target that generates a periodic magnetic field change in the peripheral portion by the rotation of the steering shaft; and a magnetic sensor that is provided at a predetermined distance from the target and generates an output according to the magnetic field change. , The magnetic sensor is arranged above or below a steering shaft.
The position fluctuation between the target and the magnetic sensor is often caused by the fluctuation of the steering axis in the steering device, and the main factor of the fluctuation of the steering axis is the leaning of the driver on the steering member. The present invention has been made by paying attention to the fact that the main factor of the steering axis fluctuation is the leaning of the driver. That is, when the driver leans on the steering member, the steering shaft fluctuates from top to bottom. If the magnetic sensor is arranged above or below the steering shaft as in the present invention, the positional relationship between the target and the magnetic sensor only changes in the radial direction, and hardly changes in the tangential direction.
[0008]
Further, it is preferable that the target is formed of gear-shaped projections projecting at substantially equal intervals in the circumferential direction of the steering shaft, and the magnetic sensor is preferably a magnetoresistive element.
Further, it is preferable that a means for detecting the rotation angle of the steering shaft based on the output of the magnetic sensor is provided.
The steering shaft includes an input shaft and an output shaft connected by a connecting shaft, and the target is provided on each of the input shaft and the output shaft, and each of the magnetic sensors provided corresponding to each target. Preferably, there is provided means for detecting the torque applied to the steering shaft based on the output.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a part of a
A rotation angle detection device and a torque detection device are provided near the connection between the
[0010]
A disk-
The
[0011]
The
The
[0012]
Since the
The
The
The
[0013]
Each of the
[0014]
As shown in FIG. 2, the
[0015]
Further, as shown in FIG. 3, the
[0016]
FIG. 4 shows an example in which the
[0017]
Further, since the
Then, from tan θ = sin θ / cos θ, tan θ1 can be obtained based on V1A and V1B, and tan θ2 can be obtained based on V2A and V2B. Even if there is a gain variation in V1A, V1B (V2A, V2B), when calculating tan θ1 or tan θ2, the influence of the gain variation is eliminated by the calculation of sin θ / cos θ. Note that the calculation for reducing the gain variation is not limited to this.
[0018]
The rotation angle θ1 of the
Further, the arithmetic processing unit 4 calculates a steering torque value from the angle difference between the angle θ1 and the angle θ2. The torque is based on the relative angular displacement between the
[0019]
According to the present embodiment, even if the position of the
[0020]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the magnetic sensor is arranged above or below the steering shaft, the positional relationship between the target and the magnetic sensor hardly fluctuates in the tangential direction, and offset fluctuation can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial schematic diagram of a steering device.
FIG. 2 is a side view showing an example of the steering device.
FIG. 3 is a side view showing another example of the steering device.
FIG. 4 is a configuration diagram of a magnetic sensor including an MR element.
FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between a target plate and a magnetic sensor.
[Explanation of symbols]
3
1A
Claims (4)
当該操舵部材から、ほぼ横向きに延びる操舵軸と、
当該操舵軸の回転によって周期的な磁界の変化を周辺部に発生するターゲットと、
当該ターゲットに対して所定の間隔をおいた位置に設けられて前記磁界の変化に応じた出力を生じる磁気センサと、を備えた操舵装置において、
前記磁気センサは、操舵軸の上方又は下方に配置されていることを特徴とする操舵装置。A steering member;
A steering shaft extending substantially sideways from the steering member;
A target that generates a periodic magnetic field change in the periphery by rotation of the steering shaft,
A magnetic sensor that is provided at a predetermined distance from the target and generates an output in accordance with a change in the magnetic field;
The steering device according to claim 1, wherein the magnetic sensor is disposed above or below a steering shaft.
前記磁気センサは、磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項1記載の操舵装置。The target is composed of gear-shaped projections projecting at substantially equal intervals in the circumferential direction of the steering shaft,
The steering device according to claim 1, wherein the magnetic sensor is a magnetoresistive element.
前記ターゲットは、前記入力軸と出力軸とにそれぞれ設けられ、
各ターゲットに対応して設けられた磁気センサの各出力に基づいて操舵軸に加えられたトルクを検出する手段を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の操舵装置。The steering shaft includes an input shaft and an output shaft connected by a connection shaft,
The target is provided on each of the input shaft and the output shaft,
The steering device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a unit configured to detect a torque applied to the steering shaft based on each output of a magnetic sensor provided for each target. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002199658A JP2004042697A (en) | 2002-07-09 | 2002-07-09 | Steering device |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2002199658A JP2004042697A (en) | 2002-07-09 | 2002-07-09 | Steering device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004042697A true JP2004042697A (en) | 2004-02-12 |
Family
ID=31706735
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002199658A Withdrawn JP2004042697A (en) | 2002-07-09 | 2002-07-09 | Steering device |
Country Status (1)
Country | Link |
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2002
- 2002-07-09 JP JP2002199658A patent/JP2004042697A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20051004 |