JP2008170162A - ステアリング角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載用のバッテリが未接続時、あるいは車載用のバッテリの電力が不足している時に、ステアリングが操舵された場合に、このステアリングの回転によってＣＰＵがウェイクアップしなかったことを異常情報として記憶素子に記憶させることにより、次回、イグニッションスイッチをオンとして車輌を走行させる際に、正確なステアリング角度を得ることができるステアリング角度検出装置を提供する。
【解決手段】ステアリングホイールの舵角を演算するＣＰＵを内蔵する舵角センサを有するステアリング角度検出装置であって、車輌のイグニッションスイッチがオフで、かつ、車載用のバッテリが未接続時あるいは車載用のバッテリの電力不足時に、前記ステアリングシャフトが操舵されて回転された場合に、前記ＣＰＵがウェイクアップに失敗したことを異常情報として記憶する手段を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は車輌のステアリングの回転位置を検出する装置に関し、さらに詳細には、バッテリが未接続、あるいはバッテリの電力が不足している場合に、ステアリングが回転したときのステアリングの回転角度を検出するステアリング角度検出装置に関する。

自動車や車輌のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢（アシスト）する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を、減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助力）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。

ここで、電動パワーステアリング装置Ｘの一般的な構成を図５に示して説明すると、ステアリング（操向ハンドル）１０１のコラム軸１０２は減速ギア１０３、ユニバーサルジョイント１０４ａ及び１０４ｂ、ピニオンラック機構１０５を経て操向車輪のタイロッド１０６に連結されている。コラム軸１０２には、ステアリング１０１の舵角（操舵角）を検出する舵角センサ１０７及び操舵トルクを検出するトルクセンサ１０８が設けられており、ステアリング１０１の操舵力を補助するモータ１０９が減速ギア１０３を介してコラム軸１０２に連結されている。パワーステアリング装置Ｘを制御するコントロールユニット１１０には、車載用バッテリ１１１から電力が供給されるとともに、イグニッションキー１１２を経てイグニッションキー信号が供給され、コントロールユニット１１０は、トルクセンサ１０８で検出された操舵トルクＴ、車速センサ１１３で検出された車速Ｖ、舵角センサ１０７で検出された舵角θに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基づいてモータ１０９に供給する電流を制御する。

すなわち、図５に示すように、コントロールユニット１１０は、舵角センサ１０７、トルクセンサ１０８、車速センサ１１３の各センサからの信号に基づいてハンドル舵角を設定するように構成されている。従って、各センサ１０７，１０８，１１３からの情報に誤差や異常があると、ハンドル舵角を正確に検出することができないという問題があった。なお、コントロールユニット１１０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵも含む）で構成される。

ここで、従来の電動パワーステアリング装置に具備されるステアリング回転角度検出装置は、舵角センサ７で検出された舵角θを記憶するが、イグニッションスイッチをオフにする際や、バッテリをオフにする際には、イグニッションスイッチオフ直前、あるいはバッテリオフ直前のステアリング１０１の舵角θ（すなわち回転位置）を記憶するようになっている。

そこで、例えば車輌のイグニッションスイッチがオフとされているときに、ステアリング１０１が回転すると、このときの回転角度を検出することができない。よって、このような操作が行なわれた場合には、次回イグニッションスイッチをオンとしたときに、回転角度検出装置に記憶されているステアリング１０１の回転位置と実際のステアリング１０１の回転位置とが異なってしまうため、車輌の直進状態が確認されるまでの間は、正確な舵角θ（ステアリング角度）を検出することができず、ハンドル戻りが悪くなるという問題があった。

このような問題を解決するため、例えば特許文献１に示される技術が提案されている。すなわち、特許文献１に係る発明は、イグニッションスイッチがオフのときに、ステアリング１０１が回転操作された場合であっても、このときのステアリング１０１の回転角度を検出することができる。

具体的には、特許文献１に記載されたステアリング角度検出装置は、イグニッションスイッチがオフとされているときに、ステアリングが回転操作されると、舵角センサ１０７に搭載されている磁性体により磁性変化を検出し、マイコンをスリープモードから通常動作モードに切り換え、この回転操作量をホールＩＣにより検出し、マイコンのメモリ内に書き込むものである。これにより、イグニッションスイッチのオン、オフに関わらず、確実にステアリング１０１の回転角度を求めることができ、次回、イグニッションスイッチをオンとして車輌を走行させる際に、正確なステアリング角度を得ることができる。

しかしながら、特許文献１は、イグニッションスイッチはオフであるが、車載用バッテリ１１１が接続されている場合にステアリング１０１が回転操作された場合には、回転操作量を検出し、マイコンのメモリ内に書き込み、次回、イグニッションスイッチをオンとして車輌を走行させる際に、正確なステアリングの回転角度を得ることができたが、イグニッションスイッチがオフで、かつ、車載用バッテリ１１１が未接続あるいは電力が不足している場合に、ステアリング１０１が回転操作された場合には、回転操作量を検出することができず、次回、イグニッションスイッチをオンにした際、正確なステアリング１０１の回転角度を得ることができず、ハンドル戻りが悪くなるという問題を引き起こしてしまう可能性があった。
特開２００３−００４４１１号公報

本発明は上述したような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、車載用のバッテリが未接続時、あるいは車載用のバッテリの電力が不足している時に、ステアリングが操舵された場合、このステアリングの回転によってＣＰＵがウェイクアップしなかったことを異常情報として記憶素子に記憶させることにより、次回、イグニッションスイッチをオンとして車輌を走行させる際に、正確なステアリング角度を得ることができるステアリング角度検出装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、ステアリングシャフトの回転に連動して作動するセンサホイールを具備し、
該センサホイールは、Ｎ極磁石とＳ極磁石とから成る着磁部を有し、
該着磁部の回転に伴って磁場方向を変化させることによって得られる、前記ステアリングシャフトの回転角を検出することによって、ステアリングホイールの舵角を演算するようにしたＣＰＵを内蔵する舵角センサを有するステアリング角度検出装置であって、
車輌のイグニッションスイッチがオフで、かつ、車載用のバッテリが未接続時あるいは前記車載用のバッテリの電力不足時に、前記ステアリングシャフトが操舵されて回転された場合に、前記ＣＰＵがウェイクアップに失敗したことを異常情報として記憶する手段を備えることを特徴とするステアリング角度検出装置を提供することによって達成される。

さらにまた、本発明の上記目的は、前記ＣＰＵは、発振安定時間内のパルス信号の取りこぼしを防止する機構を有することを特徴とするステアリング角度検出装置を提供することによって、より効果的に達成される。

本発明に係るステアリング角度検出装置によると、車輌のイグニッションスイッチがオフで、かつ、車載用のバッテリが未接続時あるいは車載用のバッテリの電力が不足している時に、ステアリングシャフトが操舵されて回転された場合に、ＣＰＵがウェイクアップに失敗したことを異常情報として記憶することができるので、次回、イグニッションスイッチをオンとして車輌を走行させる際に、正確なステアリング角度を得ることができる。

さらにまた、本発明に係るステアリング角度検出装置は、ＣＰＵの発振安定時間内のパルス信号の取りこぼしを防止する機構を有するので、より精度の高いステアリング角度を検出することができ、ハンドル戻りによる違和感をより軽減させることができる。

以下、本発明に係るステアリング角度検出装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明に係るステアリング角度検出装置（以下、「本ステアリング角度検出装置」とする。）は、電動パワーステアリング装置に用いられる。

図１は、一般的なステアリング系の概略構成を示し、ステアリングシャフト１は、軸受２によって支持されており、ステアリングホイールの操作に基づいて回転自在になっている。このステアリングシャフト１の基端側（図１下側）には、トーションバー３を介して入力軸４と略円筒状の出力軸５とが連結されている。このトーションバー３は、出力軸５内に挿通されていて、その一端が入力軸４に圧入固定され、他端がピン６によって出力軸５に固定されている。

また、出力軸５の外周には、減速機７が一対の軸受８，９で支持されるとともに、減速機７の先端側（図１上側）には、トルクセンサ１０が配設されている。このトルクセンサ１０は、トーションバー３と、出力軸５の先端に形成されたスプライン溝１１の外周に配設され、コイル巻線１２を収納した電磁ヨーク１３とを備え、ステアリングシャフト１に生じる操舵トルクに応じて、トーションバー３の捩れを発生させることによって、磁気的な変化を電磁ヨーク１３内のコイル巻線１２で検出するようになっている。

さらに、減速機７は、出力軸５の外周に、圧入によって固定的に取り付けられたウォームホイール１４と、このウォームホイール１４に噛合するウォーム１５と、このウォーム１５を駆動軸１６に取り付けたモータからなり、モータの駆動により、ウォーム１５及びウォームホイール１４を介して、モータの回転を減速して補助トルクを伝達するようになっている。このウォームホイール１４の側面には、略円環状の凹溝部１７が形成されていて、この凹溝部１７がない周には、図２に減速機７の要部断面図で示すように、ギア１８が形成され、舵角センサ１９のセンサ棒２０の先端のピニオン２１と噛合するようになっている。

図３は、本発明に係るステアリング角度検出装置（以下、「本ステアリング角度検出装置」と言う。）の舵角センサ１９の要部断面図である。

図示するように、本ステアリング角度検出装置Ａは、センサホイール２３を具備し、舵角センサ１９内に、センサ棒２０の基端側に形成されたウォーム２２に噛合するセンサホイール２３を備え、ウォームホイール１４からピニオン２１およびセンサ棒２０を介して、ステアリングシャフト１の回転をセンサホイール２３に伝達するようになっている。また、センサホイール１には、Ｎ極磁石２４とＳ極磁石２５とからなる着磁部２６が設けられ、各磁石２４，２５がステアリングシャフト１の回転と同期しつつ一定の周期で回転するようになっている。

また、本ステアリング角度検出装置Ａは、この着磁部２６の回転に伴って磁極が回転し、磁場方向を変化させることによって得られるステアリングシャフト１の回転角を検出することによって、ステアリングホイールの舵角を演算するようにしたＣＰＵが内蔵されている。

このＣＰＵは、イグニッションスイッチオフ時で、かつ、車載用バッテリオン時にステアリングが操舵された場合、図４のフローチャートに示すように、操舵角センサから出力される信号によってＣＰＵがウェイクアップし、ＣＰＵによって操舵角度の検出が行われ、操舵角度が保存される。その後、一定時間操舵が行われなければ、ＣＰＵは再びスリープ状態に遷移する。

また、車輌のイグニッションスイッチがオフで、かつ、車載用のバッテリがオフ時（未接続時）あるいは車載用のバッテリの電力が不足している時に、ステアリングシャフト１が操舵されて回転された場合、車載用のバッテリが未接続あるいは電力が不足しているので、ＣＰＵをウェイクアップさせることはできない。すなわち、図４に示すように、未接続、あるいは電力が不足している車載用バッテリからは電力がＣＰＵに供給されないので、ＣＰＵがウェイクアップしない。

そこで、本ステアリング装置Ａは、ステアリングシャフト１が操舵されたときに、ＣＰＵがウェイクアップせず、ウェイクアップに失敗したことを異常情報として記憶する手段が備えられている。これにより、車載用バッテリが未接続、あるいは電力が不足している時に、ステアリングが操舵された際、操舵角検出センサによりパルス信号が出力されるが、このパルス信号をトリガとして利用し、ＣＰＵがウェイクアップしなかったことを異常情報として半導体記憶素子に記憶させることができる。

この半導体記憶素子に記憶された異常情報は、車載用バッテリから給電された際に、ＣＰＵでこの異常情報の操作を行い、操舵角度が調整されて誤差がなくなると、異常情報が半導体記憶素子から消去されるようになっている。

なお、異常情報を記憶する半導体素子として、不揮発性メモリを用いることが好ましく、特にフローティングゲートを有する半導体記憶素子を用いることがより好ましい。すなわち、本ステアリング角度検出装置Ａは、異常情報のみを記憶させれば良いため、例えば１ｂｉｔ等の非常に小さい容量のメモリで異常情報を記憶するフローティングケートを有する半導体記憶素子を用いると、本ステアリング装置Ａをより低コストで製造することができるようになる。

また、フローティングゲートを有する半導体記憶素子を用いると、微小な電圧で駆動させることができるという利点もある。

また、ＣＰＵがウェイクアップする際に発生する、発振安定時間内のパルス信号については、起動後のパルス信号加速度から推定する。なお、本ステアリング角度検出装置Ａに、ＣＰＵの発振安定時間内のパルス信号の取りこぼしを防止する機構を備えると、より精度の高いステアリング角度を検出することができるようになる。従って、取りこぼしが発生している場合と比較して、ハンドル戻りの違和感がよりなくなるなど、より良い操舵感を得られることができるのでより好ましい。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部断面図である。 減速機の要部断面図である。 舵角センサの要部断面図である。 本発明に係る舵角センサの動作を示すフローチャートである。 電動パワーステアリング装置の一般例を示す機構図である。

符号の説明

１ ステアリングシャフト
２ 軸受
３ トーションバー
４ 入力軸
５ 出力軸
６ ピン
７ 減速機
８，９ 軸受
１０，１０８ トルクセンサ
１１ スプライン溝
１２ コイル巻線
１３ 電磁ヨーク
１４ ウォームホイール
１５ ウォーム
１６ 駆動軸
１７ 凹溝部
１８，１０３ ギア（減速ギア）
１９，１０７ 舵角センサ
２０ センサ棒
２１ ピニオン
２２ ウォーム
２３ センサホイール
２４ Ｎ極磁石
２５ Ｓ極磁石
２６ 着磁部
Ａ ステアリングシャフト検出装置
１０１ ステアリング
１０２ コラム軸
１０４ａ，１０４ｂ ユニバーサルジョイント
１０５ ピニオンラック機構
１０６ 操向車輪のタイロッド
１０９ モータ
１１０ コントロールユニット
１１１ 車載用バッテリ
１１２ イグニッションキー
１１３ 車速センサ

Claims (2)

1. ステアリングシャフトの回転に連動して作動するセンサホイールを具備し、
   該センサホイールは、Ｎ極磁石とＳ極磁石とから成る着磁部を有し、
   該着磁部の回転に伴って磁場方向を変化させることによって得られる、前記ステアリングシャフトの回転角を検出することによって、ステアリングホイールの舵角を演算するようにしたＣＰＵを内蔵する舵角センサを有するステアリング角度検出装置であって、
   車輌のイグニッションスイッチがオフで、かつ、車載用のバッテリが未接続時あるいは前記車載用のバッテリの電力不足時に、前記ステアリングシャフトが操舵されて回転された場合に、前記ＣＰＵがウェイクアップに失敗したことを異常情報として記憶する手段を備えることを特徴とするステアリング角度検出装置。
2. 前記ＣＰＵは、発振安定時間内のパルス信号の取りこぼしを防止する機構を有することを特徴とする請求項１に記載のステアリング角度検出装置。

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