JP2008279808A - Vehicle steering gear - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a vehicle steering gear. <P>SOLUTION: A steering shaft 3 is composed of an upper shaft 6, a lower shaft 7, an input shaft 8, and an output shaft 9. The upper shaft 6, the lower shaft 7, and the input shaft 8 are mutually connected to rotate together, and the input shaft 8 and the output shaft 9 are mutually connected to rotate relatively through a torsion bar 11. A rotor 21 of an electric motor 5 is connected with the output shaft 9 to rotate together. A rotation position of the rotor 21 is obtained by performing predetermined computation by using a rotation position of the lower shaft 7 detected by an input shaft rotation position detection device 18 and steering torque detected based on amount of relative rotation displacement of the input shaft 8 and the output shaft 9. Since a rotor rotation position detection device for detecting a rotation position of the rotor 21 is not arranged in the inside of the electric motor 5, the vehicle steering gear 1 is miniaturized in the axial direction X1. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、自動車等の車両に用いられる車両用操舵装置に関するものである。   The present invention relates to a vehicle steering apparatus used in a vehicle such as an automobile.

自動車等の車両に用いられる車両用操舵装置として、電動モータを備える電動パワーステアリング装置が知られている。
この種の車両用操舵装置には、電動モータの出力トルクが減速機構を介さず直接ステアリングシャフトに伝達される、いわゆるダイレクトドライブ式の車両用操舵装置がある(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−145436号公報
As a vehicle steering device used for vehicles such as automobiles, an electric power steering device including an electric motor is known.
As this type of vehicle steering apparatus, there is a so-called direct drive type vehicle steering apparatus in which the output torque of an electric motor is directly transmitted to a steering shaft without passing through a reduction mechanism (see, for example, Patent Document 1).
JP 2005-145436 A

車両用操舵装置は、限られた空間である車室内に配置されるため小型であることが望まれる。一方、上記ダイレクトドライブ式の車両用操舵装置では、電動モータの出力トルクが減速機構によって増幅されないため、出力の大きい電動モータが必要となる。したがって、上記ダイレクトドライブ式の車両用操舵装置では大型の電動モータが用いられることが多く、上記小型化の要請に反する。   The vehicle steering device is desired to be small because it is arranged in a vehicle interior that is a limited space. On the other hand, in the direct drive type vehicle steering apparatus, the output torque of the electric motor is not amplified by the speed reduction mechanism, so that an electric motor with a large output is required. Therefore, a large electric motor is often used in the direct drive type vehicle steering apparatus, which is contrary to the demand for downsizing.

この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、車両用操舵装置を小型化することを目的とする。   The present invention has been made based on such a background, and an object thereof is to downsize a vehicle steering apparatus.

上記目的を達成するための本発明は、一端に操舵部材(2)が連結された入力シャフト(6,7,8)と、この入力シャフトの他端とはトーションバー(11)を介して連結された出力シャフト(9)と、入力シャフトおよび出力シャフトの相対回転変位に基づいて操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段(12)と、上記出力シャフトと同軸に同行回転可能なロータ(21)を含む操舵補助用の電動モータ(5)と、入力シャフトの回転位置を検出するための入力シャフト回転位置検出手段(18)と、入力シャフト回転位置検出手段により検出された入力シャフトの回転位置および操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに基づいて、上記ロータの回転位置を求めるロータ回転位置演算手段(33)とを備える車両用操舵装置(1)である。   In order to achieve the above object, the present invention provides an input shaft (6, 7, 8) having a steering member (2) connected to one end and the other end of the input shaft connected via a torsion bar (11). An output shaft (9), a steering torque detecting means (12) for detecting a steering torque based on the relative rotational displacement of the input shaft and the output shaft, and a rotor (21) that can rotate coaxially with the output shaft. The steering assisting electric motor (5), the input shaft rotational position detecting means (18) for detecting the rotational position of the input shaft, and the rotational position and steering of the input shaft detected by the input shaft rotational position detecting means. A vehicle steering apparatus comprising: a rotor rotational position calculating means (33) for obtaining the rotational position of the rotor based on the steering torque detected by the torque detecting means. 1).

本発明によれば、入力シャフト回転位置検出手段および操舵トルク検出手段の出力を用いて、ロータの回転位置を検出することができる。すなわち、ロータの回転位置を検出するためのロータ回転位置検出手段を電動モータの内部に配置する必要がないので、電動モータをその軸方向に小型化でき、その結果、車両用操舵装置を小型化することができる。
また、上記入力シャフト回転位置検出手段は、入力シャフトに対して入力シャフトの径方向に対向配置されている場合がある。この場合、スペースに余裕のある入力シャフトの周囲に入力シャフト回転位置検出手段を配置することで入力シャフトの周囲の空間を効率的に利用して車両用操舵装置をさらに小型化することができる。
According to the present invention, the rotational position of the rotor can be detected using the outputs of the input shaft rotational position detecting means and the steering torque detecting means. That is, it is not necessary to arrange the rotor rotational position detecting means for detecting the rotational position of the rotor inside the electric motor, so that the electric motor can be downsized in the axial direction, and as a result, the vehicle steering device can be downsized. can do.
Further, the input shaft rotation position detecting means may be disposed to face the input shaft in the radial direction of the input shaft. In this case, the vehicle steering apparatus can be further miniaturized by efficiently using the space around the input shaft by disposing the input shaft rotation position detecting means around the input shaft having a sufficient space.

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。   In the above description, the alphanumeric characters in parentheses represent reference numerals of corresponding components in the embodiments described later, but the scope of the claims is not limited by these reference numerals.

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置1の概略構成を示す図解的な断面図である。また、図2は、上記電動パワーステアリング装置1の一部の図解的な拡大断面図である。
図1を参照して、電動パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール等の操舵部材2が連結されたステアリングシャフト3と、このステアリングシャフト3を回転可能に支持する筒状のステアリングコラム4と、ステアリングシャフト3に同軸的に連結された操舵補助用の電動モータ5とを備えている。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic enlarged sectional view of a part of the electric power steering apparatus 1.
Referring to FIG. 1, an electric power steering apparatus 1 includes a steering shaft 3 to which a steering member 2 such as a steering wheel is coupled, a cylindrical steering column 4 that rotatably supports the steering shaft 3, and a steering shaft. 3 and a steering assisting electric motor 5 that are coaxially connected to each other.

ステアリングシャフト3は、直線状に延びる複数のシャフトによって構成されている。すなわち、ステアリングシャフト3は、アッパーシャフト6、ロアーシャフト7、入力シャフト8および出力シャフト9によって構成されている。各シャフト6〜9は、直線状に延びる筒状のシャフトであり、同一軸線上に配置されている。
アッパーシャフト6の一端(図1では上端)には操舵部材2が同行回転可能に連結されている。また、出力シャフト9の一端(図1では下端)には、例えばラックアンドピニオン機構からなるステアリング機構10が図示しない中間軸等を介して連結されている。操舵部材2とステアリング機構10とは、ステアリングシャフト3等を介して機械的に連結されている。
The steering shaft 3 is constituted by a plurality of shafts extending linearly. That is, the steering shaft 3 is constituted by the upper shaft 6, the lower shaft 7, the input shaft 8 and the output shaft 9. Each of the shafts 6 to 9 is a cylindrical shaft extending linearly, and is disposed on the same axis.
A steering member 2 is connected to one end (upper end in FIG. 1) of the upper shaft 6 so as to be able to rotate together. Further, a steering mechanism 10 made of, for example, a rack and pinion mechanism is connected to one end (lower end in FIG. 1) of the output shaft 9 via an intermediate shaft (not shown). The steering member 2 and the steering mechanism 10 are mechanically connected via a steering shaft 3 and the like.

なお、以下では、ステアリングシャフト3の軸方向X1に沿う操舵部材2側を上方とし、ステアリング機構10側を下方とする。
アッパーシャフト6の下端部の内周には、ロアーシャフト7の上端部が例えばセレーション嵌合している。アッパーシャフト6とロアーシャフト7とは、同行回転可能に、且つ、ステアリングシャフト3の軸方向X1に相対移動可能に連結されている。
In the following, the steering member 2 side along the axial direction X1 of the steering shaft 3 is defined as the upper side, and the steering mechanism 10 side is defined as the lower side.
On the inner periphery of the lower end portion of the upper shaft 6, the upper end portion of the lower shaft 7 is, for example, serrated. The upper shaft 6 and the lower shaft 7 are coupled so as to be able to rotate together and to be relatively movable in the axial direction X1 of the steering shaft 3.

一方、入力シャフト8および出力シャフト9は、トーションバー11を介して相対回転可能に連結されている。トーションバー11は、入力シャフト8および出力シャフト9の内周を挿通している。トーションバー11の上端部および下端部は、それぞれ入力シャフト8および出力シャフト9と同行回転可能に連結されている。
入力シャフト8の下端部は、出力シャフト9の上端部の内周にすきま嵌めされている。また、入力シャフト8の上端部は、ロアーシャフト7の下端部に連結されている。入力シャフト8とロアーシャフト7とは同行回転可能である。すなわち、アッパーシャフト6、ロアーシャフト7および入力シャフト8は、同行回転可能である。本実施形態では、これら三つのシャフト6〜8が入力シャフトとして機能する。
On the other hand, the input shaft 8 and the output shaft 9 are connected via a torsion bar 11 so as to be relatively rotatable. The torsion bar 11 is inserted through the inner periphery of the input shaft 8 and the output shaft 9. An upper end portion and a lower end portion of the torsion bar 11 are coupled to the input shaft 8 and the output shaft 9 so as to be able to rotate together.
The lower end portion of the input shaft 8 is fitted into the inner periphery of the upper end portion of the output shaft 9. Further, the upper end portion of the input shaft 8 is connected to the lower end portion of the lower shaft 7. The input shaft 8 and the lower shaft 7 can rotate together. That is, the upper shaft 6, the lower shaft 7 and the input shaft 8 can be rotated together. In the present embodiment, these three shafts 6 to 8 function as input shafts.

操舵部材2、アッパーシャフト6およびロアーシャフト7を介して、入力シャフト8にその軸線まわりの回転トルク(操舵トルク)が入力されると、トーションバー11は操舵トルクに比例した大きさで弾性ねじり変形しつつ当該回転トルクを出力シャフト9に伝達する。これにより、出力シャフト9がその軸線まわりに回転する。
入力シャフト8と出力シャフト9との嵌合部付近に設けられたトルクセンサ12(操舵トルク検出手段)は、入力シャフト8および出力シャフト9の相対回転によって生じる磁気抵抗の変化に基づいて操舵部材2に入力された操舵トルクを検出する。具体的には、トルクセンサ12は、入力シャフト8および出力シャフト9の相対回転によって生じた磁気抵抗の変化の変化量デルタRを検出し、この検出された値と下記式1とから操舵トルクTを検出する。
When rotational torque (steering torque) about its axis is input to the input shaft 8 via the steering member 2, the upper shaft 6 and the lower shaft 7, the torsion bar 11 is elastically torsionally deformed with a magnitude proportional to the steering torque. However, the rotational torque is transmitted to the output shaft 9. As a result, the output shaft 9 rotates about its axis.
A torque sensor 12 (steering torque detection means) provided in the vicinity of the fitting portion between the input shaft 8 and the output shaft 9 is based on a change in magnetic resistance caused by relative rotation of the input shaft 8 and the output shaft 9. The steering torque input to is detected. Specifically, the torque sensor 12 detects the change amount delta R of the change in magnetic resistance caused by the relative rotation of the input shaft 8 and the output shaft 9, and the steering torque T is calculated from the detected value and the following formula 1. Is detected.

(式1)T=Ct*デルタR(Ctは比例定数)
また、磁気抵抗の変化量デルタRは、入力シャフト8および出力シャフト9の相対回転変位量デルタθに比例する値であるので、磁気抵抗の変化量デルタRは、相対回転変位量デルタθを用いて下記式2で表される。
(式2)デルタR=Cr*デルタθ=Cr(θi−θo)
Crは比例定数、θiは入力シャフトの回転位置(絶対位置)、θoは出力シャフトの回転位置(絶対位置)を示す。
(Formula 1) T = Ct * Delta R (Ct is a proportional constant)
Further, since the magnetic resistance change amount delta R is a value proportional to the relative rotational displacement amount delta θ of the input shaft 8 and the output shaft 9, the magnetic resistance change amount delta R uses the relative rotational displacement amount delta θ. Is represented by the following formula 2.
(Formula 2) Delta R = Cr * Delta θ = Cr (θi−θo)
Cr represents a proportional constant, θi represents the rotational position (absolute position) of the input shaft, and θo represents the rotational position (absolute position) of the output shaft.

したがって、上記式1に上記式2を代入すると、下記式3が得られる。
(式3)T=C(θi−θo) (C=Ct*Cr)
トルクセンサ12のトルク検出結果は、ECU13(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)に入力される。
操舵部材2が操作(回転)されると、入力シャフト8および出力シャフト9が相対回転しつつ各シャフト6〜9が同一方向に回転する。そして、この回転は、ピニオン軸(図示せず)に伝達され、ピニオン軸に噛み合うラック軸(図示せず)の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪(図示せず)の転舵が達成される。
Therefore, when the above formula 2 is substituted into the above formula 1, the following formula 3 is obtained.
(Formula 3) T = C (θi−θo) (C = Ct * Cr)
The torque detection result of the torque sensor 12 is input to an ECU 13 (Electronic Control Unit).
When the steering member 2 is operated (rotated), the shafts 6 to 9 rotate in the same direction while the input shaft 8 and the output shaft 9 rotate relative to each other. This rotation is transmitted to a pinion shaft (not shown) and converted into an axial movement of a rack shaft (not shown) that meshes with the pinion shaft. Thereby, the turning of a steered wheel (not shown) is achieved.

ステアリングコラム4は、直線状に延びる筒状のアッパーコラム14およびロアーコラム15と、上記トルクセンサ12が内周に収容された筒状のセンサハウジング16とを含む。アッパーコラム14、ロアーコラム15およびセンサハウジング16は、同一軸線に配置されている。
アッパーコラム14およびロアーコラム15は、ステアリングコラム4の軸方向(図1では、軸方向X1と同一方向)に相対移動可能に連結されている。アッパーコラム14およびロアーコラム15を軸方向X1に相対移動させると、アッパーコラム14およびロアーコラム15の一方または両方に抵抗が加わるようになっている。また、センサハウジング16は、その上端部がロアーコラム15の下端部の内周に嵌合している。センサハウジング16とロアーコラム15とは、互いに固定されている。
The steering column 4 includes a cylindrical upper column 14 and a lower column 15 that extend linearly, and a cylindrical sensor housing 16 in which the torque sensor 12 is accommodated on the inner periphery. The upper column 14, the lower column 15, and the sensor housing 16 are disposed on the same axis.
The upper column 14 and the lower column 15 are connected so as to be relatively movable in the axial direction of the steering column 4 (in FIG. 1, the same direction as the axial direction X1). When the upper column 14 and the lower column 15 are relatively moved in the axial direction X1, resistance is applied to one or both of the upper column 14 and the lower column 15. The upper end of the sensor housing 16 is fitted to the inner periphery of the lower end of the lower column 15. The sensor housing 16 and the lower column 15 are fixed to each other.

ステアリングシャフト3は、アッパーコラム14、ロアーコラム15およびセンサハウジング16の内周を挿通している。ステアリングシャフト3は、複数の軸受を介してステアリングコラム4に回転可能に支持されている。また、軸方向X1に関するセンサハウジング16の上方には、ステアリングシャフト3の周囲であり、アッパーコラム14とロアーコラム15とによって囲まれた軸方向X1に延びる中空環状の空間Sが形成されている。   The steering shaft 3 is inserted through the inner periphery of the upper column 14, the lower column 15 and the sensor housing 16. The steering shaft 3 is rotatably supported by the steering column 4 via a plurality of bearings. A hollow annular space S extending in the axial direction X1 surrounding the steering shaft 3 and surrounded by the upper column 14 and the lower column 15 is formed above the sensor housing 16 in the axial direction X1.

ステアリングコラム4は、アッパーコラム14に固定された第1のブラケット17によって車体側部材100に所定の固定強度で固定されている。具体的には、第1のブラケット17は、例えば破断可能な合成樹脂製のピン17aを介して車体側部材100に取り付けられている。車両の衝突のとき、所定値以上の衝撃が第1のブラケット17に加わると、ピン17aが破断して、アッパーコラム14と車体側部材100との固定が解除される。その結果、操舵部材2、アッパーシャフト6およびアッパーコラム14等が車体側部材100に対して軸方向X1下方に移動可能となる。   The steering column 4 is fixed to the vehicle body side member 100 with a predetermined fixing strength by a first bracket 17 fixed to the upper column 14. Specifically, the first bracket 17 is attached to the vehicle body side member 100 via, for example, a breakable synthetic resin pin 17a. If an impact of a predetermined value or more is applied to the first bracket 17 during a vehicle collision, the pin 17a is broken and the upper column 14 and the vehicle body side member 100 are released from being fixed. As a result, the steering member 2, the upper shaft 6, the upper column 14, and the like can move downward in the axial direction X <b> 1 with respect to the vehicle body side member 100.

また、ロアーコラム15の内周には、入力シャフトの一部であるロアーシャフト7の回転位置(絶対位置)を検出するための入力シャフト回転位置検出手段としての入力シャフト回転位置検出装置18が配置されている。具体的には、ロアーシャフト7の外周に環状のロータ19が同行回転可能に連結されており、ロアーコラム15の内周に上記ロータ19を取り囲むようにしてステータ20が固定されている。入力シャフト回転位置検出装置18は、ロータ19およびステータ20を含む。   Further, an input shaft rotational position detection device 18 as an input shaft rotational position detecting means for detecting the rotational position (absolute position) of the lower shaft 7 which is a part of the input shaft is disposed on the inner periphery of the lower column 15. Has been. Specifically, an annular rotor 19 is connected to the outer periphery of the lower shaft 7 so as to be able to rotate along with it, and the stator 20 is fixed to the inner periphery of the lower column 15 so as to surround the rotor 19. The input shaft rotational position detection device 18 includes a rotor 19 and a stator 20.

入力シャフト回転位置検出装置18は、ロータ19およびステータ20の相対回転変位量に基づいてロアーシャフト7の回転位置を検出することができる。また、入力シャフト回転位置検出装置18は、ロアーシャフト7の回転位置を検出することで、入力シャフト8の回転位置θiを検出することができる。入力シャフト回転位置検出装置18によって検出された検出値(θi)は、ECU13に入力される。   The input shaft rotational position detector 18 can detect the rotational position of the lower shaft 7 based on the relative rotational displacement amount of the rotor 19 and the stator 20. Further, the input shaft rotation position detection device 18 can detect the rotation position θi of the input shaft 8 by detecting the rotation position of the lower shaft 7. The detection value (θi) detected by the input shaft rotational position detection device 18 is input to the ECU 13.

なお、入力シャフト回転位置検出装置18としては上記のものに限らず、例えばロータリエンコーダ等のその他の回転位置検出装置を用いてもよい。
図2を参照して、本実施形態に係る電動モータ5は、ブラシレスモータである。電動モータ5は、ステアリングシャフト3を同軸的に取り囲む筒状のロータ21と、このロータ21を同軸的に取り囲む環状のステータ22と、ロータ21およびステータ22を収容する筒状のモータハウジング23とを含む。
Note that the input shaft rotational position detection device 18 is not limited to the above, and other rotational position detection devices such as a rotary encoder may be used.
With reference to FIG. 2, the electric motor 5 according to the present embodiment is a brushless motor. The electric motor 5 includes a cylindrical rotor 21 that coaxially surrounds the steering shaft 3, an annular stator 22 that coaxially surrounds the rotor 21, and a cylindrical motor housing 23 that houses the rotor 21 and the stator 22. Including.

ロータ21は、その外周部に複数の永久磁石24を保持している。ロータ21の外周は、N極およびS極が交互に入れ替わる磁極となっている。また、ロータ21は、出力シャフト9に同行回転可能に連結されている。出力シャフト9は、電動モータ5の回転軸として機能している。
ステータ22は、環状のステータコア25と、ステータコア25に巻回された複数のコイル26とを含む。ステータコア25は、その内周面がロータ21の外周面と対向する位置で、モータハウジング23に保持されている。また、図示はしないが、ステータコア25は、環状のヨークと、ヨークの内周からその径方向内方に突出する複数のティースとを含む。複数のコイル26は、それぞれ複数のティースに巻回されている。各コイル26には、図示しない電力供給源からの電力が供給されるようになっている。各コイル26への電力の供給は、ECU13によって制御される。
The rotor 21 holds a plurality of permanent magnets 24 on the outer periphery thereof. The outer periphery of the rotor 21 is a magnetic pole in which the N pole and the S pole are alternately switched. The rotor 21 is coupled to the output shaft 9 so as to be able to rotate together. The output shaft 9 functions as a rotating shaft of the electric motor 5.
The stator 22 includes an annular stator core 25 and a plurality of coils 26 wound around the stator core 25. The stator core 25 is held by the motor housing 23 at a position where the inner peripheral surface thereof faces the outer peripheral surface of the rotor 21. Although not shown, the stator core 25 includes an annular yoke and a plurality of teeth protruding inward in the radial direction from the inner periphery of the yoke. The plurality of coils 26 are wound around a plurality of teeth, respectively. Electric power from a power supply source (not shown) is supplied to each coil 26. Supply of electric power to each coil 26 is controlled by the ECU 13.

モータハウジング23は、ステアリングシャフト3を同軸的に取り囲む筒状の周壁部27と、周壁部27の下端部に固定された環状の蓋部材28とを含む。上記ステータコア25は、周壁部27の内周面に同軸的に固定されている。また、周壁部27の上端部には、センサハウジング16の下端部が固定されている。
蓋部材28は、その周縁部が周壁部27の下端部に固定されている。出力シャフト9は、蓋部材28の中心部に設けられた挿通孔を挿通している。また、蓋部材28には、車体側部材100に固定された第2のブラケット29が固定されている。モータハウジング23は、この第2のブラケット29によって車体側部材100に固定されている。
The motor housing 23 includes a cylindrical peripheral wall portion 27 that coaxially surrounds the steering shaft 3, and an annular lid member 28 fixed to the lower end portion of the peripheral wall portion 27. The stator core 25 is coaxially fixed to the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 27. Further, the lower end portion of the sensor housing 16 is fixed to the upper end portion of the peripheral wall portion 27.
The lid member 28 has a peripheral edge fixed to the lower end of the peripheral wall 27. The output shaft 9 is inserted through an insertion hole provided at the center of the lid member 28. Further, a second bracket 29 fixed to the vehicle body side member 100 is fixed to the lid member 28. The motor housing 23 is fixed to the vehicle body side member 100 by the second bracket 29.

電動モータ5は、ECU13によって制御される。すなわち、ECU13は、トルクセンサ12のトルク検出結果や車速センサ30(図1参照)の車速検出結果等に基づいて電動モータ5を制御する。ECU13が電動モータ5を制御することにより、電動モータ5からステアリングシャフト3に操舵補助力としての出力トルクが直接伝達される。これにより、操舵補助力がステアリング機構10に伝達され、運転者の操舵が補助される。   The electric motor 5 is controlled by the ECU 13. That is, the ECU 13 controls the electric motor 5 based on the torque detection result of the torque sensor 12, the vehicle speed detection result of the vehicle speed sensor 30 (see FIG. 1), and the like. When the ECU 13 controls the electric motor 5, output torque as steering assist force is directly transmitted from the electric motor 5 to the steering shaft 3. Thus, the steering assist force is transmitted to the steering mechanism 10 to assist the driver's steering.

次に、ECU13による電動モータ5の制御について詳しく説明する。
図3は、ECU13による電動モータ5の制御に関するブロック図である。
図1および図3を参照して、ECU13は、所定の演算を行う制御回路31と、電動モータ5への電力の供給を制御する駆動回路32とを含む。また、制御回路31は、ロータ21の回転位置(絶対位置)を演算するロータ回転位置演算手段としてのロータ回転位置演算部33と、電動モータ5に供給する目標電流値を演算する目標電流値演算部34とを含む。
Next, the control of the electric motor 5 by the ECU 13 will be described in detail.
FIG. 3 is a block diagram relating to the control of the electric motor 5 by the ECU 13.
Referring to FIGS. 1 and 3, ECU 13 includes a control circuit 31 that performs a predetermined calculation and a drive circuit 32 that controls the supply of electric power to electric motor 5. In addition, the control circuit 31 includes a rotor rotation position calculation unit 33 as a rotor rotation position calculation unit that calculates the rotation position (absolute position) of the rotor 21 and a target current value calculation that calculates a target current value to be supplied to the electric motor 5. Part 34.

ロータ回転位置演算部33は、トルクセンサ12から入力された操舵トルクTと入力シャフト回転位置検出装置18から入力された入力シャフト8の回転位置θiとに基づいて、ロータ21の回転位置を演算し求める。具体的には、ロータ回転位置演算部33は、例えば、上記式3を変形して得られた下記式4と、入力された操舵トルクTおよび回転位置θiとに基づいて出力シャフト9の回転位置θoを求める。   The rotor rotational position calculation unit 33 calculates the rotational position of the rotor 21 based on the steering torque T input from the torque sensor 12 and the rotational position θi of the input shaft 8 input from the input shaft rotational position detector 18. Ask. Specifically, for example, the rotor rotational position calculation unit 33 calculates the rotational position of the output shaft 9 based on the following expression 4 obtained by transforming the expression 3 and the input steering torque T and the rotational position θi. Obtain θo.

(式4)θo=θi−T/C
すなわち、出力シャフト9の回転位置θoは、入力シャフト8の回転位置θiと操舵トルクTとに基づいて求められるようになっている。また、本実施形態では、ロータ21と出力シャフト9とが同行回転可能に連結されているので、出力シャフト9の回転位置θoを求めることで、ロータ21の回転位置が求められるようになっている。
(Formula 4) θo = θi−T / C
That is, the rotational position θo of the output shaft 9 is obtained based on the rotational position θi of the input shaft 8 and the steering torque T. Further, in the present embodiment, the rotor 21 and the output shaft 9 are connected so as to be able to rotate together, so that the rotational position of the rotor 21 is obtained by obtaining the rotational position θo of the output shaft 9. .

一方、目標電流値演算部34は、トルクセンサ12から入力された操舵トルクおよび車速センサ30から入力された車速等に基づいて、電動モータ5から出力シャフト9に伝達する操舵補助力(電動モータ5の出力トルク)の大きさを演算し求める。そして、目標電流値演算部34は、求められた操舵補助力の大きさに対応する目標電流値を演算し求める。   On the other hand, the target current value calculation unit 34 is based on the steering torque input from the torque sensor 12, the vehicle speed input from the vehicle speed sensor 30, etc., and the steering assist force (electric motor 5) transmitted from the electric motor 5 to the output shaft 9. Is calculated and calculated. Then, the target current value calculation unit 34 calculates and obtains a target current value corresponding to the obtained magnitude of the steering assist force.

駆動回路32には、ロータ回転位置演算部33で求められたロータ21の回転位置と、目標電流値演算部34で求められた目標電流値とが入力される。そして、駆動回路32は、例えばPWM制御によって上記目標電流値の電流を電動モータ5に供給する。具体的には、ロータ21の回転位置に基づいて例えばFET等の半導体スイッチング素子のON/OFFが切り換えられることにより、コイル26への通電状態が制御される。また、電動モータ5に供給された電流値が図示しない電流検出装置により検出され、この検出値に基づいて電動モータ5への供給電流値が補正されることにより、電動モータ5に供給される電流値が上記目標電流値となるように制御される。これにより、目標電流値演算部34で求められた大きさの操舵補助力が出力シャフト9に伝達され、運転者の操舵が補助される。   The drive circuit 32 receives the rotational position of the rotor 21 obtained by the rotor rotational position computing unit 33 and the target current value obtained by the target current value computing unit 34. Then, the drive circuit 32 supplies the electric motor 5 with the current having the target current value by, for example, PWM control. Specifically, the energization state of the coil 26 is controlled by switching ON / OFF of a semiconductor switching element such as an FET based on the rotational position of the rotor 21. Further, the current value supplied to the electric motor 5 is detected by a current detection device (not shown), and the current value supplied to the electric motor 5 is corrected based on this detected value. The value is controlled to be the target current value. As a result, the steering assist force having the magnitude obtained by the target current value calculation unit 34 is transmitted to the output shaft 9 to assist the driver's steering.

以上のように本実施形態では、入力シャフト回転位置検出装置18、トルクセンサ12およびECU13によってロータ21の回転位置を検出できるようになっている。すなわち、本実施形態では、従来のように電動モータの内部に、ロータの回転位置を検出するためのレゾルバ等の装置を設けなくてもよいので、電動モータ5を軸方向X1に小型化でき、その結果、電動パワーステアリング装置1を軸方向X1に小型化することができる。   As described above, in this embodiment, the rotational position of the rotor 21 can be detected by the input shaft rotational position detection device 18, the torque sensor 12, and the ECU 13. That is, in this embodiment, since it is not necessary to provide a device such as a resolver for detecting the rotational position of the rotor inside the electric motor as in the prior art, the electric motor 5 can be downsized in the axial direction X1, As a result, the electric power steering device 1 can be reduced in size in the axial direction X1.

また、入力シャフトの一部であるロアーシャフト7の回転位置を検出するための入力シャフト回転位置検出装置18を、電動モータ5の軸方向X1上方に配置するとともに、ロアーシャフト7とロアーコラム15との間の中空環状の空間Sに配置することで、当該空間Sを効率的に利用して電動パワーステアリング装置1を軸方向X1にさらに小型化することができる。   In addition, an input shaft rotational position detection device 18 for detecting the rotational position of the lower shaft 7 that is a part of the input shaft is disposed above the electric motor 5 in the axial direction X1, and the lower shaft 7 and the lower column 15 The electric power steering device 1 can be further downsized in the axial direction X1 by efficiently using the space S.

この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば上述の実施形態では、上記式4を用いてロータ21の回転位置を求める例について説明したが、ロータ21の回転位置を求める方法はこれに限らない。例えば、上記式4以外の式を用いてロータ21の回転位置を求めてもよいし、トルクセンサ12として上述したトルクセンサ以外の公知のトルクセンサを用いてもよい。   The present invention is not limited to the contents of the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. For example, in the above-described embodiment, the example in which the rotational position of the rotor 21 is obtained using the above equation 4 has been described, but the method for obtaining the rotational position of the rotor 21 is not limited to this. For example, the rotational position of the rotor 21 may be obtained using an expression other than the above expression 4, or a known torque sensor other than the torque sensor described above may be used as the torque sensor 12.

例えば、入力シャフト8および出力シャフト9の相対回転変位量デルタθを直接検出できるトルクセンサを用いる場合には、入力シャフト回転位置検出装置18で検出された入力シャフト8の回転位置θiから当該相対回転変位量デルタθを減算することにより、ロータ21の回転位置を求めることができる(θo=θi−デルタθ)。この場合、ロータ21の回転位置を求める演算が容易である。   For example, when a torque sensor that can directly detect the relative rotational displacement amount delta θ between the input shaft 8 and the output shaft 9 is used, the relative rotation is determined from the rotational position θi of the input shaft 8 detected by the input shaft rotational position detector 18. By subtracting the displacement amount delta θ, the rotational position of the rotor 21 can be obtained (θo = θi−delta θ). In this case, the calculation for obtaining the rotational position of the rotor 21 is easy.

また、上述の実施形態では、入力シャフト回転位置検出装置18によってロアーシャフト7の回転位置を検出する例について説明したが、これに限らない。例えば、入力シャフト回転位置検出装置18をアッパーシャフト6の周囲に配置してアッパーシャフト6の回転位置(絶対位置)を検出するようにしてもよい。すなわち、入力シャフト回転位置検出装置18は、入力シャフトを構成する何れかのシャフト(アッパーシャフト6、ロアーシャフト7または入力シャフト8)の回転位置を検出するようにしていればよい。また、操舵部材2の回転位置を検出する操舵部材回転位置検出装置(操舵角センサに相当)が設けられている場合には、入力シャフト回転位置検出装置18を設けなくてもよい。すなわち、上記操舵部材回転位置検出装置を入力シャフト回転位置検出手段として用いてもよい。   Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the example which detects the rotational position of the lower shaft 7 by the input shaft rotational position detection apparatus 18, it is not restricted to this. For example, the input shaft rotational position detection device 18 may be disposed around the upper shaft 6 to detect the rotational position (absolute position) of the upper shaft 6. That is, the input shaft rotational position detection device 18 only needs to detect the rotational position of any shaft (the upper shaft 6, the lower shaft 7, or the input shaft 8) that constitutes the input shaft. Further, when a steering member rotation position detection device (corresponding to a steering angle sensor) for detecting the rotation position of the steering member 2 is provided, the input shaft rotation position detection device 18 may not be provided. That is, the steering member rotational position detection device may be used as the input shaft rotational position detection means.

また、上述の実施形態では、電動モータ5の出力トルクがステアリングシャフト3に伝達される、いわゆるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置1に本発明が適用された例について説明したが、これに限らず、例えば、いわゆるピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置等のその他の車両用操舵装置に本発明を適用してもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the so-called column assist type electric power steering apparatus 1 in which the output torque of the electric motor 5 is transmitted to the steering shaft 3 has been described. For example, the present invention may be applied to other vehicle steering devices such as a so-called pinion assist type electric power steering device.

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図解的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. 上記電動パワーステアリング装置の一部の図解的な拡大断面図である。It is a schematic expanded sectional view of a part of the electric power steering device. ECUによる電動モータの制御に関するブロック図である。It is a block diagram regarding control of the electric motor by ECU.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・電動パワーステアリング装置(車両用操舵装置)、2・・・操舵部材、5・・・電動モータ、6・・・アッパーシャフト(入力シャフト)、7・・・ロアーシャフト(入力シャフト)、8・・・入力シャフト(入力シャフト)、9・・・出力シャフト、11・・・トーションバー、12・・・トルクセンサ(操舵トルク検出手段)、18・・・入力シャフト回転位置検出装置(入力シャフト回転位置検出手段)、21・・・ロータ、33・・・ロータ回転位置演算部(ロータ回転位置演算手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric power steering device (vehicle steering device), 2 ... Steering member, 5 ... Electric motor, 6 ... Upper shaft (input shaft), 7 ... Lower shaft (input shaft) , 8 ... Input shaft (input shaft), 9 ... Output shaft, 11 ... Torsion bar, 12 ... Torque sensor (steering torque detecting means), 18 ... Input shaft rotational position detecting device ( Input shaft rotation position detection means), 21... Rotor, 33... Rotor rotation position calculation unit (rotor rotation position calculation means)

Claims (2)

一端に操舵部材が連結された入力シャフトと、
この入力シャフトの他端とはトーションバーを介して連結された出力シャフトと、
入力シャフトおよび出力シャフトの相対回転変位に基づいて操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
上記出力シャフトと同軸に同行回転可能なロータを含む操舵補助用の電動モータと、
入力シャフトの回転位置を検出するための入力シャフト回転位置検出手段と、
入力シャフト回転位置検出手段により検出された入力シャフトの回転位置および操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに基づいて、上記ロータの回転位置を求めるロータ回転位置演算手段とを備える車両用操舵装置。
An input shaft having a steering member connected to one end;
An output shaft connected to the other end of the input shaft via a torsion bar;
Steering torque detection means for detecting steering torque based on the relative rotational displacement of the input shaft and the output shaft;
An electric motor for assisting steering including a rotor that can rotate coaxially with the output shaft;
Input shaft rotational position detecting means for detecting the rotational position of the input shaft;
A vehicle steering apparatus comprising: a rotor rotational position calculating means for obtaining a rotational position of the rotor based on a rotational position of the input shaft detected by the input shaft rotational position detecting means and a steering torque detected by the steering torque detecting means.
請求項1において、入力シャフト回転位置検出手段は、入力シャフトに対して入力シャフトの径方向に対向配置されていることを特徴とする車両用操舵装置。   2. The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the input shaft rotation position detecting means is disposed to face the input shaft in the radial direction of the input shaft.
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