JP2012194167A - Rotation angle detection device and electric power steering apparatus - Google Patents

Rotation angle detection device and electric power steering apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation angle detection device capable of highly accurately detecting a rotation angle by correcting a detection error caused by backlash between a main gear and a detection gear by a simple configuration, and to provide an electric power steering apparatus.SOLUTION: The rotation angle detection device includes: rotation angle calculation means which calculates a rotation angle of a steering shaft based on a detection signal outputted from rotation angle detection means, and when the rotation angular speed of the steering shaft is a predetermined value or more, calculates a backlash correction value for correcting an error caused by backlash between the main gear and the detection gear from a difference between a twist angle of a torsion bar calculated based on steering torque detected by steering torque detection means and the rotation angle of the steering shaft; and rotation angle correction means for correcting the rotation angle of the steering shaft based on the backlash correction value.

Description

本発明は、回転角度検出装置および電動パワーステアリング装置に関するものである。   The present invention relates to a rotation angle detection device and an electric power steering device.

従来、ステアリングシャフトの回転角度を検出する方式として、ステアリングシャフトに係合され連動して回転するメインギヤと、このメインギヤと噛合し連動して回転する検出ギヤとで構成され、回転角度検出装置に固定された磁気式角度センサと回転する検出ギヤに搭載した磁石を使用した一体形構造による方式が知られている。   Conventionally, as a method for detecting the rotation angle of the steering shaft, it is composed of a main gear that is engaged with the steering shaft and rotates in conjunction with it, and a detection gear that meshes with and rotates in conjunction with the main gear, and is fixed to the rotation angle detection device. An integrated structure using a magnetic angle sensor and a magnet mounted on a rotating detection gear is known.

しかしながら、メインギヤと検出ギヤの噛合した歯の間には、歯と歯を噛合させるためのわずかな隙間、いわゆるバックラッシが形成されている。このため、右切り左切りの操舵を繰り返した場合、メインギヤと検出ギヤ間のバックラッシにより回転角度の検出誤差が大きくなり、角度精度が悪化する。このようなバックラッシにより生じる回転角度の検出誤差を低下させるために、反転時のメインギヤと検出ギヤ間のバックラッシによる回転遅れを補正するための補正値を測定し、この補正値に基づいて検出誤差の補正を行っている。(例えば、特許文献1参照)   However, a slight gap, that is, a so-called backlash for meshing the teeth is formed between the meshed teeth of the main gear and the detection gear. For this reason, when the right-turn and left-turn steering is repeated, the detection error of the rotation angle increases due to the backlash between the main gear and the detection gear, and the angle accuracy deteriorates. In order to reduce the rotation angle detection error caused by such backlash, a correction value for correcting the rotation delay due to backlash between the main gear and the detection gear at the time of reverse rotation is measured, and the detection error is detected based on this correction value. Correction is being performed. (For example, see Patent Document 1)

特開2007−132685号公報JP 2007-132585 A

しかしながら、このようなメインギヤと検出ギヤ間のバックラッシ量の測定は、組付け時や出荷検査時の限られたときにのみ実施される。そして、その時の測定値を補正値として記憶するため、経年変化によるギヤの磨耗や温度特性によりバックラッシが変化すると、補正後の回転角度の出力が変動する場合がある。
このため、電動パワーステアリング装置において、回転角度をより正確に検出できる回転角度検出装置を得ることが課題となっている。
However, the measurement of the backlash amount between the main gear and the detection gear is performed only at the time of assembling or shipping inspection. Since the measured value at that time is stored as a correction value, if the backlash changes due to gear wear or temperature characteristics due to secular change, the output of the corrected rotation angle may fluctuate.
For this reason, in the electric power steering device, it is an object to obtain a rotation angle detection device that can detect the rotation angle more accurately.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ギヤの磨耗、温度特性の変化があってもバックラッシの補正をリアルタイムに実現でき、ステアリングシャフトの回転角度を精度よく検出できる回転角度検出装置および電動パワーステアリング装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to realize backlash correction in real time even when there is a change in gear wear and temperature characteristics, and the rotation angle of the steering shaft can be accurately adjusted. An object of the present invention is to provide a rotation angle detection device and an electric power steering device that can detect.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、トーションバーの両端に連結された回転体の入力軸と出力軸の間に作用する回転トルクを検出するトルク検出手段と、前記回転体に連動して回転するメインギヤと、前記メインギヤに連動して回転する検出ギヤと、前記検出ギヤの回転を検出信号として検出する回転検出手段と、を備えた回転角度検出装置において、前記回転検出手段から出力される検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を演算するともに、前記回転体の回転角速度が所定値以上である場合に、前記トルク検出手段により検出される回転トルクに基づいて演算される前記トーションバーの捩れ角と、前記回転体の回転角度との差分から、前記メインギヤと前記検出ギヤ間のバックラッシによる誤差を補正するためのバックラッシ補正値を演算する回転角度演算手段と、前記バックラッシ補正値に基づいて前記回転体の回転角度を補正する回転角度補正手段と、を備えることを要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is characterized in that a torque detection means for detecting a rotational torque acting between an input shaft and an output shaft of a rotating body connected to both ends of a torsion bar, and the rotation A rotation angle detecting device comprising: a main gear that rotates in conjunction with a body; a detection gear that rotates in conjunction with the main gear; and a rotation detection means that detects rotation of the detection gear as a detection signal. Calculating the rotation angle of the rotating body based on the detection signal output from the means, and calculating based on the rotation torque detected by the torque detecting means when the rotation angular velocity of the rotating body is a predetermined value or more. For correcting an error caused by backlash between the main gear and the detection gear from a difference between a twist angle of the torsion bar and a rotation angle of the rotating body. A rotation angle calculating means for calculating a Kkurasshi correction value, and summarized in that and a rotation angle correction means for correcting the rotational angle of the rotating body on the basis of said backlash correction value.

上記構成によれば、被検知体である回転体の回転と連動してメインギヤが回転する。メインギヤの回転は、これと噛合する検出ギヤに伝達される。回転検出手段は、検出ギヤに設けられた被検出部材とこれに対向する検出部材とにより検出ギヤの回転を検出し、検出信号が回転角度演算手段へ出力される。一方、回転体が一方向の回転から他方向へ反転されたとき、メインギヤと検出ギヤとの間のバックラッシによる回転遅れが生じる。回転角度演算手段は、検出ギヤの回転検出信号に基づき回転体の回転角度を演算するとともに、回転体が回転中と判断された場合に、トルク検出手段により検出された回転トルクから演算されるトーションバーの捩れ角と、検出ギヤの回転検出信号から演算された回転体の回転角度との差分から、メインギヤと検出ギヤ間のバックラッシを補正するバックラッシ補正値を演算により取得する。回転角度補正手段は、演算された回転体の回転角度を、このバックラッシ補正値を使用して補正し、回転体の回転角度を高精度に検出できる。   According to the said structure, a main gear rotates in response to rotation of the rotary body which is a to-be-detected body. The rotation of the main gear is transmitted to a detection gear that meshes therewith. The rotation detection means detects the rotation of the detection gear by a detected member provided on the detection gear and a detection member facing the detected member, and a detection signal is output to the rotation angle calculation means. On the other hand, when the rotating body is reversed from rotation in one direction to the other direction, a rotation delay due to backlash between the main gear and the detection gear occurs. The rotation angle calculation means calculates the rotation angle of the rotating body based on the rotation detection signal of the detection gear and, when it is determined that the rotating body is rotating, the torsion calculated from the rotation torque detected by the torque detecting means. A backlash correction value for correcting the backlash between the main gear and the detection gear is obtained by calculation from the difference between the twist angle of the bar and the rotation angle of the rotating body calculated from the rotation detection signal of the detection gear. The rotation angle correction means corrects the calculated rotation angle of the rotating body using the backlash correction value, and can detect the rotation angle of the rotating body with high accuracy.

さらに、上記構成によれば、回転角度演算手段は、回転体の回転角速度が所定値以上であれば任意に検出ギヤのバックラッシ補正値を取得することができる。その結果、ギヤの磨耗、温度特性の変化があってもバックラッシの補正をリアルタイムに実現でき、回転体の回転角度を精度よく検出できる。   Furthermore, according to the above configuration, the rotation angle calculation means can arbitrarily acquire the backlash correction value of the detection gear if the rotation angular velocity of the rotating body is equal to or greater than a predetermined value. As a result, the backlash can be corrected in real time even if there is gear wear or temperature characteristic change, and the rotation angle of the rotating body can be detected with high accuracy.

請求項2に記載の発明は、電動パワーステアリング装置において、請求項1に記載の回転角度検出装置を備えてなることをその要旨とする。
請求項1に記載の回転角度検出装置によれば、その検出回転角の精度向上が図られるので、車両の操舵フィーリングを向上した電動パワーステアリング装置にできる。
The gist of the second aspect of the present invention is that the electric power steering apparatus includes the rotation angle detection apparatus according to the first aspect.
According to the rotation angle detection device of the first aspect, since the accuracy of the detected rotation angle is improved, an electric power steering device with improved steering feeling of the vehicle can be obtained.

簡単な構成でメインギヤと検出ギヤ間のバックラッシによる検出誤差を補正し、精度の高い回転角度を検出できる回転角度検出装置および電動パワーステアリング装置を提供できる。   It is possible to provide a rotation angle detection device and an electric power steering device capable of correcting a detection error due to backlash between the main gear and the detection gear with a simple configuration and detecting a rotation angle with high accuracy.

電動パワーステアリング装置の概念図。The conceptual diagram of an electric power steering apparatus. (a)は本実態の形態に係る回転角度検出装置の概略構成を説明する平面図、(b)は図2(a)のB−B断面図。(a) is a top view explaining schematic structure of the rotation angle detection apparatus which concerns on this form, (b) is BB sectional drawing of Fig.2 (a). 図2の矢印A方向から見た側面図。The side view seen from the arrow A direction of FIG. バックラッシ補正値取得の処理手順を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the process sequence of backlash correction value acquisition. バックラッシ補正の処理手順を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the process sequence of backlash correction. バックラッシ補正値取得およびバックラッシ補正方法を示す図。The figure which shows the backlash correction value acquisition and the backlash correction method.

以下、本発明の実施形態について、図に基づいて具体的に説明する。
図1は本発明の一実施形態をコラム型の電動パワーステアリング装置に具体化した概念図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram embodying an embodiment of the present invention in a column type electric power steering apparatus.

図1に示すように、電動パワーステアリング装置100は、車両110に備えた1対の転舵輪101,101の間に差し渡された転舵輪間シャフト102と、その転舵輪間シャフト102の外側を覆ったシャフトケース103とを備えている。   As shown in FIG. 1, the electric power steering apparatus 100 includes a shaft 102 between steered wheels passed between a pair of steered wheels 101, 101 provided in a vehicle 110, and an outer side of the shaft 102 between steered wheels. And a covered shaft case 103.

転舵輪間シャフト102の両端は、タイロッド102T,102Tを介して各転舵輪101,101に連結され、シャフトケース103は、車両110の本体に固定されている。また、転舵輪間シャフト102の中間部分にはラック(図示せず)が形成され、シャフトケース103の中間部を側方から貫通したピニオン(図示せず)がこのラックに噛合している。   Both ends of the shaft 102 between the steered wheels are connected to the steered wheels 101 and 101 via tie rods 102T and 102T, and the shaft case 103 is fixed to the main body of the vehicle 110. In addition, a rack (not shown) is formed at an intermediate portion of the inter-steering wheel shaft 102, and a pinion (not shown) penetrating the intermediate portion of the shaft case 103 from the side meshes with the rack.

ピニオンの上端部にはインターミディエートシャフト105(以下、インタミシャフトという)が連結され、そのインタミシャフト105の上端部にはステアリングシャフト106が連結され、さらにそのステアリングシャフト106の上端部にはステアリングホイール107が連結されている。そして、インタミシャフト105とステアリングシャフト106との連結部分に、減速機構108を介してモータ109が連結されている。   An intermediate shaft 105 (hereinafter referred to as an intermediate shaft) is connected to the upper end of the pinion, a steering shaft 106 is connected to the upper end of the intermediate shaft 105, and a steering wheel is connected to the upper end of the steering shaft 106. 107 are connected. A motor 109 is connected to a connecting portion between the intermediate shaft 105 and the steering shaft 106 via a speed reduction mechanism 108.

また、トルクセンサ(操舵トルク検出手段)112は、ステアリングホイール107の操作によってステアリングシャフト106に加えられる操舵トルクτを検出する。そして、トルクセンサ112に搭載(アドオン)された回転角度検出装置111が、ステアリングシャフト106に取り付けられ、ステアリングホイール107の操舵角θを検出する。さらに、転舵輪101の近傍には、転舵輪101の回転に基づいて車速Vを検出するための車速センサ113が設けられている。   A torque sensor (steering torque detection means) 112 detects a steering torque τ applied to the steering shaft 106 by operating the steering wheel 107. A rotation angle detection device 111 mounted (add-on) to the torque sensor 112 is attached to the steering shaft 106 and detects the steering angle θ of the steering wheel 107. Further, a vehicle speed sensor 113 for detecting the vehicle speed V based on the rotation of the steered wheel 101 is provided in the vicinity of the steered wheel 101.

そして、操舵制御装置(以下、ECUという)114が、回転角度検出装置111及び車速センサ113の検出信号の車速Vに基づいた運転状況に応じてモータ109を駆動し、これにより運転者によるステアリングホイール107の操作をモータ109で補助して転舵輪101,101を転舵することができる。   Then, a steering control device (hereinafter referred to as ECU) 114 drives the motor 109 according to the driving situation based on the vehicle speed V of the detection signals of the rotation angle detection device 111 and the vehicle speed sensor 113, and thereby the steering wheel by the driver. The steered wheels 101 and 101 can be steered by assisting the operation 107 with the motor 109.

次に、図2(a)は本発明の実施形態に係る回転角度検出装置の平面図、図2(b)は図2(a)のB−B断面図、図3は図2の矢印A方向から見た側面図である。   Next, FIG. 2 (a) is a plan view of the rotation angle detection device according to the embodiment of the present invention, FIG. 2 (b) is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2 (a), and FIG. It is the side view seen from the direction.

図2(a),(b)に示すように、メインギヤ1は外周に平歯車が形成された絶縁樹脂製の回転体で、中央部に挿通されるステアリングシャフト106に圧入されたトルクセンサ112の磁気ヨーク115の外周に嵌合される。そして、ステアリングシャフト106の回転角度を検出する検出ギヤ2の検出体がある。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the main gear 1 is a rotating body made of an insulating resin having a spur gear formed on the outer periphery, and a torque sensor 112 press-fitted into a steering shaft 106 inserted through the central portion. The magnetic yoke 115 is fitted on the outer periphery. There is a detection body of the detection gear 2 that detects the rotation angle of the steering shaft 106.

また、検出ギヤ2は絶縁樹脂製のケースに回転可能に支持された絶縁樹脂製の検出体で、この外周の平歯車がメインギヤ1の平歯車に噛合するとともに、この検出ギヤ2の中央には、被検出部材である磁石15がインサート成形等により装着されている。   The detection gear 2 is an insulating resin detector that is rotatably supported by an insulating resin case. The spur gear on the outer periphery meshes with the spur gear of the main gear 1. A magnet 15 as a member to be detected is mounted by insert molding or the like.

そして、検出ギヤ2の上部空間にほぼ平行に配置された回路基板12に検出ギヤ2の磁石15との対向面には検出部材であるホールIC(磁界検出素子)等の磁気式角度センサ16が装着されている。   A magnetic angle sensor 16 such as a Hall IC (magnetic field detection element) serving as a detection member is provided on a surface of the circuit board 12 disposed substantially parallel to the upper space of the detection gear 2 and facing the magnet 15 of the detection gear 2. It is installed.

このように形成された、磁石15とこれに対向した磁気式角度センサ16は、磁石15が装着された検出ギヤ2と、磁気式角度センサ16が装着された上記回路基板12とともに回転角度検出装置111の図示しないケースに配置される。   The magnet 15 and the magnetic angle sensor 16 opposed to the magnet 15 formed as described above, together with the detection gear 2 to which the magnet 15 is attached and the circuit board 12 to which the magnetic angle sensor 16 is attached, are used to detect the rotation angle. 111 is arranged in a case (not shown).

以上の構成において、ステアリングホイール107を操舵すると、ステアリングシャフト106の回転に連動してメインギヤ1が回転し、このメインギヤ1の外周の平歯車に検出ギヤ2の平歯車が噛合して連動して回転する。   In the above configuration, when the steering wheel 107 is steered, the main gear 1 rotates in conjunction with the rotation of the steering shaft 106, and the spur gear of the detection gear 2 meshes with the spur gear on the outer periphery of the main gear 1 to rotate in conjunction with it. To do.

そして、検出ギヤ2の中央に装着された磁石15も回転し、この磁石15の磁界方向の変化を磁気式角度センサ16が検出して、検出信号としてPWM信号がマイコン(以下、CPUという)等の電子部品で形成される制御回路(回転角度演算手段および回転角度補正手段)13へ出力され、メインギヤ1の回転角度信号に変換される。   The magnet 15 mounted at the center of the detection gear 2 also rotates, the magnetic angle sensor 16 detects a change in the magnetic field direction of the magnet 15, and a PWM signal is detected as a detection signal by a microcomputer (hereinafter referred to as CPU). Is output to a control circuit (rotation angle calculation means and rotation angle correction means) 13 formed by the electronic components, and is converted into a rotation angle signal of the main gear 1.

図3において、ステアリングシャフト106は、入力軸5、出力軸6および入力軸5と出力軸6の間に設けられたトーションバー7から構成される。メインギヤ1はトルクセンサ112の磁気ヨーク115に嵌合して連結された多回転可能な歯車を持つ回転体である。トーションバー7は入力軸5と出力軸6の間の同心軸上に配置されている。検出ギヤ2はメインギヤ1の歯車に係合するように設けられた回転体であり、その中央部には検出回路14(図2(a)参照)が配置されている。検出ギヤ2の上部空間に設けられた回路基板12上に制御回路13(図2(b)参照)が配置されている。   In FIG. 3, the steering shaft 106 includes an input shaft 5, an output shaft 6, and a torsion bar 7 provided between the input shaft 5 and the output shaft 6. The main gear 1 is a rotating body having a multi-rotatable gear fitted and connected to the magnetic yoke 115 of the torque sensor 112. The torsion bar 7 is disposed on a concentric axis between the input shaft 5 and the output shaft 6. The detection gear 2 is a rotating body provided so as to be engaged with the gear of the main gear 1, and a detection circuit 14 (see FIG. 2A) is disposed at the center thereof. A control circuit 13 (see FIG. 2B) is disposed on a circuit board 12 provided in the upper space of the detection gear 2.

メインギヤ1の歯車と検出ギヤ2の歯車は連結されており、検出ギヤ2はメインギヤ1が回転するとそれぞれの歯車の歯数の比による速度で回転する。   The gear of the main gear 1 and the gear of the detection gear 2 are connected, and when the main gear 1 rotates, the detection gear 2 rotates at a speed according to the ratio of the number of teeth of each gear.

次に、本発明のメインギヤ1の回転角度検出方法の実施形態について、図に基づいて具体的に説明する。
まず、本実施形態の制御回路13によるバックラッシ補正値取得とバックラッシ補正演算の処理手順について説明する。
本実施形態おいて、制御回路13は、図4のフローチャートに示すステップ401〜ステップ412および図5のフローチャートに示すステップ501〜ステップ506の各処理を実行する。
Next, an embodiment of a method for detecting the rotation angle of the main gear 1 of the present invention will be specifically described based on the drawings.
First, the processing procedure of backlash correction value acquisition and backlash correction calculation by the control circuit 13 of the present embodiment will be described.
In the present embodiment, the control circuit 13 executes each process of Step 401 to Step 412 shown in the flowchart of FIG. 4 and Step 501 to Step 506 shown in the flowchart of FIG.

図4に示すように、制御回路13内のCPU(図示せず)はトルクセンサ112により検出された操舵トルクτ、すなわち検出トルクのトルク値を取得する。さらに、検出ギヤ2の回転角度を検出する磁気式角度センサ16からの出力信号に基づいて、メインギヤ1の回転角度(検出舵角)を演算する(ステップS401)。   As shown in FIG. 4, the CPU (not shown) in the control circuit 13 acquires the steering torque τ detected by the torque sensor 112, that is, the torque value of the detected torque. Further, the rotation angle (detected steering angle) of the main gear 1 is calculated based on the output signal from the magnetic angle sensor 16 that detects the rotation angle of the detection gear 2 (step S401).

続いて、CPUは検出トルクから検出トルク微分値を、検出舵角から操舵角速度をそれぞれ微分演算により算出する(ステップS402)。   Subsequently, the CPU calculates a detected torque differential value from the detected torque, and calculates a steering angular velocity from the detected steering angle by differential calculation (step S402).

次に、検出トルク微分値が所定値以上か否か(ステップS403)、また操舵角速度が所定値以上か否か(ステップS404)を判定する。検出トルク微分値が所定値以上(ステップS403:YES)、かつ操舵角速度が所定値以上(ステップS404:YES)の場合、ガタ、すなわちバックラッシがない状態でステアリングホイール107を操舵している(以下、ハンドル操舵という)と判断し、バックラッシ補正値の取得およびバックラッシ補正処理を実行する。検出トルク微分値が所定値より小さい(ステップS403:NO)か、または操舵角速度が所定値より小さい(ステップS404:NO)の場合、処理を終了しフローを抜ける。   Next, it is determined whether or not the detected torque differential value is greater than or equal to a predetermined value (step S403), and whether or not the steering angular velocity is greater than or equal to a predetermined value (step S404). When the detected torque differential value is equal to or greater than a predetermined value (step S403: YES) and the steering angular velocity is equal to or greater than a predetermined value (step S404: YES), the steering wheel 107 is steered without backlash, that is, backlash (hereinafter referred to as “backlash”). This is referred to as steering wheel steering), and the backlash correction value acquisition and backlash correction processing are executed. If the detected torque differential value is smaller than the predetermined value (step S403: NO) or the steering angular velocity is smaller than the predetermined value (step S404: NO), the process is terminated and the flow is exited.

まず、CPUは検出トルク微分値が正負いずれの値かによって右方向のハンドル操舵か左方向のハンドル操舵かを判定する(ステップS405)。右方向操舵の場合(例えばトルク微分値が負、ステップS405:YES)、検出トルクが所定値以上になった時の検出トルクとトーションバー7のばね定数からトーションバー7の捩れ角を演算する。この捩れ角と検出舵角との差分が片側の、すなわち、右方向操舵時のバックラッシとなる(ステップS406、後述図6B参照)。続いて、右方向操舵時のバックラッシ取得完了フラグをセットし(ステップS407)、ステップS410へ移行する。   First, the CPU determines whether the steering wheel is in the right direction or the steering direction in the left direction depending on whether the detected torque differential value is positive or negative (step S405). In the case of rightward steering (for example, the torque differential value is negative, step S405: YES), the torsion angle of the torsion bar 7 is calculated from the detected torque when the detected torque exceeds a predetermined value and the spring constant of the torsion bar 7. The difference between the twist angle and the detected rudder angle is one side, that is, backlash during rightward steering (step S406, see FIG. 6B described later). Subsequently, a backlash acquisition completion flag for rightward steering is set (step S407), and the process proceeds to step S410.

また、左方向操舵の場合(例えばトルク微分値が正、ステップS405:NO)、検出トルクが所定値以上になった時の検出トルクとトーションバー7のばね定数からトーションバー7の捩れ角を演算する。この捩れ角と検出舵角との差分が片側の、すなわち、左方向操舵時のバックラッシとなる(ステップS408、後述図6A参照)。続いて、左方向操舵時のバックラッシ取得完了フラグをセットし(ステップS409)、ステップS410へ移行する。   Further, in the case of leftward steering (for example, the torque differential value is positive, step S405: NO), the torsion angle of the torsion bar 7 is calculated from the detected torque when the detected torque exceeds a predetermined value and the spring constant of the torsion bar 7. To do. The difference between the twist angle and the detected rudder angle is one side, that is, backlash at the time of leftward steering (step S408, see FIG. 6A described later). Subsequently, a backlash acquisition completion flag during leftward steering is set (step S409), and the process proceeds to step S410.

ここで、CPUは左右両方向操舵時のバックラッシ取得が完了したか否かを判定し(ステップS410)、左右両方向操舵時のバックラッシ取得が完了した場合(ステップS410:YES)、トータルのバックラッシ補正値を演算する(ステップS411)。
バックラッシ補正値=±((左方向操舵時バックラッシ−右方向操舵時バックラッシ)/2)
また、左右両方向操舵時のバックラッシ取得が完了していない場合は、処理を終了しフローを抜ける。
Here, the CPU determines whether or not the backlash acquisition at the time of left and right steering is completed (step S410). When the backlash acquisition at the time of left and right steering is completed (step S410: YES), the CPU calculates the total backlash correction value. Calculation is performed (step S411).
Backlash correction value = ± ((backlash during left steering-backlash during right steering) / 2)
Also, if the backlash acquisition at the time of left and right steering is not completed, the process is terminated and the flow is exited.

続いて、CPUはバックラッシ補正値取得完了フラグをセットし、演算処理を終了する(ステップS412)。   Subsequently, the CPU sets a backlash correction value acquisition completion flag, and ends the arithmetic processing (step S412).

次に、バックラッシ補正の演算処理について説明する。
図5に示すように、制御回路13内のCPUはステアリングシャフト107の操舵角、すなわちメインギヤ1の回転角度(検出舵角)を取得し(ステップS501)、続いて操舵角速度を演算する(ステップS502)。
Next, the backlash correction calculation process will be described.
As shown in FIG. 5, the CPU in the control circuit 13 acquires the steering angle of the steering shaft 107, that is, the rotation angle (detected steering angle) of the main gear 1 (step S501), and then calculates the steering angular velocity (step S502). ).

次に、CPUはハンドル操舵中か否かを判定し(ステップS503)、操舵停止状態の場合(ステップS503:NO)、バックラッシ補正値を0に設定し、処理を終了しフローを抜ける。ハンドル操舵中の場合(ステップS503:YES)、CPUは検出トルク微分値が正負いずれの値かによって右方向のハンドル操舵か左方向のハンドル操舵かを判定する(ステップS504)。右方向操舵の場合(例えばトルク微分値が負値、ステップS504:YES)、操舵角速度の正負値に合わせて、検出舵角に上記バックラッシ補正値取得処理(図4参照)で取得したバックラッシ補正値を加減算して右方向操舵時のバックラッシ補正を実行する(ステップS505、操舵角速度の符号が正の場合は加算、負の場合は減算)。   Next, the CPU determines whether or not the steering wheel is being steered (step S503). If the steering is in a stopped state (step S503: NO), the backlash correction value is set to 0, the process is terminated, and the flow is exited. If the steering wheel is being steered (step S503: YES), the CPU determines whether the steering torque is in the right direction or the steering direction in the left direction depending on whether the detected torque differential value is positive or negative (step S504). In the case of rightward steering (for example, the torque differential value is a negative value, step S504: YES), the backlash correction value acquired by the backlash correction value acquisition process (see FIG. 4) for the detected steering angle according to the positive / negative value of the steering angular velocity. Is added and subtracted to perform backlash correction during rightward steering (step S505, addition if the sign of the steering angular velocity is positive, subtraction if negative).

また、左方向操舵の判定の場合(例えばトルク微分値が正値、ステップS504:NO)、同様に操舵角速度の正負値に合わせて、検出舵角にバックラッシ補正値(図4参照)を加減算して左方向操舵時のバックラッシ補正を実行する(ステップS506、操舵角速度の符号が正の場合は加算、負の場合は減算)。   Further, in the case of determination of leftward steering (for example, the torque differential value is a positive value, step S504: NO), similarly, the backlash correction value (see FIG. 4) is added to or subtracted from the detected steering angle in accordance with the positive / negative value of the steering angular velocity. Then, backlash correction at the time of leftward steering is executed (step S506, addition is performed when the sign of the steering angular velocity is positive, and subtraction is performed when it is negative).

以上のハンドル操舵状態におけるバックラッシ補正値取得およびバックラッシ補正の演算処理の実施例を図6に示す。
図6はメインギヤ1の検出トルク、検出角度およびCPUの演算により求められたトルク微分値、操舵角速度を示す図であり、図6の横軸は時間を示しており、縦軸はそれぞれトルク、角度、トルク微分値、および角速度を示している。検出トルクはトルクセンサ112により検出される操舵トルクを表わし、トーションバー7のばね定数を使用してトーションバー7の捩れ角との差分からバックラッシ補正値が演算される。検出舵角はバックラッシによる誤差を含む操舵角を表わし、この検出角度から操舵時にメインギヤ1と検出ギヤ2間のバックラッシの有無を判断する操舵角速度が演算される。また、検出トルクから演算された検出トルク微分値によりステアリングホイール107の操舵状態および操舵方向が検出される。補正後舵角は実際にバックラッシ補正を実行し、検出舵角にバックラッシ補正値を加減算した後の舵角を表わしている。ここで、ハンドル操舵停止時(検出角速度=0)の舵角は、図示しないバックラッシのない理想的なハンドル舵角に対しバックラッシ補正値分だけ小さい値となっている。なお、左方向操舵のとき、操舵角速度およびトルク微分値が正の値に、右方向操舵のとき、操舵角速度およびトルク微分値が負の値となるよう設定されている。
FIG. 6 shows an embodiment of the backlash correction value acquisition and backlash correction calculation processing in the steering wheel state described above.
FIG. 6 is a diagram showing the detected torque and detected angle of the main gear 1, the torque differential value and the steering angular velocity obtained by the calculation of the CPU, the horizontal axis of FIG. 6 shows time, and the vertical axis shows the torque and angle respectively. , Torque differential value, and angular velocity. The detected torque represents the steering torque detected by the torque sensor 112, and the backlash correction value is calculated from the difference from the torsion angle of the torsion bar 7 using the spring constant of the torsion bar 7. The detected steering angle represents a steering angle including an error due to backlash, and a steering angular velocity for determining whether or not there is backlash between the main gear 1 and the detection gear 2 at the time of steering is calculated from the detected angle. Further, the steering state and steering direction of the steering wheel 107 are detected from the detected torque differential value calculated from the detected torque. The post-correction steering angle represents the steering angle after the backlash correction is actually executed and the backlash correction value is added to or subtracted from the detected steering angle. Here, the steering angle when the steering of the steering wheel is stopped (detected angular velocity = 0) is a value smaller than the ideal steering steering angle without backlash (not shown) by the backlash correction value. Note that the steering angular velocity and torque differential value are set to positive values during leftward steering, and the steering angular velocity and torque differential value are set to negative values during rightward steering.

本実施例では、具体的には検出トルク微分値が50[Nm/s]以上、かつ操舵角速度が50[deg/s]以上のとき、検出トルクが5[Nm]を超えた時の検出舵角を記憶する(図6A)。図6において検出トルクが5[Nm]を超えた直後の検出トルク値は5.103[Nm]、検出舵角は1.7[deg]となっている。これらの数値とトーションバー7のばね定数を使用してバックラッシを演算する。(トーションバー7のばね定数:1.89[Nm/deg])
左方向操舵時のバックラッシ=5.103[Nm]/1.89[Nm/deg]−1.7[deg]=1[deg]
In this embodiment, specifically, when the detected torque differential value is 50 [Nm / s] or more and the steering angular velocity is 50 [deg / s] or more, the detected rudder when the detected torque exceeds 5 [Nm]. The corner is stored (FIG. 6A). In FIG. 6, the detected torque value immediately after the detected torque exceeds 5 [Nm] is 5.103 [Nm], and the detected steering angle is 1.7 [deg]. The backlash is calculated using these values and the spring constant of the torsion bar 7. (Spring constant of torsion bar 7: 1.89 [Nm / deg])
Backlash during left steering = 5.103 [Nm] /1.89 [Nm / deg] −1.7 [deg] = 1 [deg]

続いて、ステアリングホイール107を右方向に操舵している時のバックラッシを同様に演算する(図6B)。
右方向操舵時のバックラッシ=−1[deg]
この結果、バックラッシは、2[deg]となり(=1[deg]−(−1[deg]))、バックラッシ補正値として、±1[deg](=±2[deg]/2)が演算される。
実際の補正は、操舵角速度の符号に合わせて、検出舵角に上記バックラッシ補正値1[deg]を加減算し実行される。
Subsequently, the backlash when the steering wheel 107 is steered in the right direction is similarly calculated (FIG. 6B).
Backlash when steering rightward = -1 [deg]
As a result, the backlash becomes 2 [deg] (= 1 [deg] − (− 1 [deg])), and ± 1 [deg] (= ± 2 [deg] / 2) is calculated as the backlash correction value. The
The actual correction is executed by adding or subtracting the backlash correction value 1 [deg] to the detected steering angle in accordance with the sign of the steering angular velocity.

次に、上記のように構成された本実施形態の電動パワーステアリング装置100に適用されるトルクセンサ112および回転角度検出装置111の作用および効果について説明する。
上述のように、トルクセンサ112により検出される検出トルクとトーションバー7のばね定数から求めたトーションバー7の捩れ角と、検出ギヤ2から検出した検出舵角との差分からバックラッシ補正値を求め、検出舵角とこのバックラッシ補正値を加減算することによりメインギヤ1と検出ギヤ2間のバックラッシによる回転角度の検出誤差の補正を実行する。本発明の実施形態によれば、トルクセンサ112および回転角度検出装置111を使用し、車両が走行中であってもハンドル操舵中であればバックラッシ補正値の取得ができる。また、ギヤの磨耗や温度特性の変化が発生してもリアルタイムでのバックラッシ補正が実現できるため、補正後のステアリングシャフト106の回転角度の出力が常時一定となり高精度な回転角度を得ることができる。そして、本実施形態のように、特に車両のステアリングホイール107により操舵方向を繰り返し切り替えるような操舵をする場合、ステアリングホイール107の高精度な回転角度検出が可能となる。
Next, operations and effects of the torque sensor 112 and the rotation angle detection device 111 applied to the electric power steering device 100 of the present embodiment configured as described above will be described.
As described above, the backlash correction value is obtained from the difference between the detected torque detected by the torque sensor 112 and the torsion angle of the torsion bar 7 determined from the spring constant of the torsion bar 7 and the detected steering angle detected from the detection gear 2. The detection error of the rotation angle due to the backlash between the main gear 1 and the detection gear 2 is corrected by adding / subtracting the detected rudder angle and the backlash correction value. According to the embodiment of the present invention, the torque sensor 112 and the rotation angle detection device 111 are used, and the backlash correction value can be acquired even if the vehicle is running and the steering wheel is being steered. Further, even if gear wear or temperature characteristics change, real-time backlash correction can be realized, so that the output of the corrected rotation angle of the steering shaft 106 is always constant and a high-precision rotation angle can be obtained. . As in this embodiment, particularly when steering is performed such that the steering direction is repeatedly switched by the steering wheel 107 of the vehicle, the rotation angle of the steering wheel 107 can be detected with high accuracy.

さらに、本発明の回転角度検出装置は、簡単な構成で回転角度検出を行うことができるとともに、搭載スペース及びコストの低減ができるため、車両のパワーステアリング等で使用される回転角度検出への適用に有用である。   Furthermore, since the rotation angle detection device of the present invention can detect the rotation angle with a simple configuration and can reduce the mounting space and cost, it can be applied to rotation angle detection used in vehicle power steering and the like. Useful for.

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・本発明の実施形態では、回転角度演算手段および回転角度補正手段を回転角度検出装置内に設けたが、外部の例えば電動パワーステアリング装置のECUに設けてもよい。
また、本実施形態によれば、回転角度検出装置をトルクセンサに搭載(アドオン)したが、回転角度検出装置とトルクセンサを一体形構造とし、小型化することも可能である。
・本発明の実施形態では、1つのメインギヤに対し1つの検出ギヤで構成したが、メインギヤに噛合する2つ以上の検出ギヤで構成されてもよい。
さらに、メインギヤに第1の検出ギヤを噛合させるとともに、この第1の検出ギヤに第2の検出ギヤを噛合させる構成としても本発明の実施は可能である。
・本発明は、電動パワーステアリング装置に用いた例を説明したが、上述した実施形態に限定されるものではなく、同一軸上にトルクセンサと回転角度検出装置を配置する構成において種々適用が可能である
また、本発明は、上述したコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置だけでなく、ピニオンアシスト型やラックアシスト型の電動パワーステアリング装置に適用することもできる。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
In the embodiment of the present invention, the rotation angle calculation unit and the rotation angle correction unit are provided in the rotation angle detection device.
Further, according to the present embodiment, the rotation angle detection device is mounted on the torque sensor (add-on). However, the rotation angle detection device and the torque sensor can be integrated into a single structure, and the size can be reduced.
-In embodiment of this invention, although comprised with one detection gear with respect to one main gear, you may be comprised with two or more detection gears meshing with a main gear.
Furthermore, the present invention can also be implemented as a configuration in which the first detection gear is engaged with the main gear and the second detection gear is engaged with the first detection gear.
-Although this invention demonstrated the example used for the electric power steering apparatus, it is not limited to embodiment mentioned above, Various application is possible in the structure which arrange | positions a torque sensor and a rotation angle detection apparatus on the same axis | shaft. Further, the present invention can be applied not only to the above-described column assist type electric power steering apparatus but also to a pinion assist type or rack assist type electric power steering apparatus.

1:メインギヤ、2:検出ギヤ、5:入力軸、6:出力軸、7:トーションバー、
12:回路基板、13:制御回路(回転角度演算手段および回転角度補正手段)、
14:検出回路(回転検出手段)、15:磁石、16:磁気式角度センサ、
100:電動パワーステアリング装置、105:インタミシャフト、
106:ステアリングシャフト、107:ステアリングホイール(ハンドル)、
108:減速機構、109:モータ、110:車両、111:回転角度検出装置、
112:トルクセンサ(操舵トルク検出手段)、113:車速センサ、
114:操舵制御装置(ECU)、115:トルクセンサ磁気ヨーク、
θ:操舵角、τ:操舵トルク、V:車速
1: main gear, 2: detection gear, 5: input shaft, 6: output shaft, 7: torsion bar,
12: Circuit board, 13: Control circuit (rotation angle calculation means and rotation angle correction means),
14: detection circuit (rotation detection means), 15: magnet, 16: magnetic angle sensor,
100: Electric power steering device, 105: Intermediate shaft,
106: Steering shaft, 107: Steering wheel (handle),
108: deceleration mechanism, 109: motor, 110: vehicle, 111: rotation angle detection device,
112: Torque sensor (steering torque detection means), 113: Vehicle speed sensor,
114: Steering control device (ECU), 115: Torque sensor magnetic yoke,
θ: Steering angle, τ: Steering torque, V: Vehicle speed

Claims (2)

トーションバーの両端に連結された回転体の入力軸と出力軸の間に作用する回転トルクを検出するトルク検出手段と、
前記回転体に連動して回転するメインギヤと、
前記メインギヤに連動して回転する検出ギヤと、
前記検出ギヤの回転を検出信号として検出する回転検出手段と、を備えた回転角度検出装置において、
前記回転検出手段から出力される検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を演算するともに、
前記回転体の回転角速度が所定値以上である場合に、前記トルク検出手段により検出される回転トルクに基づいて演算される前記トーションバーの捩れ角と、前記回転体の回転角度との差分から、前記メインギヤと前記検出ギヤ間のバックラッシによる誤差を補正するためのバックラッシ補正値を演算する回転角度演算手段と、
前記バックラッシ補正値に基づいて前記回転体の回転角度を補正する回転角度補正手段と、を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
Torque detecting means for detecting rotational torque acting between the input shaft and the output shaft of the rotating body connected to both ends of the torsion bar;
A main gear that rotates in conjunction with the rotating body;
A detection gear that rotates in conjunction with the main gear;
In a rotation angle detection device comprising rotation detection means for detecting rotation of the detection gear as a detection signal,
While calculating the rotation angle of the rotating body based on the detection signal output from the rotation detection means,
From the difference between the torsion angle of the torsion bar calculated based on the rotational torque detected by the torque detection means and the rotational angle of the rotating body when the rotational angular velocity of the rotating body is a predetermined value or more, A rotation angle calculating means for calculating a backlash correction value for correcting an error caused by backlash between the main gear and the detection gear;
And a rotation angle correction unit that corrects the rotation angle of the rotating body based on the backlash correction value.
請求項1に記載の回転角度検出装置を備えてなる電動パワーステアリング装置。   An electric power steering device comprising the rotation angle detection device according to claim 1.
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