JP2012214101A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、ステアリングホイールに連結される第1の回転軸と、第1の回転軸とトーションバーを介して連結される第2の回転軸と、第1の回転軸と第2の回転軸との相対回転角度を検出する磁気センサと、ステアリングホイールに操舵トルクが付与されていないときの磁気センサの出力値である基準値を記憶する記憶部とを有し、記憶部に記憶された基準値と磁気センサの出力値とに基づいて操舵トルクを検出するトルク検出装置と、外部装置と通信を行うために外部装置のコネクタと接続される接続コネクタ16を有するとともに、トルク検出装置が検出した操舵トルクに基づいて電動モータの駆動を制御する制御ユニット10と、を備え、トルク検出装置の記憶部に基準値を記憶させる処理を、制御ユニット10の接続コネクタ16を介して行うことを可能にする。
【選択図】図2
Description
例えば、特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置は、ステアリングに捩れがない中立状態でのトルクセンサの出力値をトルク基準値として不揮発性メモリに記憶させる。そして、ECUは、装置の駆動時に、トルクセンサの出力値を上記トルク基準値で補正した値に応じてモータへの供給電流を制御する。
本発明は、製造工数を低減することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
また、前記制御ユニットは、前記接続部を介して前記トルク検出装置の前記記憶部に前記基準値を記憶させる処理が行われているときに、当該トルク検出装置への信号を監視することで異常が発生しているか否かを診断するとよい。
また、前記制御ユニットの前記接続部を介して当該電動パワーステアリング装置の品質検査を行うことが可能であるとよい。
図1は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100の外観図である。図2は、電動パワーステアリング装置100の概略構成図である。図3は、電動パワーステアリング装置100の断面図である。なお、図2においては、後述するECU10のカバー15を省略して示している。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置(以下、「ステアリング装置」と称す。)100は、コラムアシスト式の装置であり、ステアリングホイール(図示せず)に連結されたステアリングシャフト101と、このステアリングシャフト101の回転半径方向の周囲を覆うステアリングコラム105と、を備えている。
また、ステアリング装置100は、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする力を付与する電動モータ160と、電動モータ160の作動を制御する電子制御ユニット(以下、「ECU」と称する場合もある。)10と、運転者の操舵トルクTを検出するトルク検出装置20と、を備えている。
ギヤボックス110は、第1の回転軸120を回転可能に支持する第1部材111と、第2の回転軸130を回転可能に支持するとともに第1部材111に例えばボルトなどにより結合される第2部材112と、を有している。第1部材111は、電動モータ160を取り付ける部位であるモータ取付部111aと、ECU10を取り付ける部位であるECU取付部111bと、を有している。
トルク検出装置20は、第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対回転角度を検出する相対角度検出部21と、相対角度検出部21が検出した相対回転角度に基づいて操舵トルクTを検出するトルク検出部50と、を有している。
図4は、図3におけるX部の拡大図である。図5は、実施の形態に係る相対角度検出部21の主要部品の概略構成図である。図6は、相対角度検出部21を、図3におけるY方向から見た図である。なお、図6においては、ブラケット60は省略している。
相対角度検出部21は、第1の回転軸120に取り付けられる磁石22と、磁石22が形成する磁界内に配置されたヨーク30と、ヨーク30に生じる磁束密度を検出する磁気センサ40と、ヨーク30を支持するブラケット60と、を有している。
第1のヨーク31は、磁石22の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第1の円環部31aと、この第1の円環部31aから第1の回転軸120の軸方向に伸びるように形成された複数の第1の突起部31bとを有している。
第2のヨーク32は、磁石22の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第2の円環部32aと、この第2の円環部32aから第1の回転軸120の軸方向に伸びるように形成された複数の第2の突起部32bとを有している。
図7は、第1の回転軸120と第2の回転軸130とが相対変位する前の状態を示す図である。図7(a)は、磁石22とヨーク30との関係を、図3におけるY方向に見た図である。図7(b)は、磁石22およびヨーク30を、(a)におけるZ方向に見た図である。
図8は、図6で見た場合に、磁石22(第1の回転軸120)がヨーク30(第2の回転軸130)に対して時計回転方向に回転した状態を示す図である。図9は、図6で見た場合に、磁石22がヨーク30に対して反時計回転方向に回転した状態を示す図である。それぞれの図において、(a)は磁石22とヨーク30との関係を、図3におけるY方向から見た図である。(b)は磁石22およびヨーク30を、(a)におけるZ方向に見た図である。
また、図10は、磁石22(第1の回転軸120)とヨーク30(第2の回転軸130)との相対角度と磁気センサ40が検出する磁束密度との関係を示す図である。
第1のヨーク31の第1の円環部31aから第2のヨーク32の第2の円環部32aへ向かう方向をプラスの方向とすると、中立状態から、図6で見た場合に、磁石22(第1の回転軸120)がヨーク30(第2の回転軸130)に対して時計回転方向に回転するにしたがって、磁気センサ40が検出する磁束密度Bがプラスの方向へ大きくなる。
トルク検出部50は、ステアリングホイールに操舵トルクTが付与されておらず、トーションバー140に捩れが生じていない中立状態のときの磁気センサ40の出力値である基準値を記憶する記憶部51(図12参照)と、この記憶部51に記憶された基準値と磁気センサ40の出力値とに基づいて操舵トルクTに応じた電気信号(本実施の形態においては電圧信号)であるトルク信号を出力する出力部52(図12参照)とを備えている。
基準値は、後述する手法で記憶部51に記憶される。
出力部52は、磁気センサ40から取得した値と記憶部51に記憶された基準値との差を演算するとともに、演算することにより得た値に応じた値であり、かつ相関関係がある2つの電圧信号である第1のトルク信号T1,第2のトルク信号T2を出力する。
図11においては、横軸に操舵トルクT、縦軸に第1のトルク信号T1の第1の電圧V1および第2のトルク信号T2の第2の電圧V2を示している。横軸は、操舵トルクTが零の状態、言い換えれば、トーションバー140の捩れ量が零の状態を中点にし、右方向の操舵トルクTをプラス、左方向の操舵トルクTをマイナスとしている。
そして、本実施の形態に係るトルク検出部50の出力部52は、図11に示すように、第1のトルク信号T1が示す第1の電圧V1および第2のトルク信号T2が示す第2の電圧V2が、最大電圧VHiと最小電圧VLoとの間で変化するように出力する。なお、最大電圧VHiは、トルク検出部50が第1のトルク信号T1,第2のトルク信号T2として出力可能な出力上限値よりわずかに低く、最小電圧VLoは、出力可能な出力下限値よりわずかに高く設定される。
さらに、操舵トルクTの変化に対する第1のトルク信号T1の変化の割合と第2のトルク信号T2の変化の割合(絶対値)は等しく、同じ操舵トルクTを示す第1のトルク信号T1の第1の電圧V1と第2のトルク信号T2の第2の電圧V2を合計した合計電圧が常に予め定められた所定電圧(2Vc)となる特性を有する。
したがって、操舵トルクTが零の中点では、第1のトルク信号T1の第1の電圧V1および第2のトルク信号T2の第2の電圧V2は共に2.5〔V〕となり、第1の電圧V1と第2の電圧V2との合計電圧Vtは常に5〔V〕となる。そして、操舵トルクTが右方向に増加すると、第1の電圧V1は2.5〔V〕から上昇し、第2の電圧V2は2.5〔V〕から低下する。他方、操舵トルクTが左方向に増加すると、第1の電圧V1は2.5〔V〕から低下し、第2の電圧V2は2.5〔V〕から上昇する。
図12は、ステアリング装置100のECU10の概略構成図である。
ECU10は、CPU、ROM、RAM、EEPROMなどを有する。
ECU10には、上述したトルク検出装置20からの出力信号、車速センサ(不図示)にて検出された車速Vが出力信号に変換された車速信号vなどが入力される。
そして、ECU10は、トルク検出装置20からの出力信号をトルク信号Tdに変換する変換部215と、変換部215から出力されたトルク信号Tdに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ160が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部220と、目標電流算出部220が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部230とを有している。
ECU10は、また、トルク検出装置20に基準値を記憶させる記憶処理およびステアリング装置100の品質検査を行う基準値記憶・品質検査部270を備えている。この基準値記憶・品質検査部270については後で詳述する。
目標電流算出部220は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部221と、電動モータ160の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部222と、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部223とを備えている。また、目標電流算出部220は、ベース電流算出部221、イナーシャ補償電流算出部222、ダンパー補償電流算出部223などからの出力に基づいて目標電流を決定する目標電流決定部225を備えている。さらに、目標電流算出部220は、トルク信号Tdの位相補償を行う位相補償部226を備えている。
なお、ECU10には、車速センサ、電動モータ160の回転角度を検出するセンサなどからの信号がアナログ信号として入力されるので、図示しないA/D変換部によりアナログ信号をデジタル信号に変換し、目標電流算出部220に取り込んでいる。
制御部230は、電動モータ160の作動を制御するモータ駆動制御部231と、電動モータ160を駆動させるモータ駆動部232と、電動モータ160に実際に流れる実電流Imを検出するモータ電流検出部233とを有している。
モータ駆動制御部231は、目標電流算出部220にて最終的に決定された目標電流と、モータ電流検出部233にて検出された電動モータ160へ供給される実電流Imとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック(F/B)制御部240と、電動モータ160をPWM駆動するためのPWM(パルス幅変調)信号を生成するPWM信号生成部260とを有している。
偏差演算部241は、目標電流算出部220からの出力値である目標電流信号ITとモータ電流検出部233からの出力値であるモータ電流信号Imsとの偏差の値を偏差信号241aとして出力する。モータ電流信号Imsは、モータ電流検出部233にて検出された実電流Imが出力信号に変換された信号である。
PWM信号生成部260は、フィードバック制御部240からの出力値に基づいてPWM信号260aを生成し、生成したPWM信号260aを出力する。
モータ電流検出部233は、モータ駆動部232に接続されたシャント抵抗の両端に生じる電圧から電動モータ160に流れる実電流Imの値を検出して、検出した実電流Imをモータ電流信号Imsに変換して出力する。
第1の基板12には、マイクロプロセッサ12bと、トルク検出装置20に印加する電圧を一定電圧(本実施の形態においては5〔V〕)にするレギュレータ12cと、が実装されている。レギュレータ12cは、その出力端子が挿入孔12aに挿入されたリード線50bの一つであるリード線53と電気的に接続されている。レギュレータ12cは、出力電圧をON/OFFする機能を内蔵している。
そして、本実施の形態に係る第1の基板12には、リード線53と接続コネクタ16とを電気的に直接接続するための信号線17aと、リード線54と接続コネクタ16とを電気的に直接接続するための信号線17bと、リード線55と接続コネクタ16とを電気的に直接接続するための信号線17cと、が形成されている。
ステアリング装置100を組み立てた後、ECU10の接続コネクタ16に所定の外部機器500を接続する。その後、第1の回転軸120および第2の回転軸130に力が作用していない状態、言い換えれば、トーションバー140に捩れが生じていない中立状態にし、この状態において、接続コネクタ16に接続した外部機器によりトルク検出装置20のトルク検出部50に規定電圧を印加するとともに基準値の認識信号を出力する。
外部機器500がトルク検出装置20のトルク検出部50に印加する規定電圧は、上記した第1の基板12に実装されたレギュレータ12cにより調整される一定電圧(例えば、5〔V〕)とは異なる電圧であり、例えば、9〔V〕であることを例示することができる。この規定電圧は、接続コネクタ16、信号線17aおよびリード線53を介してトルク検出部50に印加される。
認識信号は、接続コネクタ16、信号線17b,17cおよびリード線54,55を介してトルク検出部50に入力される。
トルク検出装置20のトルク検出部50は、規定電圧が印加されると、基準値を記憶するモードとなり、その後、認識信号を取得することで、その時の磁気センサ40の値を読み込み、この磁気センサ40の値を、基準値として記憶部51に記憶する。
ステアリング装置100の品質検査は、ステアリングシャフト101に所定のトルクを付与した場合に、電動モータ160の駆動トルクが、ステアリングシャフト101に付与された所定のトルクに応じたトルクになったか否かを診断する処理である。言い換えれば、ステアリングシャフト101に所定のトルクを付与した場合に、電動モータ160に供給される電流が所定の電流となったか、あるいは電動モータ160の回転速度が所定の速度になったか否かを診断する処理である。
図18は、ECU10の基準値記憶・品質検査部270が行う基準値記憶・品質検査処理の手順を示すフローチャートである。基準値記憶・品質検査部270は、ECU10の起動開始時にこの基準値記憶・品質検査処理を実行する。基準値記憶・品質検査部270は、ECU10のマイクロプロセッサ12bにて実現されるものとして、以下に基準値記憶・品質検査処理の内容について説明する。
比較構成として、本実施の形態に係るステアリング装置100に対して、ECU10の第1の基板12の信号線17が形成されていない点が異なるステアリング装置を考える。つまり、比較構成に係るステアリング装置においては、ECU10の第1の基板12の挿入孔12aに挿入されたリード線50bと接続コネクタ16とを電気的に直接接続する信号線17が形成されていない。
比較構成に係るステアリング装置においては、ECU10の第1の基板12に信号線17が形成されていないことから、接続コネクタ16に外部機器を接続することで、トルク検出装置20に基準値を記憶させる基準値記憶処理を行うことができない。それゆえ、基準値記憶処理およびステアリング装置としての品質検査を以下のように行う必要がある。
Claims (5)
- ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、
前記ステアリングホイールに連結される第1の回転軸と、
前記第1の回転軸とトーションバーを介して連結される第2の回転軸と、
前記第1の回転軸と前記第2の回転軸との相対回転角度を検出するセンサと、前記ステアリングホイールに操舵トルクが付与されていないときの前記センサの出力値である基準値を記憶する記憶部と、を有し、当該記憶部に記憶された当該基準値と当該センサの出力値とに基づいて操舵トルクを検出するトルク検出装置と、
外部装置と通信を行うために当該外部装置のコネクタと接続される接続部を有するとともに、前記トルク検出装置が検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータの駆動を制御する制御ユニットと、
を備え、
前記トルク検出装置の前記記憶部に前記基準値を記憶させる処理を、前記制御ユニットの前記接続部を介して行うことが可能であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記制御ユニットは、前記電動モータの駆動を制御する電子部品を有し、前記接続部を介して前記トルク検出装置の前記記憶部に前記基準値を記憶させる処理を行うときには、当該電子部品の動作を当該電動モータの駆動を制御するときの動作と異ならせることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記制御ユニットは、前記接続部を介して前記トルク検出装置の前記記憶部に前記基準値を記憶させる処理が行われているときに、当該トルク検出装置への信号を監視することで異常が発生しているか否かを診断することを特徴とする請求項1または2に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記制御ユニットの前記接続部を介して当該電動パワーステアリング装置の品質検査を行うことが可能であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、
前記ステアリングホイールに連結される第1の回転軸と、
前記第1の回転軸とトーションバーを介して連結される第2の回転軸と、
前記第1の回転軸と前記第2の回転軸との相対回転角度を検出するセンサと、前記ステアリングホイールに操舵トルクが付与されていないときの前記センサの出力値である基準値を記憶する記憶部と、を有し、当該記憶部に記憶された当該基準値と当該センサの出力値とに基づいて操舵トルクを検出するトルク検出装置と、
外部装置と通信を行うために当該外部装置のコネクタと接続される接続部を有するとともに、前記トルク検出装置が検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータの駆動を制御する制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記電動モータの駆動を制御する電子部品が実装された制御基板を有し、当該制御基板には、前記トルク検出装置のリード線が接続されるとともに、当該リード線と前記接続部とを電気的に直接接続する信号線が形成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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A02 | Decision of refusal |
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