JP2014144732A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪の切れ角を精度高く把握することができる技術を提供する。
【解決手段】車両のステアリングホイールの操作に対するアシスト力を付与する電動モータ１２０と、電動モータ１２０からの駆動力が伝達されるウォームホイール１３１と、ウォームホイール１３１が取り付けられたピニオンシャフト１０６と、ピニオンシャフト１０６の回転に連動して直線移動することによって車両の前輪を進行方向に対して左右方向に転動させるラック軸１０５と、ウォームホイール１３１およびラック軸１０５の少なくともいずれかの周囲を覆うハウジング１１０と、ウォームホイール１３１またはラック軸１０５と非接触的に対向するようにハウジング１１０に取り付けられ、ウォームホイール１３１の回転角度またはラック軸１０５の直線移動量を検出する近接センサ２１０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

近年、車両のステアリング系に電動モータを備え、電動モータの動力にてドライバの操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置が提案されている。そして、この電動パワーステアリング装置を制御する制御装置として、転動輪（前輪）の切れ角に応じて電動モータ（電動機）の駆動を制御することが提案されている。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以下のように構成されている。すなわち、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、ステアリング系に補助トルクを付加する電動機と、前後輪の滑り角差に基づいて車両挙動を判定して補正信号を出力する車両挙動判定手段、少なくとも操舵トルクセンサからの操舵トルク信号に基づいて目標トルク信号を設定する目標トルク設定手段、この目標トルク設定手段からの目標トルク信号を車両挙動判定手段からの補正量に基づいて補正する補正手段を備え、電動機の駆動を制御する制御手段と、からなる電動パワーステアリング装置において、制御手段は、路面摩擦に応じた摩擦補正係数を発生する摩擦補正係数発生手段と、車両挙動判定手段からの補正量に摩擦補正係数を乗算してトルク補正信号を出力する乗算手段と、を備え、目標トルク信号をトルク補正信号で補正し、摩擦補正係数発生手段は、ヨー角速度センサが検出するヨー角速度信号と切れ角センサが検出する切れ角信号とに基づいて摩擦応動係数を発生する摩擦応動係数発生手段と、車速信号に基づいて車速応動係数を発生する車速応動係数発生手段と、摩擦応動係数と車速応動係数を乗算して摩擦補正係数を出力する乗算手段と、を備える。

特開２０００−１０８９１９号公報

車輪（前輪）の切れ角を把握する手法として、電動モータの回転子（ロータ）の回転位置を検出するレゾルバからの出力信号や、電動モータの出力軸に取り付けられたウォームギヤとピニオンシャフトに取り付けられたウォームホイールとのギヤ比などに基づくことが考えられる。しかしながら、かかる手法においては、電動モータの駆動力を伝達する際に出力軸に生じる捩れに起因して、電動モータの回転子の回転角度とウォームギヤの回転角度との間に生じる角度差や、ウォームギヤとウォームホイールとの間のバックラッシュの影響などにより、電動モータの回転角度と車輪の切れ角との間にずれが生じるおそれがある。
本発明は、車輪の切れ角を精度高く把握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。

かかる目的のもと、本発明は、車両のステアリングホイールの操作に対するアシスト力を付与する電動モータと、前記電動モータからの駆動力が伝達されるウォームホイールと、前記ウォームホイールが取り付けられた回転軸と、前記回転軸の回転に連動して直線移動することによって前記車両の車輪を進行方向に対して左右方向に転動させる直動軸と、前記ウォームホイールおよび前記直動軸の少なくともいずれかの周囲を覆うハウジングと、前記ウォームホイールまたは前記直動軸と非接触的に対向するように前記ハウジングに取り付けられ、当該ウォームホイールの回転角度または前記直動軸の直線移動量を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

ここで、前記検出手段は、前記ウォームホイールに形成された歯と対向するように前記ハウジングに取り付けられて当該歯の存在および不存在を検出する近接センサであるとよい。
あるいは、前記ウォームホイールには、前記検出手段と対向する部位に、周方向の位置によって突出量が異なる凸部が設けられ、前記検出手段は、前記ウォームホイールの前記凸部と対向するように前記ハウジングに取り付けられて当該凸部との間の離間距離を検出する近接センサであるとよい。

あるいは、前記直動軸には、前記回転軸に形成された歯との間にラック・ピニオンを構成するラック歯が形成され、前記検出手段は、前記直動軸の前記ラック歯と対向するように前記ハウジングに取り付けられて当該ラック歯の存在および不存在を検出する近接センサであるとよい。
また、前記近接センサの外形を成す外側部材には雄ねじが形成されており、前記ハウジングには雌ねじが形成されており、前記近接センサを前記ハウジングに締め付けることで当該近接センサを当該ハウジングに取り付けるとよい。

本発明によれば、車輪の切れ角を精度高く把握することができる。

実施の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である。 図１のII-II部の断面図である。 図２におけるIII部の拡大図である。 相対角度検出部の主要部品の概略構成図である。 相対角度検出部を、図３におけるＶ方向から見た図である。 センサユニットをハウジングに装着する様子を示す斜視図である。 ウォームホイールを、軸方向の他方の端部側から見た図である。 第１の実施形態に係る近接センサからの出力信号と、ピニオンシャフトの回転角度との関係を示す図である。 （ａ）は、他の実施例に係る切れ角検出装置のウォームホイールの概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、他の実施例に係る切れ角検出装置の近接センサからの出力信号と、ピニオンシャフトの回転角度との関係を示す図である。 （ａ）は、図１のＸ方向に見た場合のラック軸と近接センサとの関係を示す図である。（ｂ）は、第２の実施形態に係る近接センサからの出力信号と、前輪の切れ角との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
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の概略構成を示す図である。図２は、図１のII-II部の断面図である。
電動パワーステアリング装置１００（以下、単に「ステアリング装置１００」と称する場合もある。）は、車両の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては車両の一例としての自動車に適用した構成を例示している。

ステアリング装置１００は、図１に示すように、自動車の進行方向を変えるために運転者が操作する車輪（ホイール）状のステアリングホイール（ハンドル）１０１と、ステアリングホイール１０１に一体的に設けられたステアリングシャフト１０２とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ステアリングシャフト１０２と自在継手１０３ａを介して連結された上部連結シャフト１０３と、この上部連結シャフト１０３と自在継手１０３ｂを介して連結された下部連結シャフト１０８とを備えている。下部連結シャフト１０８は、ステアリングホイール１０１の回転に連動して回転する。

また、ステアリング装置１００は、転動輪および車輪の一例としての左右の前輪２５０のそれぞれに連結されたタイロッド１０４と、タイロッド１０４に連結されるとともにラック歯１０５ａが形成されたラック軸１０５と、を備えている。また、ステアリング装置１００は、ラック軸１０５に形成されたラック歯１０５ａとともにラック・ピニオンを構成するピニオン１０６ａが形成されたピニオンシャフト１０６と、ピニオンシャフト１０６と下部連結シャフト１０８とを連結するトーションバー１０７（図２参照）と、を備えている。

また、ステアリング装置１００は、回転軸の一例としてのピニオンシャフト１０６、直動軸の一例としてのラック軸１０５などを収納するハウジング１１０と、ハウジング１１０に支持された電動モータ１２０と、電動モータ１２０の駆動力を減速してピニオンシャフト１０６に伝達する減速機構１３０とを有している。減速機構１３０は、図２に示すように、ピニオンシャフト１０６に連結されたウォームホイール１３１、電動モータ１２０の出力軸に連結されたウォームギヤ１３２などから構成される。なお、本実施の形態に係るウォームホイール１３１は、ピニオンシャフト１０６に取り付けられるハブ１０６ｂに一体成形された樹脂成形体であることを例示することができる。また、本実施の形態に係るウォームホイール１３１の外周部には、ｎ（ｎは自然数）個の歯１３１ａが形成されている。

また、ステアリング装置１００は、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対回転角度に基づいてステアリングホイール１０１の操舵トルクを検出するトルク検出装置１０と、進行方向に対する左右方向への前輪２５０の切れ角を検出する切れ角検出装置２００とを備えている。

また、ステアリング装置１００は、電動モータ１２０の作動を制御する制御装置１４０を備えている。制御装置１４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等からなる算術論理演算回路である。そして、制御装置１４０には、上述したトルク検出装置１０、切れ角検出装置２００などからの出力信号が入力される。また、制御装置１４０には、自動車に搭載される各種の機器を制御するための信号を流す通信を行うネットワーク（ＣＡＮ）を介して、自動車の移動速度である車速を検出する車速センサ１７０などからの出力信号が入力される。そして、制御装置１４０は、検出された操舵トルク、前輪２５０の切れ角、車速など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１２０が供給するように電動モータ１２０の駆動を制御する。

次に、図２を用いてハウジング１１０について説明する。
ハウジング１１０は、ラック軸１０５を収納する第１ハウジング１１１と、ウォームホイール１３１およびウォームギヤ１３２を収納する第２ハウジング１１２および第３ハウジング１１３と、から構成される。
第１ハウジング１１１は、ピニオンシャフト１０６を回転可能に支持する軸受け１１１ａを軸方向の一方の端部側（図２においては下側）に有し、軸方向の他方の端部側（図２においては上側）が開口した部材である。軸方向の他方の端部側の開口部には、シール部材１１４を間に挟んだ状態で、第２ハウジング１１２における軸方向の一方の端部が嵌め込まれる。そして、第１ハウジング１１１と第２ハウジング１１２とは、ボルトなどによって締め付けられる。

第１ハウジング１１１は、軸方向に直交する方向に形成された孔であるシリンダ部１１１ｂを有しており、このシリンダ部１１１ｂにはラック軸１０５を支持するラックガイド１５０が嵌め込まれている。ラックガイド１５０は、ラック軸１０５を挟んでピニオンシャフト１０６と相対するように設けられている。そして、ラックガイド１５０は、シリンダ部１１１ｂに埋込ねじ形式により固定されるキャップ１５１と、キャップ１５１とラック軸１０５との間に配置されてラック軸１０５をピニオンシャフト１０６の方へ押圧するばね１５２と、を介してピニオンシャフト１０６の方へ押圧される。キャップ１５１がシリンダ部１１１ｂに締め付けられることで、ばね１５２がラック軸１０５を押圧し、ラック軸１０５はピニオンシャフト１０６に形成されたピニオン１０６ａと良好な噛み合いを維持している。

第２ハウジング１１２は、ピニオンシャフト１０６を回転可能に支持する軸受け１１２ａを、軸方向の一方の端部側（図２においては下側）に有し、軸方向の他方の端部側（図２においては上側）が開口した部材である。軸受け１１２ａの内輪は、ピニオンシャフト１０６に取り付けられるハブ１０６ｂと、ピニオンシャフト１０６に形成された雄ねじにねじ込まれた固定ナット１０６ｃとに挟まれ、軸受け１１２ａの外輪は、第２ハウジング１１２とサークリップ１０６ｄとの間に挟まれるようにして第２ハウジング１１２に固定される。また、第２ハウジング１１２には電動モータ１２０が装着される。

第３ハウジング１１３は、下部連結シャフト１０８を回転可能に支持する軸受け１１３ａを、軸方向の他方の端部側（図２においては上側）に有し、軸方向の一方の端部側（図２においては下側）が開口した部材である。そして、軸方向の一方の端部側の開口部が第２ハウジング１１２における軸方向の他方の端部側の開口部と対向するように配置されるとともに、例えばボルトなどにより第２ハウジング１１２に固定される。
第３ハウジング１１３には、内外を連通する連通孔１１３ｂが軸方向に直交する方向に形成されている。連通孔１１３ｂは、後述するセンサユニット８０のセンサハウジング８１の集磁部材保持部８１ａ（図３参照）が挿入される内側連通孔１１３ｃ（図３参照）と、内側連通孔１１３ｃよりも大きく、センサハウジング８１の嵌合部８１ｂ（図３参照）が嵌合される外側連通孔１１３ｄ（図３参照）とを含んで構成されている。連通孔１１３ｂは、軸方向を短手方向、軸方向に直交する方向を長手方向とする長孔である。また、第３ハウジング１１３には、センサユニット８０を後述する２つの締付ボルト９０で取り付けるための雌ねじが形成された２つのねじ孔１１３ｅ（図６参照）が連通孔１１３ｂの長辺方向の両側に形成されており、連通孔１１３ｂおよびねじ孔１１３ｅの周囲には軸方向に平行な締付面１１３ｆ（図６参照）が形成されている。

次に、トルク検出装置１０について詳述する。
トルク検出装置１０は、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対回転角度を検出する相対角度検出部２０と、相対角度検出部２０が検出した相対回転角度に基づいて操舵トルクを検出するトルク検出部５０と、を有している。

先ずは、相対角度検出部２０について説明する。
図３は、図２におけるIII部の拡大図である。図４は、相対角度検出部２０の主要部品の概略構成図である。図５は、相対角度検出部２０を、図３におけるＶ方向から見た図である。なお、図５においては、後述する入力側ブラケット２２、出力側ブラケット３３は省略している。図６は、後述するセンサユニット８０をハウジング１１０に装着する様子を示す斜視図である。

相対角度検出部２０は、下部連結シャフト１０８に取り付けられる硬磁性体の磁石２１と、磁石２１が形成する磁界内に配置された軟磁性体のヨーク３０と、ヨーク３０から磁束を集める軟磁性体の集磁部材３５とを有している。また、相対角度検出部２０は、磁石２１、ヨーク３０および集磁部材３５にて形成される磁気回路中の磁束密度を検出する磁気センサ４０を有している。また、相対角度検出部２０は、磁石２１と下部連結シャフト１０８との間に介在する入力側ブラケット２２と、ヨーク３０とピニオンシャフト１０６との間に介在する出力側ブラケット３３とを有している。

磁石２１は、円筒状であり、図４に示すように、下部連結シャフト１０８の周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されるとともに周方向に着磁されている。この磁石２１は、入力側ブラケット２２を介して下部連結シャフト１０８に取り付けられている。つまり、磁石２１が入力側ブラケット２２に固定されており、入力側ブラケット２２が下部連結シャフト１０８に固定されている。そして、磁石２１は、下部連結シャフト１０８とともに回転する。磁石２１を入力側ブラケット２２に固定する手法としては、接着剤、圧入などを例示することができる。また、入力側ブラケット２２を下部連結シャフト１０８に固定する手法としては、圧入、溶接、カシメあるいはねじ止めなどを例示することができる。

ヨーク３０は、第１ヨーク３１と、第２ヨーク３２と、から構成される。
第１ヨーク３１は、磁石２１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円環部３１ａと、この第１円環部３１ａから下部連結シャフト１０８の軸方向に伸びるように形成された複数の第１突起部３１ｂとを有している。第１突起部３１ｂは、磁石２１の周方向には、この磁石２１の外周面に沿うように湾曲している。
第２ヨーク３２は、磁石２１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円環部３２ａと、この第２円環部３２ａから軸方向に伸びるように形成された複数の第２突起部３２ｂとを有している。第２突起部３２ｂは、磁石２１の周方向には、この磁石２１の外周面に沿うように湾曲している。

第１ヨーク３１の第１突起部３１ｂおよび第２ヨーク３２の第２突起部３２ｂは、磁石２１のＮ極およびＳ極と同数形成されている。つまり、磁石２１のＮ極およびＳ極がそれぞれ例えば１２個である場合には、第１突起部３１ｂも１２個形成されており、第２突起部３２ｂも１２個形成されている。そして、この第１突起部３１ｂおよび第２突起部３２ｂは、下部連結シャフト１０８の回転半径方向においては、図３，図５に示すように、磁石２１の外周面と対向するようにこの外周面よりもやや外側に配置されており、その第１突起部３１ｂおよび第２突起部３２ｂの磁石２１と対向する面は、軸方向に直交する方向に見ると長方形である。第１突起部３１ｂと第２突起部３２ｂとは、下部連結シャフト１０８の周方向に交互に配置されている。

そして、本実施の形態に係るトルク検出装置１０においては、トーションバー１０７に捩れが生じていない中立状態のときに、図５に示すように、下部連結シャフト１０８（図２参照）の周方向において、時計回転方向に見た場合に磁石２１のＮ極とＳ極との境界線と第１ヨーク３１の第１突起部３１ｂの周方向の中心が一致するように配置されている。

第２ヨーク３２の第２突起部３２ｂは、中立状態のときに、下部連結シャフト１０８の周方向において、図５に示すように、時計回転方向に見た場合に磁石２１のＳ極とＮ極との境界線と第２突起部３２ｂの周方向の中心が一致するように配置されている。そして、トーションバー１０７に操舵トルクが加わってトーションバー１０７に捩れが生じ、第１突起部３１ｂが磁石２１のＮ極あるいはＳ極と対向する場合に、第２突起部３２ｂは、第１突起部３１ｂが対向する磁極とは異なる極性の磁極に対向する。

出力側ブラケット３３は、ピニオンシャフト１０６の軸方向に伸びる円筒状の金属製の部材である。ヨーク３０は、この出力側ブラケット３３とともに射出成形される。つまり、ヨーク３０および出力側ブラケット３３は、金型内に挿入したヨーク３０および出力側ブラケット３３の周りに合成樹脂が注入されることで一体成形されている。これにより、第１ヨーク３１、第２ヨーク３２および出力側ブラケット３３は、一部品となった状態で、ピニオンシャフト１０６に固定されている。固定する手法としては、出力側ブラケット３３をピニオンシャフト１０６に圧入、カシメあるいはねじ止めすることにより、ピニオンシャフト１０６に固定することを例示することができる。

集磁部材３５は、第１集磁部材３６と、第２集磁部材３７と、から構成される。
第１集磁部材３６は、第１ヨーク３１の第１円環部３１ａの上端面の上方に配置されるとともに、円周方向の所定角度に渡ってこの第１円環部３１ａの上端面に沿うように形成された第１平板状部３６ａを有している。また、第１集磁部材３６は、第１平板状部３６ａにおける最外部から軸方向に下方に伸びるように形成された第１軸方向部３６ｂと、第１軸方向部３６ｂの最下端部から軸方向に直交する方向に外側に突出した第１突出部３６ｃとを有している。

第２集磁部材３７は、第２ヨーク３２の第２円環部３２ａの下端面の下方に配置されるとともに、円周方向の所定角度に渡ってこの第２円環部３２ａの下端面に沿うように形成された第２平板状部３７ａを有している。また、第２集磁部材３７は、第２平板状部３７ａにおける最外部から軸方向に上方に伸びるように形成された第２軸方向部３７ｂと、第２軸方向部３７ｂの最上端部から軸方向に直交する方向に外側に突出した第２突出部３７ｃとを有している。

磁気センサ４０は、後述するトルク検出部５０の検出用基板６０を介してハウジング１１０に装着されており、軸方向において、第１集磁部材３６の第１突出部３６ｃと第２集磁部材３７の第２突出部３７ｃとの間に配置されている。磁気センサ４０は、第１集磁部材３６と第２集磁部材３７との間の磁束密度を検出し、検出した磁束密度を電気信号（例えば電圧信号）に変換して出力するセンサであり、磁気抵抗素子、ホールＩＣ、ホール素子などを例示することができる。

次に、トルク検出部５０について説明する。
トルク検出部５０は、ステアリングホイール１０１に操舵トルクが付与されておらず、トーションバー１０７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と、磁気センサ４０の出力値とに基づいて操舵トルクに応じた電気信号を出力する。
トルク検出部５０は、図３に示した、算術論理演算回路が実装された検出用基板６０にて構成される。トルク検出部５０は、この検出用基板６０に接続されたターミナル６１を介して電気信号を出力する。また、検出用基板６０は、ターミナル６１を介して、電源電圧およびＧＮＤ電圧が供給される。検出用基板６０には複数のターミナル６１が接続されており、これら複数のターミナル６１を介して制御装置１４０と電気的に接続される。また、検出用基板６０には磁気センサ４０が接続されている。

以上のように構成されたトルク検出装置１０において、相対角度検出部２０の集磁部材３５および磁気センサ４０と、トルク検出部５０を構成する検出用基板６０とは一つの構造体であるセンサユニット８０として事前に組み付けられた状態で第３ハウジング１１３に装着される。
図６に示すように、センサユニット８０は、集磁部材３５（図４参照）を保持するセンサハウジング８１と、このセンサハウジング８１に装着される検出用基板６０と、この検出用基板６０に接続される磁気センサ４０およびターミナル６１とを含んで構成される。

センサハウジング８１は、金型内に挿入した集磁部材３５の周りに合成樹脂を注入する射出成形にて成形され、集磁部材３５と一体化されている。そして、センサハウジング８１は、集磁部材３５を保持する集磁部材保持部８１ａと、ハウジング１１０の第３ハウジング１１３に形成された外側連通孔１１３ｄに嵌合される嵌合部８１ｂと、を有している。嵌合部８１ｂは、その外周面が長孔である外側連通孔１１３ｄと同じ形状となるように楕円柱状に形成されており、集磁部材保持部８１ａは嵌合部８１ｂの柱方向に突出するように形成されている。

また、センサハウジング８１は、ハウジング１１０の第３ハウジング１１３に設けられた締付面１１３ｆと対向する対向部８１ｃを有している。対向部８１ｃには、後述する締付ボルト９０のねじ部および軸部を通すための２つのボルト孔８１ｄが形成されている。
また、センサハウジング８１には、制御装置１４０との接続に用いられるワイヤハーネスのコネクタが連結される連結部８１ｅを有している。連結部８１ｅは、対向部８１ｃに対して、嵌合部８１ｂと反対側に設けられ、センサユニット８０がハウジング１１０に装着された場合に、ハウジング１１０の外に突出するように形成されている。

そして、センサハウジング８１に、磁気センサ４０が接続された検出用基板６０が、例えばビス止め、熱かしめなどにより装着される。また、センサハウジング８１の連結部８１ｅの開口側から、複数のターミナル６１を保持するターミナル保持板８２（図３参照）が挿入され、複数のターミナル６１の先端が検出用基板６０に半田付けなどにより接続される。その際、ターミナル保持板８２は、例えばビス止め、圧入、熱かしめなどによりセンサハウジング８１に装着される。

以上のように構成されたセンサユニット８０をハウジング１１０に取り付けるにあたっては、２つの締付ボルト９０にてセンサユニット８０をハウジング１１０の第３ハウジング１１３に締め付ける。つまり、センサハウジング８１に形成されたボルト孔８１ｄにねじ部および軸部が通された締付ボルト９０が、第３ハウジング１１３のねじ孔１１３ｅにねじ込まれることで、センサユニット８０が第３ハウジング１１３に締め付けられる。

＜第１の実施形態＞
次に、第１の実施形態に係る切れ角検出装置２００について詳述する。
切れ角検出装置２００は、ウォームホイール１３１の回転角度を検出する検出手段の一例としての近接センサ２１０を備えている。近接センサ２１０は、軸方向には、図２に示すように、ウォームホイール１３１の外周部に形成された歯１３１ａにおける軸方向の他方の端部側（図２においては上側）の端面と所定の距離離間した位置でこの歯１３１ａと対向するように第３ハウジング１１３に取り付けられている。

図７は、ウォームホイール１３１を、軸方向の他方の端部側から見た図である。
図７に示すように、近接センサ２１０は、回転半径方向には、その中心位置がウォームホイール１３１の歯１３１ａの山と谷の間に位置するように第３ハウジング１１３に取り付けられている。なお、近接センサ２１０は、図３に示すように、センサハウジング（本体）２１１に形成された雄ねじ２１１ａが、第３ハウジング１１３に形成された雌ねじ１１３ｇに締め付けられることで第３ハウジング１１３に取り付けられる。

本実施形態に係る近接センサ２１０は、検出対象であるウォームホイール１３１の歯１３１ａの回転情報、言い換えれば、ウォームホイール１３１の歯１３１ａの存在情報を電気信号に置き換えて出力する、非接触式のセンサである。近接センサ２１０は、非接触でウォームホイール１３１との離間距離を測定し、離間距離に応じた大きさの電気信号を出力する。本実施形態に係る近接センサ２１０においては、離間距離が小さいほど大きな値の電気信号を出力する。電気信号に置き換えるための検出方式としては、検出対象の接近による電気的な容量の変化を捉える静電容量式、電磁誘導により検出対象に発生する渦電流を利用する渦電流式、超音波式、光学式であることを例示することができる。そして、近接センサ２１０は、電気信号を制御装置１４０へ出力する。

また、図７に示すように、ウォームホイール１３１における軸方向の他方の端部側（図２においては上側）の端面には、ｎ個の歯１３１ａの内の１つ歯１３１ａに、他の歯１３１ａの端面から突出した凸部１３１ｂが設けられている。つまり、凸部１３１ｂが設けられた歯１３１ａが近接センサ２１０と対向するときに、近接センサ２１０と歯１３１ａとの間の距離が最も小さくなる。そして、本実施形態に係る切れ角検出装置２００においては、切れ角が零であるときに凸部１３１ｂが設けられた歯１３１ａが近接センサ２１０と対向するように設定されている。

図８は、第１の実施形態に係る近接センサ２１０からの出力信号と、ピニオンシャフト１０６の回転角度との関係を示す図である。
以上のように構成された第１の実施形態に係る切れ角検出装置２００においては、近接センサ２１０と対向する位置にウォームホイール１３１の歯１３１ａが存在する場合に近接センサ２１０が電気信号を出力するように設定されている。また、近接センサ２１０は、歯１３１ａとの離間距離が小さいほど大きな値の電気信号を出力するため、凸部１３１ｂが設けられた歯１３１ａが近接センサ２１０と対向する場合には、凸部１３１ｂが設けられていない歯１３１ａが近接センサ２１０と対向する場合よりも大きな値の電気信号を出力する。また、上述したように、凸部１３１ｂが設けられた歯１３１ａが近接センサ２１０と対向するときに切れ角が零となるように設定されている。

そして、以上のように構成された切れ角検出装置２００およびトルク検出装置１０からの出力信号を取得する制御装置１４０は、切れ角検出装置２００およびトルク検出装置１０からの出力信号を基に前輪２５０の切れ角を把握する。
制御装置１４０は、トルク検出装置１０からの出力信号を基に、ステアリングホイール１０１が右方向に回転させられているのか、あるいは左方向に回転させられているのかを把握する。そして、制御装置１４０は、ステアリングホイール１０１が右方向に回転させられていることを把握している場合に、凸部１３１ｂが設けられていない歯１３１ａに応じた出力信号を切れ角検出装置２００から取得する毎に、ピニオンシャフト１０６（ウォームホイール１３１）が右方向に（３６０／ｎ）度回転したことを把握する。また、制御装置１４０は、ステアリングホイール１０１が右方向に回転させられていることを把握している場合に、切れ角検出装置２００から、凸部１３１ｂが設けられている歯１３１ａに応じた出力信号を取得後に再度凸部１３１ｂが設けられている歯１３１ａに応じた出力信号を取得したときに、ピニオンシャフト１０６（ウォームホイール１３１）が右方向に３６０度回転したことを把握する。他方、制御装置１４０は、ステアリングホイール１０１が左方向に回転させられていることを把握している場合に、凸部１３１ｂが設けられていない歯１３１ａに応じた出力信号を切れ角検出装置２００から取得する毎に、ピニオンシャフト１０６（ウォームホイール１３１）が左方向に（３６０／ｎ）度回転したことを把握する。また、制御装置１４０は、ステアリングホイール１０１が左方向に回転させられていることを把握している場合に、切れ角検出装置２００から、凸部１３１ｂが設けられている歯１３１ａに応じた出力信号を取得後に再度凸部１３１ｂが設けられている歯１３１ａに応じた出力信号を取得したときに、ピニオンシャフト１０６（ウォームホイール１３１）が左方向に３６０度回転したことを把握する。このようにして、制御装置１４０は、ピニオンシャフト１０６の回転角度、および前輪２５０の切れ角が零であるときのピニオンシャフト１０６の回転位置を中立位置とした場合に、中立位置から右方向（前輪２５０を右方向に回転させる方向）に回転しているのか、あるいは中立位置から左方向（前輪２５０を左方向に回転させる方向）に回転しているのかを把握する。

そして、制御装置１４０は、ピニオンシャフト１０６の回転角度に基づいてラック軸１０５の位置を把握する。ピニオンシャフト１０６とラック軸１０５とはラック・ピニオンを構成しているので、ピニオンシャフト１０６の回転量から一義的にラック軸１０５の変位量を把握することができる。それゆえ、制御装置１４０は、前輪２５０の切れ角が零であるときのラック軸１０５の位置を中立位置とした場合に、中立位置から、前輪２５０を右方向に回転させる方向にどれほど移動しているのか、あるいは前輪２５０を左方向に回転させる方向にどれほど移動しているのかを把握する。制御装置１４０は、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、ピニオンシャフト１０６の回転角度とラック軸１０５の位置との対応を示すマップに、ピニオンシャフト１０６の回転角度を代入することによりラック軸１０５の位置を把握することを例示することができる。あるいは、制御装置１４０は、予めＲＯＭに記憶しておいた、ラック軸１０５の位置を算出する算出式にピニオンシャフト１０６の回転角度を代入することによりラック軸１０５の位置を算出することを例示することができる。

そして、制御装置１４０は、ラック軸１０５の位置に基づいて前輪２５０の切れ角を把握する。前輪２５０は、ラック軸１０５の位置に応じて一義的に切れ角が定まるので、ラック軸１０５の位置から前輪２５０の切れ角を把握することができる。制御装置１４０は、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、ラック軸１０５の位置と前輪２５０の切れ角との対応を示すマップに、ラック軸１０５の位置を代入することにより前輪２５０の切れ角を把握することを例示することができる。あるいは、制御装置１４０は、予めＲＯＭに記憶しておいた、前輪２５０の切れ角を算出する算出式にラック軸１０５の位置を代入することにより前輪２５０の切れ角を算出することを例示することができる。

また、ピニオンシャフト１０６の回転角度と前輪２５０の切れ角との間には相関関係があるので、制御装置１４０は、ピニオンシャフト１０６の回転角度から直接的に前輪２５０の切れ角を把握してもよい。制御装置１４０は、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、ピニオンシャフト１０６の回転角度と前輪２５０の切れ角との対応を示すマップに、ピニオンシャフト１０６の回転角度を代入することにより前輪２５０の切れ角を把握してもよい。あるいは、制御装置１４０は、予めＲＯＭに記憶しておいた、前輪２５０の切れ角を算出する算出式にピニオンシャフト１０６の回転角度を代入することにより前輪２５０の切れ角を算出してもよい。

以上のように構成された切れ角検出装置２００および制御装置１４０によれば、例えば、電動モータ１２０の回転子（ロータ）の回転位置を検出するレゾルバからの出力信号を基に電動モータ１２０の回転角度を把握し、把握した電動モータ１２０の回転角度に基づいてウォームホイール１３１の回転角度を把握することによって前輪２５０の切れ角を把握する構成（以下、「比較構成」と称す。）よりも、より精度高く前輪２５０の切れ角を把握することができる。すなわち、この比較構成においては、電動モータ１２０の駆動力を伝達する際に出力軸に生じる捩れに起因して、電動モータ１２０の回転子（ロータ）の回転角度と出力軸に連結されたウォームギヤ１３２の回転角度との間に生じる角度差や、電動モータ１２０の出力軸にウォームギヤ１３２を連結するのに用いる公差の影響や、ウォームギヤ１３２とウォームホイール１３１との間のバックラッシュの影響および減速比の影響などにより、電動モータ１２０の回転角度と前輪２５０の切れ角との間にずれが生じるおそれがある。しかしながら、本実施形態に係る切れ角検出装置２００はウォームホイール１３１の回転角度を直接的に検出するので、制御装置１４０は、比較構成よりも精度高く前輪２５０の切れ角を把握することができる。

なお、上述した実施の形態においては、近接センサ２１０を、ウォームホイール１３１の歯１３１ａにおける軸方向の他方の端部側（図２においては上側）の端面と所定の距離離間した位置に配置するとともに、ｎ個の歯１３１ａの内の１つ歯１３１ａに凸部１３１ｂを設けているが、特にかかる態様に限定されない。
図９（ａ）は、他の実施例に係る切れ角検出装置２００のウォームホイール１３１の概略構成を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、他の実施例に係る切れ角検出装置２００の近接センサ２１０からの出力信号と、ピニオンシャフト１０６の回転角度との関係を示す図である。
近接センサ２１０（図２参照）を、軸方向には、ウォームホイール１３１における軸方向の他方の端部側（図２においては上側）の端面よりも他方の端部側の位置で、回転半径方向には、その中心位置がウォームホイール１３１の歯１３１ａの谷よりも内側の位置で、近接センサ２１０と対向するように第３ハウジング１１３に取り付けるとともに、図９（ａ）に示すように、近接センサ２１０と対向するウォームホイール１３１の端面を周方向に所定の角度で傾斜させてもよい。つまり、ウォームホイール１３１を１回転させたときの、近接センサ２１０と、近接センサ２１０と対向するウォームホイール１３１の端面との間の離間距離が、回転角度に応じて徐々に小さくまたは大きくなるように切れ角検出装置２００を構成してもよい。

図９（ａ）に示した他の実施例に係るウォームホイール１３１においては、近接センサ２１０と対向するウォームホイール１３１の端面に、ウォームホイール１３１を右方向に回転させた場合に端面１３１ｃからの突出量が徐々に大きくなるように周方向に所定の角度で傾斜した傾斜部１３１ｄが設けられている。かかる場合、ウォームホイール１３１を右方向に１回転させたときの、近接センサ２１０と、近接センサ２１０と対向するウォームホイール１３１の端面との間の離間距離が、回転角度に応じて徐々に小さくなるので、近接センサ２１０からの出力信号の値が、図９（ｂ）に示すように回転角度に応じて徐々に大きくなる。他方、ウォームホイール１３１を左方向に１回転させたときの、近接センサ２１０と、近接センサ２１０と対向するウォームホイール１３１の端面との間の離間距離が、回転角度に応じて徐々に大きくなるので、近接センサ２１０からの出力信号の値が、図９（ｂ）に示すように回転角度に応じて徐々に小さくなる。

そして、制御装置１４０は、近接センサ２１０からの出力信号に基づいてウォームホイール１３１の回転角度を把握することができ、把握したウォームホイール１３１の回転角度に基づいて前輪２５０の切れ角を把握することができる。このように構成された他の実施例に係る切れ角検出装置２００においても、ウォームホイール１３１の回転角度を精度高く検出するので、制御装置１４０は、比較構成よりも精度高く前輪２５０の切れ角を把握することができる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る切れ角検出装置２００は、ラック軸１０５のラック歯１０５ａと対向するように近接センサ２１０を配置してラック軸１０５の位置を検出する点が第１の実施形態に係る切れ角検出装置２００と異なる。また、第２の実施形態に係る制御装置１４０は、切れ角検出装置２００が検出したラック軸１０５の位置に基づいて前輪２５０の切れ角を把握する点が第１の実施形態に係る制御装置１４０と異なる。以下では、第１の実施形態と異なる点について述べる。

図１０（ａ）は、図１のＸ方向に見た場合のラック軸１０５と近接センサ２１０との関係を示す図である。図１０（ｂ）は、第２の実施形態に係る近接センサ２１０からの出力信号と、前輪２５０の切れ角との関係を示す図である。
第２の実施形態に係る近接センサ２１０は、軸方向には、ラック軸１０５のラック歯１０５ａにおける軸方向の他方の端部側（図２においては上側）の端面と所定の距離離間した位置で、軸方向およびラック軸１０５の軸方向に直交する方向には、その中心位置がラック軸１０５のラック歯１０５ａの山と谷の間に位置するように、第１ハウジング１１１に締め付けられている。そして、近接センサ２１０は、近接センサ２１０と対向する位置にラック軸１０５のラック歯１０５ａが存在する場合に近接センサ２１０が電気信号を出力するように設定されている。

近接センサ２１０は、近接センサ２１０と対向する位置にラック軸１０５のラック歯１０５ａが存在する場合に近接センサ２１０が電気信号を出力するため、制御装置１４０は、ステアリングホイール１０１が右方向に回転させられていることを把握している場合に、ラック歯１０５ａに応じた出力信号を切れ角検出装置２００から取得する毎に、ラック軸１０５が前輪２５０を右方向に切れさせる方向に所定量移動したことを把握する。また、制御装置１４０は、ステアリングホイール１０１が左方向に回転させられていることを把握している場合に、ラック歯１０５ａに応じた出力信号を切れ角検出装置２００から取得する毎に、ラック軸１０５が前輪２５０を左方向に切れさせる方向に所定量移動したことを把握する。
そして、制御装置１４０は、上述したように、ラック軸１０５の位置に基づいて前輪２５０の切れ角を把握する。

以上のように構成された切れ角検出装置２００および制御装置１４０によれば、上述した比較構成よりも、より精度高く前輪２５０の切れ角を把握することができる。すなわち、比較構成においては、出力軸の捩れに起因して電動モータ１２０の回転角度とウォームギヤ１３２の回転角度との間に生じる角度差や、電動モータ１２０の出力軸にウォームギヤ１３２を連結するのに用いる公差の影響や、ウォームギヤ１３２とウォームホイール１３１との間のバックラッシュの影響および減速比の影響や、ピニオン１０６ａとラック歯１０５ａとの間のバックラッシュの影響などにより、電動モータ１２０の回転角度と前輪２５０の切れ角との間にずれが生じるおそれがある。しかしながら、本実施形態に係る切れ角検出装置２００はラック軸１０５の位置を直接的に検出するので、制御装置１４０は、比較構成よりも精度高く前輪２５０の切れ角を把握することができる。

１０…トルク検出装置、１００…電動パワーステアリング装置、１０５…ラック軸、１０６…ピニオンシャフト、１１０…ハウジング、１２０…電動モータ、１３０…減速機構、１３１…ウォームホイール、１３２…ウォームギヤ、１４０…制御装置、２００…切れ角検出装置、２１０…近接センサ

Claims (5)

1. 車両のステアリングホイールの操作に対するアシスト力を付与する電動モータと、
   前記電動モータからの駆動力が伝達されるウォームホイールと、
   前記ウォームホイールが取り付けられた回転軸と、
   前記回転軸の回転に連動して直線移動することによって前記車両の車輪を進行方向に対して左右方向に転動させる直動軸と、
   前記ウォームホイールおよび前記直動軸の少なくともいずれかの周囲を覆うハウジングと、
   前記ウォームホイールまたは前記直動軸と非接触的に対向するように前記ハウジングに取り付けられ、当該ウォームホイールの回転角度または前記直動軸の直線移動量を検出する検出手段と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記検出手段は、前記ウォームホイールに形成された歯と対向するように前記ハウジングに取り付けられて当該歯の存在および不存在を検出する近接センサであ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。
3. 前記ウォームホイールには、前記検出手段と対向する部位に、周方向の位置によって突出量が異なる凸部が設けられ、
   前記検出手段は、前記ウォームホイールの前記凸部と対向するように前記ハウジングに取り付けられて当該凸部との間の離間距離を検出する近接センサであ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。
4. 前記直動軸には、前記回転軸に形成された歯との間にラック・ピニオンを構成するラック歯が形成され、
   前記検出手段は、前記直動軸の前記ラック歯と対向するように前記ハウジングに取り付けられて当該ラック歯の存在および不存在を検出する近接センサであ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。
5. 前記近接センサの外形を成す外側部材には雄ねじが形成されており、
   前記ハウジングには雌ねじが形成されており、
   前記近接センサを前記ハウジングに締め付けることで当該近接センサを当該ハウジングに取り付けることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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