JP2020090139A

JP2020090139A - Controller for steering device

Info

Publication number: JP2020090139A
Application number: JP2018227409A
Authority: JP
Inventors: 善幸飯田; Yoshiyuki Iida; 照夫筒井; Teruo Tsutsui; 翔太鶴岡; Shota Tsuruoka; 一成楳原; Kazunari Umehara
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-06-11

Abstract

To provide a controller for a steering device, which can appropriately maintain detection precision of a steering angle of a steering wheel even when the usage environment of the steering device changes.SOLUTION: A controller 6 for a steering device 1 provided with a steering shaft 2 including a torsion bar 20, a rack shaft 3 allowing front wheels 11 to rotate in accordance with an axial movement due to rotation of the steering shaft 2, a torque sensor 4 configured to detect steering torque by torsion of the torsion bar 20, a steering assist mechanism 5 configured to generate steering assist force suitable for the steering torque includes: a resolver 69 capable of detecting a rotation angle of the steering shaft 2 located closer to the rack shaft 3 than the torsion bar 20; and steering angle calculation means configured to obtain a steering angle of a steering wheel 10 based on the rotation angle and the steering torque. The steering angle calculation means calculates the steering angle in consideration of an index value associated with a reversible change caused by an environment of the steering device 1.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、車両のステアリング装置の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a steering device of a vehicle.

従来、車両のステアリング装置には、可撓性を有するトーションバーの捩じれ量によって検出されたステアリングホイールの操舵トルクや車速に基づいて、ステアリングホイールの操舵操作を補助する操舵補助力を発生させる電動式の操舵補助機構を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, a steering device of a vehicle is an electric type that generates a steering assist force for assisting a steering operation of a steering wheel based on a steering torque of the steering wheel and a vehicle speed detected by the amount of twist of a flexible torsion bar. There are those equipped with the steering assist mechanism (for example, refer to Patent Document 1).

特許文献１に記載のステアリング装置は、電動モータのトルクが減速されてコラム軸に伝達されるように操舵補助機構が構成されている。コラム軸の一端にはステアリングホイールが取り付けられており、減速された電動モータのトルクがコラム軸に伝達されることにより、運転者によるステアリングホイールの操舵操作が補助される。コラム軸には、ステアリングホイールに付与される操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられている。トルクセンサは、コラム軸に設けられたトーションバーの捩れによって操舵トルクを検出する。操舵補助機構は、トーションバーよりもトルク伝達下流側（ラックシャフト側）におけるコラム軸に、減速された電動モータのトルクを操舵補助力として出力する。 In the steering device described in Patent Document 1, a steering assist mechanism is configured so that the torque of the electric motor is reduced and transmitted to the column shaft. A steering wheel is attached to one end of the column shaft, and the decelerated electric motor torque is transmitted to the column shaft to assist the steering operation of the steering wheel by the driver. A torque sensor that detects a steering torque applied to the steering wheel is provided on the column shaft. The torque sensor detects steering torque by twisting a torsion bar provided on the column shaft. The steering assist mechanism outputs the torque of the decelerated electric motor as a steering assist force to the column shaft on the torque transmission downstream side (rack shaft side) of the torsion bar.

この操舵補助機構を制御する制御装置は、電動モータの回転角を検出する回転角センサの検出信号を取得し、検出された電動モータの回転角に基づいて実舵角速度を演算する。そして、この実舵角速度を時間積分して得られた時間積分値と、トルクセンサによって検出された操舵トルクに基づいて算出されるトーションバーの捩れ角とに基づいて、ステアリングホイールの操舵角の推定値を求める。操舵角の推定値は、制御装置による操舵補助機構の制御などに用いられる。 A control device that controls the steering assist mechanism acquires a detection signal of a rotation angle sensor that detects a rotation angle of the electric motor, and calculates an actual steering angular velocity based on the detected rotation angle of the electric motor. Then, the steering angle of the steering wheel is estimated based on the time integration value obtained by time-integrating the actual steering angular velocity and the torsion angle of the torsion bar calculated based on the steering torque detected by the torque sensor. Find the value. The estimated value of the steering angle is used for controlling the steering assist mechanism by the control device and the like.

特開２０１８−１２３９０号公報JP, 2018-12390, A

上記のように構成されたステアリング装置では、温度等の使用環境の変化によって、電動モータの回転角とステアリングホイールの操舵角との関係に可逆的な変化が生じることが、本発明者らによって確認されている。つまり、単に電動モータの回転角及び操舵トルクに基づいてステアリングホイールの操舵角を推定する方法では、使用環境の変化によって操舵角の検出精度が低下してしまう。 It has been confirmed by the present inventors that in the steering device configured as described above, the relationship between the rotation angle of the electric motor and the steering angle of the steering wheel changes reversibly due to changes in the operating environment such as temperature. Has been done. That is, in the method of estimating the steering angle of the steering wheel simply based on the rotation angle and the steering torque of the electric motor, the detection accuracy of the steering angle decreases due to changes in the usage environment.

また、近年では、ステアリングホイールの操舵角の情報が、例えば走行車線からの車両の逸脱を抑制する車線逸脱抑制装置や、車両後方を撮像した画像を操舵角に基づく進路予想を示すガイド線と共に車室内のディスプレイに表示して運転者の操舵操作をガイドするバックガイドモニタシステムなどにも用いられるようになっており、ステアリングホイールの操舵角の精度向上が望まれている。 Further, in recent years, information on the steering angle of the steering wheel is used together with, for example, a lane departure suppressing device that suppresses the departure of the vehicle from the traveling lane, and a guide line that shows an image of the rear of the vehicle to predict the course based on the steering angle. It is also used for a back guide monitor system which is displayed on an indoor display and guides a steering operation by a driver, and it is desired to improve the accuracy of a steering angle of a steering wheel.

そこで、本発明は、使用環境が変化してもステアリングホイールの操舵角の検出精度を良好に維持することが可能なステアリング装置の制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a control device for a steering device that can maintain good detection accuracy of a steering angle of a steering wheel even when the usage environment changes.

上記の目的を達成するため、本発明は、ステアリングホイールに付与される操舵トルクによって捩じれるトーションバーを含んで構成された回転軸機構と、前記回転軸機構の回転に伴う軸方向移動によって車両の転舵輪を転舵させる転舵軸と、前記トーションバーの捩じれ量を検出するトルクセンサと、前記トルクセンサの検出値に応じた操舵補助力を発生させる操舵補助機構と、を備えたステアリング装置の制御装置であって、前記トーションバーよりも前記転舵軸側における前記回転軸機構の回転角を検出することが可能な回転角検出手段と、前記回転角検出手段によって得られた前記回転角及び前記トルクセンサの検出値に基づいて、前記ステアリングホイールの操舵角を演算により求める操舵角演算手段とを備え、前記操舵角演算手段は、当該ステアリング装置の環境による可逆的な変化に関連する指標値を加味して前記ステアリングホイールの操舵角を演算する、ステアリング装置の制御装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a rotating shaft mechanism including a torsion bar that is twisted by a steering torque applied to a steering wheel, and an axial movement of the vehicle by the rotation of the rotating shaft mechanism. A steering device including a steering shaft that steers the steered wheels, a torque sensor that detects a twist amount of the torsion bar, and a steering assist mechanism that generates a steering assist force according to a detection value of the torque sensor. A control device, a rotation angle detection means capable of detecting a rotation angle of the rotation shaft mechanism on the steered shaft side with respect to the torsion bar, and the rotation angle obtained by the rotation angle detection means. Steering angle calculation means for calculating the steering angle of the steering wheel based on the detected value of the torque sensor, wherein the steering angle calculation means is an index value related to a reversible change due to the environment of the steering device. There is provided a control device for a steering device that calculates a steering angle of the steering wheel.

本発明に係るステアリング装置の制御装置によれば、使用環境が変化しても、ステアリングホイールの操舵角の検出精度を良好に維持することが可能となる。 According to the control device for a steering device of the present invention, it is possible to maintain good detection accuracy of the steering angle of the steering wheel even if the usage environment changes.

本発明の実施の形態に係る制御装置を有するステアリング装置の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram showing an example of composition of a steering device which has a control device concerning an embodiment of the invention. 操舵補助機構及び制御装置の構成例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structural example of a steering assistance mechanism and a control apparatus. トルクセンサの構成例を操舵補助機構の一部と共に示す構成図である。It is a block diagram which shows the structural example of a torque sensor with some steering assist mechanisms. ステアリングホイールの操舵角を求めるために制御装置が行う演算処理の概要を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the outline of the arithmetic processing which a control device performs in order to obtain|require the steering angle of a steering wheel.

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。 [Embodiment]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. Note that the embodiments described below are shown as preferred specific examples for carrying out the present invention, and some parts specifically exemplify various technically preferable technical matters. The technical scope of the present invention is not limited to this specific embodiment.

（電動パワーステアリング装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る制御装置を有するステアリング装置の構成例を示す模式図である。図１では、ステアリング装置を車両前方から見た状態を示しており、図１の左側が車両右側に、また図１の右側が車両左側に、それぞれ相当する。 (Structure of electric power steering device)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a steering device having a control device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state where the steering device is viewed from the front of the vehicle. The left side of FIG. 1 corresponds to the right side of the vehicle, and the right side of FIG. 1 corresponds to the left side of the vehicle.

ステアリング装置１は、ステアリングホイール１０に付与される操舵トルクによって捩じれるトーションバー２０を含んで構成された回転軸機構としてのステアリングシャフト２と、ステアリングシャフト２の回転に伴う軸方向移動によって車両の転舵輪である前輪１１を転舵させる転舵軸としてのラックシャフト３と、トーションバー２０の捩じれ量を検出するトルクセンサ４と、トルクセンサ４の検出値に応じた操舵補助力を発生させる操舵補助機構５と、操舵補助機構５を制御する制御装置としてのコントローラ６と、後述するハウジング７とを備えている。 The steering device 1 includes a steering shaft 2 as a rotating shaft mechanism that includes a torsion bar 20 that is twisted by a steering torque applied to a steering wheel 10, and a steering shaft 2 that rotates to rotate the vehicle. A rack shaft 3 as a steered shaft that steers the front wheels 11 that are steered wheels, a torque sensor 4 that detects a twist amount of the torsion bar 20, and a steering assist that generates a steering assist force according to a detection value of the torque sensor 4. A mechanism 5, a controller 6 as a control device for controlling the steering assist mechanism 5, and a housing 7 described later are provided.

ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１０が一端部に固定されたコラムシャフト２１と、ラックシャフト３のラック歯３１に噛み合うピニオン歯２３１を有するピニオンシャフト２３と、コラムシャフト２１とピニオンシャフト２３との間に介在する中間シャフト２２とを有している。コラムシャフト２１と中間シャフト２２、及び中間シャフト２２とピニオンシャフト２３は、それぞれ自在継手２５，２６によって連結されている。 The steering shaft 2 includes a column shaft 21 to which the steering wheel 10 is fixed at one end, a pinion shaft 23 having pinion teeth 231 that mesh with the rack teeth 31 of the rack shaft 3, and a column shaft 21 and a pinion shaft 23. It has the intermediate shaft 22 interposed. The column shaft 21 and the intermediate shaft 22, and the intermediate shaft 22 and the pinion shaft 23 are connected by universal joints 25 and 26, respectively.

コラムシャフト２１は、第１軸部材２１１及び第２軸部材２１２を有し、第１軸部材２１１と第２軸部材２１２とがトーションバー２０により連結されている。ステアリングホイール１０は、第１軸部材２１１と一体に回転し、ステアリングホイール１０に付与された操舵トルクがトーションバー２０を介して第２軸部材２１２に伝達される。トルクセンサ４は、運転者がステアリングホイール１０に付与する操舵トルクをトーションバー２０の捩じれ量によって検出する。 The column shaft 21 has a first shaft member 211 and a second shaft member 212, and the first shaft member 211 and the second shaft member 212 are connected by the torsion bar 20. The steering wheel 10 rotates integrally with the first shaft member 211, and the steering torque applied to the steering wheel 10 is transmitted to the second shaft member 212 via the torsion bar 20. The torque sensor 4 detects the steering torque applied to the steering wheel 10 by the driver based on the twist amount of the torsion bar 20.

ラックシャフト３は、筒状のラックハウジング３０に車幅方向に沿って軸方向移動可能に収容されている。ラックシャフト３の両端部にはボールジョイントソケット１２が固定され、これらのボールジョイントソケット１２によってラックシャフト３に連結されたタイロッド１３が図示しないナックルアームを介して左右の前輪１１を転舵させる。 The rack shaft 3 is housed in a tubular rack housing 30 so as to be axially movable along the vehicle width direction. Ball joint sockets 12 are fixed to both ends of the rack shaft 3, and tie rods 13 connected to the rack shaft 3 by these ball joint sockets 12 steer the left and right front wheels 11 via knuckle arms (not shown).

ステアリングホイール１０が操舵操作されると、ステアリングホイール１０にコラムシャフト２１及び中間シャフト２２を介して連結されたピニオンシャフト２３が回転し、ピニオン歯２３１とラック歯３１との噛み合いによってラックシャフト３がその軸方向に移動する。そして、このラックシャフト３の軸方向移動により、タイロッド１３を介して左右の前輪１１が転舵される。 When the steering wheel 10 is steered, the pinion shaft 23 connected to the steering wheel 10 via the column shaft 21 and the intermediate shaft 22 rotates, and the rack shaft 3 is engaged by the engagement of the pinion teeth 231 and the rack teeth 31. Move in the axial direction. Then, by the axial movement of the rack shaft 3, the left and right front wheels 11 are steered via the tie rods 13.

図２は、操舵補助機構５及びコントローラ６の構成例を示す構成図である。図３は、トルクセンサ４の構成例を操舵補助機構５の一部と共に示す構成図である。操舵補助機構５のウォームギヤ機構５０、コントローラ６、及びトルクセンサ４は、金属製のハウジング７に収容されている。ハウジング７は、ウォームギヤ機構５０を収容するウォームハウジング７１、コントローラ６を収容するコントローラハウジング７２、及びトルクセンサ４を収容するセンサハウジング７３からなる。ウォームハウジング７１とコントローラハウジング７２、及びウォームハウジング７１とセンサハウジング７３は、ボルト締結されている。 FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration example of the steering assist mechanism 5 and the controller 6. FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration example of the torque sensor 4 together with a part of the steering assist mechanism 5. The worm gear mechanism 50 of the steering assist mechanism 5, the controller 6, and the torque sensor 4 are housed in a metal housing 7. The housing 7 includes a worm housing 71 that houses the worm gear mechanism 50, a controller housing 72 that houses the controller 6, and a sensor housing 73 that houses the torque sensor 4. The worm housing 71 and the controller housing 72 and the worm housing 71 and the sensor housing 73 are bolted together.

操舵補助機構５は、電動モータ５１と、電動モータ５１のトルクによって回転するウォームシャフト５２と、ステアリングシャフト２に操舵補助力を出力するウォームホイール５３とを備えている。電動モータ５１は、コントローラハウジング７２に固定されたモータケース５１０と、モータケース５１０に収容されたステータ５１１及びロータ５１２と、ロータ５１２と一体に回転するモータシャフト５１３とを有している。 The steering assist mechanism 5 includes an electric motor 51, a worm shaft 52 that rotates by the torque of the electric motor 51, and a worm wheel 53 that outputs a steering assist force to the steering shaft 2. The electric motor 51 includes a motor case 510 fixed to the controller housing 72, a stator 511 and a rotor 512 housed in the motor case 510, and a motor shaft 513 that rotates integrally with the rotor 512.

本実施の形態では、電動モータ５１がブラシレスモータであり、ステータ５１１はコイル巻線５１１ａが巻き回された複数のコア５１１ｂを有し、ロータ５１２は複数の永久磁石を有している。複数の永久磁石は、Ｎ磁極５１２ａ及びＳ磁極５１２ｂが交互にローラ５１２の外周側に配置されている。コイル巻線５１１ａには、コントローラハウジング７２に収容されたコントローラ６から電線６０を介してモータ電流が供給される。 In the present embodiment, electric motor 51 is a brushless motor, stator 511 has a plurality of cores 511b around which coil winding 511a is wound, and rotor 512 has a plurality of permanent magnets. In the plurality of permanent magnets, N magnetic poles 512a and S magnetic poles 512b are alternately arranged on the outer peripheral side of the roller 512. Motor current is supplied to the coil winding 511a from the controller 6 housed in the controller housing 72 via the electric wire 60.

ウォームシャフト５２及びウォームホイール５３は、電動モータ５１の出力軸であるモータシャフト５１３の回転を減速して、電動モータ５１のトルクを第２軸部材２１２に伝達するウォームギヤ機構５０を構成する。ウォームシャフト５２は、カップリング５１４を介してモータシャフト５１３と一体に回転するように連結されている。ウォームギヤ機構５０は、カップリング５１４と共にウォームハウジング７１に収容されている。 The worm shaft 52 and the worm wheel 53 configure the worm gear mechanism 50 that reduces the rotation of the motor shaft 513 that is the output shaft of the electric motor 51 and transmits the torque of the electric motor 51 to the second shaft member 212. The worm shaft 52 is connected via a coupling 514 so as to rotate integrally with the motor shaft 513. The worm gear mechanism 50 is housed in the worm housing 71 together with the coupling 514.

ウォームシャフト５２は、金属からなり、円柱状の軸部５２１と螺旋歯５２２とを一体に有している。螺旋歯５２２は、軸部５２１の外周に螺旋状に形成されている。軸部５２１は、ウォームハウジング７１に収容された軸受５４，５５によって支持されている。軸受５４，５５は、内輪と外輪との間に複数の転動体が配置された転がり軸受であり、螺旋歯５２２を軸方向に挟む２箇所で軸部５２１を支持している。 The worm shaft 52 is made of metal and integrally has a cylindrical shaft portion 521 and spiral teeth 522. The spiral teeth 522 are spirally formed on the outer circumference of the shaft portion 521. The shaft portion 521 is supported by bearings 54 and 55 housed in the worm housing 71. The bearings 54 and 55 are rolling bearings in which a plurality of rolling elements are arranged between the inner ring and the outer ring, and support the shaft portion 521 at two positions sandwiching the spiral tooth 522 in the axial direction.

ウォームホイール５３は、第２軸部材２１２に外嵌され、第２軸部材２１２と一体に回転する。ウォームホイール５３は、金属からなる円盤状の芯金５３１と、ウォームシャフト５２の螺旋歯５２２に噛み合う樹脂からなる歯部５３２とを有しており、歯部５３２が芯金５３１の外周部に設けられている。芯金５３１は、キー５６によって第２軸部材２１２との相対回転が規制されている。歯部５３２は、例えば６６ナイロン等の合成樹脂からなり、芯金５３１と一体にモールド成形されている。歯部５３２が樹脂成型されていることにより、ウォームシャフト５２とウォームホイール５３とのバックラッシュに起因する衝突音（ラトル音）が低減されている。 The worm wheel 53 is fitted onto the second shaft member 212 and rotates integrally with the second shaft member 212. The worm wheel 53 has a disk-shaped core metal 531 made of metal and a tooth portion 532 made of resin that meshes with the spiral teeth 522 of the worm shaft 52. The tooth portion 532 is provided on the outer peripheral portion of the core metal 531. Has been. The relative rotation of the core metal 531 with respect to the second shaft member 212 is restricted by the key 56. The tooth portion 532 is made of, for example, a synthetic resin such as 66 nylon, and is integrally molded with the core metal 531. Since the tooth portion 532 is resin-molded, the collision noise (rattle noise) due to the backlash between the worm shaft 52 and the worm wheel 53 is reduced.

コントローラ６は、演算処理装置であるＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラムや各種のデータが記憶された不揮発性メモリを含む記憶部６２、バッテリーから供給される直流電流をスイッチングする複数のスイッチング素子６３、抵抗器あるいはコンデンサ等の各種の受動素子６４、及び温度及び湿度を検出可能な温湿度センサ６５が、コネクタ６６により接続されたプリント基板６７，６８に実装されて構成されている。ＣＰＵ６１は、温湿度センサ６５の検出結果を示す信号を取得可能である。コントローラハウジング７２は、複数のボルト７４によってウォームハウジング７１に固定されており、プリント基板６７，６８を収容している。 The controller 6 includes a CPU 61, which is an arithmetic processing unit, a storage unit 62 including a non-volatile memory in which programs executed by the CPU 61 and various data are stored, a plurality of switching elements 63 for switching a direct current supplied from a battery, and a resistor. Various passive elements 64 such as a container or a condenser, and a temperature/humidity sensor 65 capable of detecting temperature and humidity are mounted on printed circuit boards 67 and 68 connected by a connector 66. The CPU 61 can acquire a signal indicating the detection result of the temperature/humidity sensor 65. The controller housing 72 is fixed to the worm housing 71 by a plurality of bolts 74, and houses the printed circuit boards 67 and 68.

プリント基板６７，６８には、モータシャフト５１３を挿通させる挿通孔６７０，６８０が形成されている。モータシャフト５１３は、モータケース５１０に保持された軸受５１５、及びウォームハウジング７２に保持された軸受５１６により、ハウジング７に対して回転自在に支持されている。 The printed circuit boards 67 and 68 are formed with insertion holes 670 and 680 through which the motor shaft 513 is inserted. The motor shaft 513 is rotatably supported by the housing 7 by a bearing 515 held by the motor case 510 and a bearing 516 held by the worm housing 72.

また、コントローラ６は、モータシャフト５１３のハウジング７に対する回転角を検出するレゾルバ６９を有している。レゾルバ６９は、モータシャフト５１３に固定されたレゾルバロータ６９１と、コントローラハウジング７２に固定されたレゾルバステータ６９２とを有し、レゾルバステータ６９２に対するレゾルバロータ６９１の回転角に応じた検出信号をＣＰＵ６１に出力する。ＣＰＵ６１は、レゾルバ６９によって検出された回転角にウォームギヤ機構５０の減速比の逆数を乗じて第２軸部材２１２の回転角を求めることが可能である。すなわち、本実施の形態では、レゾルバ６９が、トーションバー２０よりもラックシャフト３側におけるステアリングシャフト２の回転角を検出することが可能な本発明の回転角検出手段に相当する。 Further, the controller 6 has a resolver 69 that detects a rotation angle of the motor shaft 513 with respect to the housing 7. The resolver 69 has a resolver rotor 691 fixed to the motor shaft 513 and a resolver stator 692 fixed to the controller housing 72, and outputs a detection signal corresponding to the rotation angle of the resolver rotor 691 to the resolver stator 692 to the CPU 61. To do. The CPU 61 can obtain the rotation angle of the second shaft member 212 by multiplying the rotation angle detected by the resolver 69 by the reciprocal of the reduction ratio of the worm gear mechanism 50. That is, in the present embodiment, the resolver 69 corresponds to the rotation angle detecting means of the present invention capable of detecting the rotation angle of the steering shaft 2 on the rack shaft 3 side of the torsion bar 20.

図３に示すように、トルクセンサ４は、センサハウジング７３に収容されている。第１軸部材２１１には、トーションバー２０の一端部を収容する筒状の連結部材２１３がスプライン嵌合により相対回転不能に連結されており、この連結部材２１３の一端部にトーションバー２０が相対回転不能に固定されている。連結部材２１３の他端部は、軸受２１４を介して第２軸部材２１２に対して回転可能に支持されている。 As shown in FIG. 3, the torque sensor 4 is housed in the sensor housing 73. A cylindrical connecting member 213 that accommodates one end of the torsion bar 20 is connected to the first shaft member 211 by spline fitting so as to be relatively non-rotatable, and the torsion bar 20 is relatively attached to one end of the connecting member 213. It is fixed so that it cannot rotate. The other end of the connecting member 213 is rotatably supported by the second shaft member 212 via a bearing 214.

トーションバー２０の他端部は、ピン２００によって第２軸部材２１２に対して相対回転不能に固定されている。第２軸部材２１２は、ウォームハウジング７１及びセンサハウジング７３に対して軸受４５，４６によって回転自在に支持されている。連結部材２１３は、センサハウジング７３に対して軸受４７によって回転自在に支持されている。 The other end of the torsion bar 20 is fixed to the second shaft member 212 by a pin 200 such that the torsion bar 20 cannot rotate relative to the second shaft member 212. The second shaft member 212 is rotatably supported by the bearings 45 and 46 with respect to the worm housing 71 and the sensor housing 73. The connecting member 213 is rotatably supported by the bearing 47 with respect to the sensor housing 73.

トルクセンサ４は、連結部材２１３と一体に回転する永久磁石４１と、第２軸部材２１２に取り付けられた支持部材４２に固定されて第２軸部材２１２と一体に回転する回転ヨーク４３と、センサハウジング４０に対して固定された固定ヨーク４４と、図略の磁界検出素子とを有し、永久磁石４１と回転ヨーク４３との相対的な角度の変化、すなわちトーションバー２０の捩れによって、磁界検出素子で検出される磁界の強度が変わるように構成されている。なお、トルクセンサ４としては、様々な公知の構成のものを適宜用いることが可能である。 The torque sensor 4 includes a permanent magnet 41 that rotates integrally with the connecting member 213, a rotating yoke 43 that is fixed to a support member 42 attached to the second shaft member 212 and that rotates integrally with the second shaft member 212, and a sensor. A magnetic field is detected by a fixed yoke 44 fixed to the housing 40 and a magnetic field detection element (not shown), and a change in the relative angle between the permanent magnet 41 and the rotary yoke 43, that is, the torsion of the torsion bar 20. The strength of the magnetic field detected by the element is changed. As the torque sensor 4, various well-known structures can be appropriately used.

右左折時や旋回時においてステアリングホイール１０が操舵操作されたときのトーションバー２０の捩じれ角（捩じれ量）は、例えば２〜３°である。すなわち、このような操舵操作の際、第１軸部材２１１の回転角（操舵角）と第２軸部材２１２の回転角とは、２〜３°程度の角度差が生じる。トルクセンサ４によって検出された操舵トルクをＴとし、トーションバー２０のばね定数をｋとし、トーションバー２０の捩じれ角をθとしたとき、θは下記式（１）により求めることができる
θ＝Ｔ／ｋ・・・（１） The twist angle (twist amount) of the torsion bar 20 when the steering wheel 10 is steered at the time of turning right or left or turning is, for example, 2 to 3°. That is, during such steering operation, an angular difference of about 2 to 3 occurs between the rotation angle of the first shaft member 211 (steering angle) and the rotation angle of the second shaft member 212. When the steering torque detected by the torque sensor 4 is T, the spring constant of the torsion bar 20 is k, and the torsion angle of the torsion bar 20 is θ, θ can be obtained by the following equation (1) θ=T /K・・・(1)

本実施の形態では、レゾルバ６９の検出値に基づいて求められた第２軸部材２１２の回転角にトーションバー２０の捩じれ角θを加算して第１軸部材２１１の回転角（ステアリングホイール１０の操舵角）を求める。ステアリングホイール１０の操舵角は、車両が直進状態となる中立状態においてゼロである。例えばステアリングホイール１０が右方向に操舵操作された場合の操舵角を正値とすれば、左方向に操舵操作された場合の操舵角は負値となる。トーションバー２０の捩じれ角θの正負についても同様である。 In the present embodiment, the twist angle θ of the torsion bar 20 is added to the rotation angle of the second shaft member 212 obtained based on the detection value of the resolver 69, and the rotation angle of the first shaft member 211 (the steering wheel 10 Steering angle) is calculated. The steering angle of the steering wheel 10 is zero in the neutral state where the vehicle goes straight. For example, if the steering angle when the steering wheel 10 is steered to the right has a positive value, the steering angle when the steering wheel 10 is steered to the left has a negative value. The same applies to the positive/negative of the twist angle θ of the torsion bar 20.

ステアリングホイール１０の操舵角の演算に用いられる第２軸部材２１２の回転角は、車両の製造時に設定されて記憶部６２に記憶されている中点舵角を基準とした相対角であり、その絶対値の最大値は３６０°を超える。例えばステアリングホイール１０が中立位置から左右方向にそれぞれ１回転半する車両の場合には、第２軸部材２１２の回転角が±５４０°の範囲で変化する。車両の製造時には、ステアリングホイール１０を中立位置とし、前輪１１の転舵角をゼロとしたときのレゾルバ６９の検出値が中点舵角を示す中点舵角情報として記憶部６２に記憶される。相対角は、中点舵角情報が記憶された後に、レゾルバ６９の検出値の単位時間あたりの変化量にウォームギヤ機構５０の減速比の逆数を乗じて求められる第２軸部材２１２の回転量を順次積算することで求めることができる。 The rotation angle of the second shaft member 212 used for calculation of the steering angle of the steering wheel 10 is a relative angle based on the midpoint steering angle set at the time of manufacturing the vehicle and stored in the storage unit 62. The maximum absolute value exceeds 360°. For example, in the case of a vehicle in which the steering wheel 10 makes one and a half turns from the neutral position to the left and right, the rotation angle of the second shaft member 212 changes within a range of ±540°. At the time of manufacturing the vehicle, the detection value of the resolver 69 when the steering wheel 10 is in the neutral position and the turning angle of the front wheels 11 is zero is stored in the storage unit 62 as midpoint steering angle information indicating the midpoint steering angle. .. The relative angle is the amount of rotation of the second shaft member 212 obtained by multiplying the amount of change in the detected value of the resolver 69 per unit time by the reciprocal of the reduction ratio of the worm gear mechanism 50 after the midpoint steering angle information is stored. It can be obtained by sequentially adding up.

そして、中点舵角及び上記の積算によって求められた相対角によって第２軸部材２１２の回転角（絶対角）を求めることができ、この回転角にトーションバー２０の捩じれ角θを加算すれば、ステアリングホイール１０の操舵角を一応算出することができる。 Then, the rotation angle (absolute angle) of the second shaft member 212 can be obtained from the midpoint steering angle and the relative angle obtained by the above integration, and if the twist angle θ of the torsion bar 20 is added to this rotation angle. The steering angle of the steering wheel 10 can be calculated for the time being.

しかし、ステアリング装置１の温度等の環境によって例えばウォームホイール５３の歯部５３２の硬さが変化したり、あるいは歯部５３２が収縮もしくは膨張すると、上記の方法によって算出されるステアリングホイール１０の操舵角に誤差が発生してしまう。そこで、本実施の形態では、コントローラ６のＣＰＵ６１が、ステアリング装置１の環境による可逆的な変化に関連する指標値を加味してステアリングホイール１０の操舵角を演算する。次に、ステアリングホイール１０の操舵角を精度よく求めるためのコントローラ６の処理内容について、図４を参照して説明する。 However, if the hardness of the tooth portion 532 of the worm wheel 53 changes or the tooth portion 532 contracts or expands due to the environment such as the temperature of the steering device 1, the steering angle of the steering wheel 10 calculated by the above method. Error will occur. Therefore, in the present embodiment, the CPU 61 of the controller 6 calculates the steering angle of the steering wheel 10 in consideration of the index value related to the reversible change due to the environment of the steering device 1. Next, the processing contents of the controller 6 for accurately obtaining the steering angle of the steering wheel 10 will be described with reference to FIG.

図４は、ステアリングホイール１０の操舵角を求めるためにＣＰＵ６１が実行する演算処理の概要を示す制御ブロック図である。ＣＰＵ６１は、記憶部６２に記憶されたプログラムを実行することにより、補正量演算部６０１、トーションバーロア側回転角演算部６０２、及びトーションバーアッパ側回転角演算部６０３として機能する。 FIG. 4 is a control block diagram showing an outline of arithmetic processing executed by the CPU 61 to obtain the steering angle of the steering wheel 10. The CPU 61 functions as the correction amount calculation unit 601, the torsion bar lower side rotation angle calculation unit 602, and the torsion bar upper side rotation angle calculation unit 603 by executing the program stored in the storage unit 62.

本実施の形態において、補正量演算部６０１は、環境による可逆的な変化に関連する指標値として、温湿度センサ６５による温度（環境温度）及び湿度（環境湿度）の検出結果を採用し、この指標値に応じた操舵角の補正量を演算する。ここで、「可逆的な変化」とは、例えばウォームホイール５３の歯部５３２の摩耗のように、元の状態に戻ることのない不可逆的な変化ではなく、周辺の環境と共に元の状態に戻り得る変化をいう。なお、可逆的な変化に関連する指標値として、例えば温度のみ、あるいは湿度のみを採用してもよい。なお、指標値として温度のみを用いる場合、温湿度センサ６５に替えてサーミスタ等の温度センサを用いることができる。 In the present embodiment, the correction amount calculation unit 601 adopts the detection result of the temperature (environmental temperature) and the humidity (environmental humidity) by the temperature/humidity sensor 65 as the index value related to the reversible change due to the environment. A steering angle correction amount according to the index value is calculated. Here, the “reversible change” does not mean an irreversible change that does not return to the original state, such as wear of the tooth portion 532 of the worm wheel 53, but returns to the original state together with the surrounding environment. The change you get. Note that only the temperature or only the humidity may be adopted as the index value related to the reversible change. When only temperature is used as the index value, a temperature sensor such as a thermistor can be used instead of the temperature/humidity sensor 65.

ハウジング７内の湿度は、例えばウォームハウジング７１、コントローラハウジング７２、センサハウジング７３、及びモータケース５１０の間の僅かな隙間などから侵入し、あるいは排出される水分によって変化する。温湿度センサ６５は、ウォームギヤ機構５０と共にハウジング７に収容されているので、温湿度センサ６５により検出された温度や湿度は、ウォームギヤ機構５０が収容されたウォームハウジング７１内の収容空間の温度や湿度に対応している。 The humidity inside the housing 7 changes depending on, for example, moisture that enters or is discharged from a slight gap between the worm housing 71, the controller housing 72, the sensor housing 73, and the motor case 510. Since the temperature/humidity sensor 65 is housed in the housing 7 together with the worm gear mechanism 50, the temperature and humidity detected by the temperature/humidity sensor 65 depend on the temperature and humidity of the accommodation space in the worm housing 71 in which the worm gear mechanism 50 is housed. It corresponds to.

なお、ウォームハウジング７１内の温度及び湿度と温湿度センサ６５で検出される温度及び湿度との相関性を高めるため、ウォームハウジング７１内の収容空間とコントローラハウジング７２内の収容空間とが、例えば軸受の内輪と外輪との間の隙間やモータシャフト５１３を挿通させる挿通孔などを介して連通していることが望ましい。 In order to increase the correlation between the temperature and humidity inside the worm housing 71 and the temperature and humidity detected by the temperature/humidity sensor 65, the housing space inside the worm housing 71 and the housing space inside the controller housing 72 are, for example, bearings. It is desirable to communicate with each other through a gap between the inner ring and the outer ring, an insertion hole through which the motor shaft 513 is inserted, or the like.

補正量演算部６０１は、環境温度に基づく温度補正値と、環境湿度に基づく湿度補正値とを演算し、温度補正値と湿度補正値とを合算してトーションバーアッパ側回転角演算部６０３に出力する補正量を演算する。 The correction amount calculation unit 601 calculates a temperature correction value based on the environmental temperature and a humidity correction value based on the environmental humidity, and adds the temperature correction value and the humidity correction value to the torsion bar upper-side rotation angle calculation unit 603. The correction amount to be output is calculated.

温度補正値は、温湿度センサ６５により検出された温度が所定値（例えば０℃）である場合に最も小さく、所定値よりも高温域及び低温域では、検出された温度と所定値との差が拡大するほど徐々に大きくなる。所定値よりも高温域で温度補正値が大きくなるのは、ウォームホイール５３の歯部５３２が柔らかくなって弾性的に変形しやすくなるためである。また、所定値よりも低温域で温度補正値が大きくなるのは、ウォームホイール５３の歯部５３２が収縮してウォームシャフト５２の螺旋歯５２２との噛み合い隙間（ガタ）が大きくなるためである。 The temperature correction value is the smallest when the temperature detected by the temperature/humidity sensor 65 is a predetermined value (for example, 0° C.), and the difference between the detected temperature and the predetermined value is higher and lower than the predetermined value. Becomes larger as it expands. The reason why the temperature correction value becomes larger in the high temperature region than the predetermined value is that the tooth portion 532 of the worm wheel 53 becomes soft and is easily elastically deformed. Further, the reason why the temperature correction value becomes larger in the low temperature region than the predetermined value is that the tooth portion 532 of the worm wheel 53 contracts and the meshing gap (play) with the spiral tooth 522 of the worm shaft 52 becomes large.

湿度補正値は、温湿度センサ６５により検出された湿度が高いほど大きくなる。湿度が高いと、ウォームホイール５３の歯部５３２が水分を吸収して膨潤し、ウォームシャフト５２の螺旋歯５２２との噛み合い隙間（ガタ）が小さくなるためである。 The humidity correction value increases as the humidity detected by the temperature/humidity sensor 65 increases. This is because when the humidity is high, the tooth portion 532 of the worm wheel 53 absorbs water and swells, and the meshing gap (play) with the spiral tooth 522 of the worm shaft 52 becomes smaller.

記憶部６２には、検出された温度と温度補正値との関係を示す関係情報、及び検出された湿度と湿度補正値との関係を示す関係情報が、例えばマップの形式で記憶されている。これらの関係情報は、例えば実験によって得られた結果に基づいて定義されている。ＣＰＵ６１は、補正量演算部６０１として、これらの関係情報を参照して温度補正量及び湿度補正量を演算する。 The storage unit 62 stores relationship information indicating the relationship between the detected temperature and the temperature correction value and relationship information indicating the relationship between the detected humidity and the humidity correction value, for example, in the form of a map. These relational information items are defined based on the results obtained by experiments, for example. The CPU 61, as the correction amount calculation unit 601, calculates the temperature correction amount and the humidity correction amount with reference to the relationship information.

トーションバーロア側回転角演算部６０２は、上記の中点舵角情報及び相対角の情報に基づいて、トーションバーロア側回転角を演算する。トーションバーロア側回転角は、トーションバー２０よりもラックシャフト３側（トルク伝達下流側）におけるステアリングシャフト２の回転角であり、本実施の形態では、第２軸部材２１２の回転角がこれにあたる。 The torsion bar lower rotation angle calculation unit 602 calculates the torsion bar lower rotation angle based on the midpoint steering angle information and the relative angle information. The rotation angle of the torsion bar lower side is the rotation angle of the steering shaft 2 on the rack shaft 3 side (torque transmission downstream side) of the torsion bar 20, and in the present embodiment, the rotation angle of the second shaft member 212 corresponds to this. ..

トーションバーアッパ側回転角演算部６０３は、補正量演算部６０１によって演算された補正量（温度補正量と湿度補正量との合算値）と、トーションバーロア側回転角演算部６０２によって演算されたトーションバーロア側回転角（第２軸部材２１２の回転角）と、トーションバー２０のばね定数及びトルクセンサ４の検出値である操舵トルクとに基づいて、ステアリングホイール１０の操舵角を演算する。 The torsion bar upper side rotation angle calculation unit 603 is calculated by the correction amount calculated by the correction amount calculation unit 601 (the total value of the temperature correction amount and the humidity correction amount) and the torsion bar lower side rotation angle calculation unit 602. The steering angle of the steering wheel 10 is calculated on the basis of the rotation angle of the torsion bar lower side (rotation angle of the second shaft member 212) and the spring constant of the torsion bar 20 and the steering torque detected by the torque sensor 4.

この演算の手順については、特に限定されるものではないが、例えば、上記式（１）によってトーションバー２０の捩じれ角を求め、この捩じれ角をトーションバーロア側回転角に加算し、得られた加算値にさらに補正量を加算もしくは減算して、トーションバー２０よりもステアリングホイール１０側（トルク伝達上流側）におけるステアリングシャフト２の回転角であるステアリングホイール１０の操舵角を求めることができる。補正量演算部６０１から出力される補正量はゼロもしくはゼロよりも大きい正値であり、この補正量を加算するか減算するかは、例えばステアリングホイール１０の操舵方向に応じて決めることができる。 The procedure of this calculation is not particularly limited. For example, the twist angle of the torsion bar 20 is obtained by the above formula (1), and this twist angle is added to the rotation angle on the torsion bar lower side to obtain the twist angle. The steering angle of the steering wheel 10, which is the rotation angle of the steering shaft 2 on the steering wheel 10 side (torque transmission upstream side) of the torsion bar 20, can be obtained by further adding or subtracting the correction amount to or from the added value. The correction amount output from the correction amount calculation unit 601 is zero or a positive value larger than zero, and whether to add or subtract the correction amount can be determined according to the steering direction of the steering wheel 10, for example.

補正量演算部６０１、トーションバーロア側回転角演算部６０２、及びトーションバーアッパ側回転角演算部６０３は、レゾルバ６９によって得られた第２軸部材２１２の回転角及びトルクセンサ４の検出値に基づいて、ステアリングホイール１０の操舵角を演算により求める操舵角演算手段の一態様である。 The correction amount calculation unit 601, the torsion bar lower rotation angle calculation unit 602, and the torsion bar upper rotation angle calculation unit 603 use the rotation angle of the second shaft member 212 obtained by the resolver 69 and the detection value of the torque sensor 4. It is an aspect of a steering angle calculation means for calculating the steering angle of the steering wheel 10 based on the calculation.

以上のようにして求められたステアリングホイール１０の操舵角の情報は、コントローラ６による電動モータ５１の制御に用いてもよく、車両に搭載された他の制御装置に出力してもよい。この場合の他の制御装置としては、例えば旋回時等において制動力や各車輪への駆動力配分を制御して車両挙動を安定化させるためスタビリティ制御装置や、運転者が意図しない車両の車線からの逸脱を抑制する車線逸脱抑制装置、あるいは上記のバックガイドモニタシステムなどが挙げられる。また、夜間の走行時において操舵角に応じた角度で進行方向前方を照らすヘッドライト照射方向調節システムを備えた車両であれば、同システムの制御装置にステアリングホイール１０の操舵角の情報を出力してもよい。 The information on the steering angle of the steering wheel 10 obtained as described above may be used for the control of the electric motor 51 by the controller 6 or may be output to another control device mounted on the vehicle. Other control devices in this case include, for example, a stability control device for controlling the braking force and the distribution of the driving force to each wheel at the time of turning to stabilize the vehicle behavior, and the lane of the vehicle not intended by the driver. A lane departure suppression device that suppresses departure from the vehicle, or the back guide monitor system described above, and the like. In the case of a vehicle equipped with a headlight irradiation direction adjustment system that illuminates the front in the traveling direction at an angle according to the steering angle when traveling at night, information on the steering angle of the steering wheel 10 is output to the control device of the system. You may.

（実施の形態の効果）
以上説明した本発明の実施の形態によれば、ステアリング装置１の使用環境による可逆的な変化に関連する指標値を加味してステアリングホイール１０の操舵角を演算するので、使用環境が変化しても、操舵角の検出精度を良好に維持することが可能となる。 (Effects of the embodiment)
According to the embodiment of the present invention described above, since the steering angle of the steering wheel 10 is calculated in consideration of the index value related to the reversible change due to the use environment of the steering device 1, the use environment changes. Also, it is possible to maintain good detection accuracy of the steering angle.

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。 (Appendix)
Although the present invention has been described above based on the embodiments, these embodiments do not limit the invention according to the claims. It should be noted that not all combinations of the features described in the embodiments are essential to the means for solving the problems of the invention.

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、操舵補助機構５がコラムシャフト２１の第２軸部材２１２に操舵補助力を付与する場合について説明したが、これに限らず、例えばピニオンシャフト２３に操舵補助力を付与するように操舵補助機構を構成してもよい。この場合、補正量の演算に用いる温度として、外気温センサにより検出された外気温を用いてもよい。 Further, the present invention can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the case where the steering assist mechanism 5 applies the steering assist force to the second shaft member 212 of the column shaft 21 has been described, but the present invention is not limited to this, and the steering assist force is applied to the pinion shaft 23, for example. The steering assist mechanism may be configured to do so. In this case, the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor may be used as the temperature used for calculating the correction amount.

また、上記実施の形態では、環境による可逆的な変化を示す指標値として、温湿度センサ６５により検出された環境温度及び環境湿度を含む場合について説明したが、環境による可逆的な変化を示すものであれば、温度や湿度以外の指標値を用いてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the environmental temperature and the environmental humidity detected by the temperature/humidity sensor 65 are included as the index value indicating the reversible change depending on the environment has been described. If so, an index value other than temperature and humidity may be used.

１…ステアリング装置
１０…ステアリングホイール
２…ステアリングシャフト（回転軸機構）
２０…トーションバー
３…ラックシャフト（転舵軸）
４…トルクセンサ
５…操舵補助機構
５１…電動モータ
５２…ウォームシャフト
５３…ウォームホイール
５３２…歯部
６…コントローラ（制御装置）
６５…温湿度センサ
６９…レゾルバ（回転角検出手段）
６０１…補正量演算部（操舵角演算手段）
６０２…トーションバーロア側回転角演算部（操舵角演算手段）
６０３…トーションバーロア側回転角演算部（操舵角演算手段）
７…ハウジング 1... Steering device 10... Steering wheel 2... Steering shaft (rotating shaft mechanism)
20... torsion bar 3... rack shaft (steering shaft)
4... Torque sensor 5... Steering assist mechanism 51... Electric motor 52... Worm shaft 53... Worm wheel 532... Tooth portion 6... Controller (control device)
65... Temperature/humidity sensor 69... Resolver (rotation angle detecting means)
601... Correction amount calculation unit (steering angle calculation means)
602... Torsion bar lower side rotation angle calculation unit (steering angle calculation means)
603... Torsion bar lower side rotation angle calculation unit (steering angle calculation means)
7... Housing

Claims

A rotating shaft mechanism configured to include a torsion bar that is twisted by a steering torque applied to a steering wheel; A control device for a steering device, comprising: a torque sensor that detects a twist amount of a torsion bar; and a steering assist mechanism that generates a steering assist force according to a detection value of the torque sensor,
A rotation angle detection means capable of detecting a rotation angle of the rotary shaft mechanism on the steered shaft side with respect to the torsion bar,
Steering angle calculation means for calculating the steering angle of the steering wheel based on the rotation angle obtained by the rotation angle detection means and the detection value of the torque sensor,
The steering angle calculation means calculates the steering angle of the steering wheel in consideration of an index value related to a reversible change due to the environment of the steering device.
Steering device control device.

The steering device control device according to claim 1, wherein the index value includes an environmental temperature of the steering assist mechanism.

The index value includes the environmental humidity of the steering assist mechanism,
The control device for a steering device according to claim 1.

The steering assist mechanism includes an electric motor, a worm shaft that rotates by the torque of the electric motor, and a worm wheel that outputs the steering assist force to the rotating shaft mechanism.
The worm wheel has a tooth portion made of resin that meshes with the worm shaft is provided on the outer peripheral portion,
The steering angle calculation means uses a detection result of a sensor arranged in a housing that houses the worm wheel as the index value.
The control device for a steering device according to any one of claims 1 to 3.