JP2021084436A

JP2021084436A - 電動ステアリング・システム

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Publication number: JP2021084436A
Application number: JP2019211900A
Authority: JP
Inventors: 俊凱王; Shungai O; 益圍廖; Yi-Wei Liao; 承哲何; Cheng-Che Ho
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2021-06-03
Anticipated expiration: 2039-11-25
Also published as: JP6913151B2

Abstract

【課題】本発明は、電動ステアリング・システムを提供する。【解決手段】電動ステアリング・システムは、殻体、ボールねじ、モーター、角度センサー及び計算ユニットを含む。ボールねじは、ナット及びネジを含む。モーターは、殻体内に配置され且つナットに接続され、モーターは、ブッシング及び金属部品を含み、金属部品は、ブッシングに固設され、金属部品は、中央部、第一翼部及び第二翼部を含む。角度センサーは、殻体内に配置され且つ殻体に対して固定され、角度センサーは、第一センシングユニット及び第二センシングユニットを含み、第一センシングユニットは、第一貫通孔を有し、第二センシングユニットは、第二貫通孔を有する。計算ユニットは、第一センシングユニット及び第二センシングユニットに電気接続される。中央部の外径がそれぞれ第一貫通孔及び第二貫通孔の孔径よりも小さい。【選択図】図２

Description

本発明は、電動ステアリング・システムに関し、特に、モーターに配置される角度センサーによりネジの軸方向位置を取得することができる電動ステアリング・システムに関する。

電動ステアリング（Electric Power Steering，EPS）システムが電機により輔助トルクが提供される動力ステアリング・システムであり、主に、アシストモーター、センサー、減速機構、制御器などのユニットからなる。電動ステアリング・システムは、モーターの取り付け位置に基づいて、次のような３種類に分けることができ、即ち、Column EPS（C型EPSとも言う）、Pinion EPS（P型EPSとも言う）及びRack EPS（R型EPSとも言う）。そのうち、Rack EPSは、モーター駆動減速機構におけるラック又はネジの方式に従って、直接駆動型（direct-drive type EPS）及び間接駆動型（indirect-drive type EPS）に分かられる。従来の液圧ステアリング・システムに比べ、電動ステアリング・システムは、車速変更時に、モーターの回転速度を調整して最適なステアリングアシストを提供し得ると同時に、低速時の利便性及び高速時の安定性を両立させることもでき、また、オイルポンプ、液圧ホースなどの素子を必要としないので、異なる種類の自動車への搭載にも有利であり、近年、主な研究開発の対象となり、幅広く応用されている。

電動ステアリング・システムでは、如何に車体の転向の絶対角度を確定するかが重要な課題の１つである。そのため、例えば、中国特許公報第CN103171616B号には、電動ステアリング・システムが開示されており、それは、入力軸に接続される第一ローター、出力軸に接続される第二ローター、第一ローターの絶対角度を測定するための第一角度素子、第一ローターの相対角度を測定するための第二角度素子と第三角度素子、及び電子制御ユニットを含み、そのうち、電子制御ユニットは、絶対角度及び相対角度に基づいて参照角度を取得し、第二角度素子及び第三角度素子の相対角度に基づいて追跡及び累積を行った後に第一絶対角度及び第二絶対角度を取得し、そして、第一絶対角度及び第二絶対角度に従って計算により車体転向時の絶対角度を得ることができる。

また、中国特許公報第CN106068219Bにも、ステアリング角度検出装置を具備する電動ステアリング装置が開示されており、それは、ステアリング軸、ステアリング軸に配置され且つハンドルのトルクを測定するためのトルクセンサー、及びモーターに設置される角度センサーを含み、そのうち、ステアリング軸及びモーターは、タービン及びワームにより接続され、また、角度バーニヤ計算法及び角度追従計算法により、車体転向角度を計算して得ることができる。

しかし、ADAS（Advanced Driver Assistance System）及び無人自動運転技術の導入に伴い、ハンドル及びステアリングコラムが次第に非必須の素子となるため、多くのメーカーは、機構体積の減少及びコストの削減の目的で、入力軸アセンブリ及びトルクセンサーを電動ステアリング・システムから除去し、電気接続による制御に移行する動きがある。このような場合、如何に車体の転向の絶対角度又は出力軸（ネジ）の位置を把握するかが再び解決すべき問題の１つとなっている。また、異なる種類の車両に合わせるために、開発者も、減速機構及び伝動機構中の素子の数を減少させることで、素子の劣化又は素子間の接続による干渉、隙間などの誤差、累積などが車体転向角度又は出力軸位置の計算の信頼度に与える影響を避けるために力を入れようとしている。しかし、上述の従来技術は、すべて、ハンドル及びステアリングコラムを設置し、ステアリング角度を測定するためのセンサーをステアリングコラムに設ける必要があるので、予め、ステアリングコラムを取り付けるための殻体にセンサーを設置する空間を確保することを要し、そのため、システム全体の体積が大きくなる欠点が生じ、また、異なる種類の自動車に適用することができない。さらに、上述の従来技術における電動ステアリング装置を取り付ける際に、ステアリングコラム及びセンサーの組み立て構造、相互配置関係などが原因で、取り付けの手順が比較的多く、且つ複雑であるため、組み立ての利便性を低めるだけでなく、組み立ての時間を増やしてしまい、これにより、生産のコストを増加させる恐れがある。

本発明の目的は、モーターに取り付けられる角度センサーにより、ネジの軸方向上の位置を取得することができ、また、素子の数を有効に減少させ、組み合わせ時に必要な体積を小さくし、組み立ての利便性を向上させることもできる電動ステアリング・システムを提供することにある。

本発明による電動ステアリング・システムは、殻体、ボールねじ、モーター、角度センサー及び計算ユニットを含む。ボールねじは、ナット及びネジを含み、そのうち、ナットは、回転時に、ネジが軸方向に変位するようにさせる。モーターは、殻体内に配置され、且つナットに接続され、モーターは、ナットが回転するように駆動し、モーターは、ブッシング及び金属部品を含み、ブッシングは、ネジに配置され、且つナットとともに動き、金属部品は、ブッシングに固設され、金属部品は、中央部、第一翼部及び第二翼部を含み、第一翼部及び第二翼部は、中央部の外周面に設置される。角度センサーは、殻体内に配置され、且つ殻体に対して固定され、角度センサーは、第一センシングユニット及び第二センシングユニットを含み、第一センシングユニットは、第一貫通孔を有し、且つ第一翼部に対応し、第二センシングユニットは、第二貫通孔を有し、且つ第二翼部に対応する。計算ユニットは、第一センシングユニット及び第二センシングユニットに電気接続される。中央部の外径が第一貫通孔の孔径よりも小さく、且つ、中央部の外径が第二貫通孔の孔径よりも小さく、これにより、中央部が第一貫通孔及び第二貫通孔に嵌設されるようにさせる。電動ステアリング・システム起動時に、第一センシングユニット及び第二センシングユニットは、モーターの回転角度をセンシングし、それぞれ、第一センシング信号及び第二センシング信号を計算ユニットに出力し、そして、計算ユニットは、第一センシング信号及び第二センシング信号に基づいて計算することでネジの軸方向上の位置を取得する。

本発明の上述の特徴及び利点をより明らかにするために、以下、実施例を挙げ、添付した図面を参照することにより、詳細に説明する。

本発明の一実施例における電動ステアリング・システムの外観図である。図1に示す電動ステアリング・システムの軸方向の断面図である。図1に示す電動ステアリング・システムの一部の殻体が除去された後の内部素子を示す図である。図3における第一センシングユニット、第二センシングユニット、第一金属部及び第二金属部を示す図である。本発明の他の実施例における電動ステアリング・システムの軸方向の断面図である。図5に示す電動ステアリング・システムの一部の殻体が除去された後の内部素子を示す図である。図6における角度センサー及び金属部品を示す図である。本発明の他の実施例におけるネジ位置計算方法のフローチャートである。図8における第一センシングユニット及び第二センシングユニットがそれぞれ対応する第一センシング信号及び第二センシング信号を示す図である。図9における第一センシング信号及び第二センシング信号、並びに目標角度を示す図である。図9における第一センシング信号と第二センシング信号との減算後の差を示す図である。図11における差の正数と総回転角度との対照を示す図である。

本発明の上述及び他の技術的内容、特徴、機能及び効果は、添付した図面に基づく以下のような好ましい実施例における詳細な説明により明確になる。なお、以下の実施例に言及される方向についての用語、例えば、上、下、左、右、前、後などは、添付した図面の方向に過ぎない。よって、使用されている方向の用語は、本発明を説明するためだけのものであり、本発明を限定するためのものではない。

図1〜図3を参照する。図1は、本発明の一実施例における電動ステアリング・システム100の外観図であり、図2は、図1の電動ステアリング・システム100の軸方向の断面図であり、図3は、図1の電動ステアリング・システム100の一部の殻体110が除去された後の内部素子を示す図であり、図3中の内部素子は、分解状態にある。本実施例の電動ステアリング・システム100は、殻体110、ボールねじ120、モーター130、角度センサー140及び計算ユニット160を含み、ボールねじ120は、ナット122及びネジ124を含み、ナット122は、回転時に、ネジ124が軸方向に変位するようにさせる。モーター130は、殻体110の中に配置され、且つナット122に接続され、モーター130は、ナット122が回転するように駆動する。角度センサー140は、殻体110の中に配置され、且つ殻体110に対して固定され、角度センサー140は、第一センシングユニット142及び第二センシングユニット144を含み、計算ユニット160は、第一センシングユニット142及び第二センシングユニット144に電気接続される。

詳細に言えば、ネジ124は、車両の車輪に接続される出力軸であり、電動ステアリング・システム100は、さらに、ハンドルに接続されてステアリングトルクを提供する入力軸170を含み、入力軸170及びネジ124は、ボールねじ120のラック部126により互に接続されて噛み合うようによる。例えば、入力軸170は、ピニオン構造に套設され、ピニオンの歯構造によりラック部126に接続されても良い。また、電動ステアリング・システム100は、この出力軸の軸方向A上の位置を変更することで、車体の転向の絶対角度を決定することができる。具体的に言えば、ナット122は、複数のローラー（図示せず）によりネジ124に螺接され、ナット122が回転する時に、複数のローラーにより、ネジ124が軸方向Aに移動するように推動（push）することができる。なお、ボールねじ120（Ball Screw）の作動原理が従来技術であるため、ここでは、その詳しい説明を省略する。

本実施例では、モーター130は、ステータ131、ローター132、ブッシング133及び金属部品136を含み、そのうち、ステータ131は、殻体110に対して固定され、ブッシング133は、ネジ124に配置され、且つナット122と同時に動き、金属部品136は、ブッシング133に固設され、金属部品136は、第一金属部134及び第二金属部135を含み、ローター132、ブッシング133、金属部品136及びナット122は、同軸に設置され、且つ同期して回転し、また、ステータ131、ローター132、ブッシング133及び金属部品136は、すべて、殻体110の中に配置される。電動ステアリング・システム100起動時に、ローター132は、ステータ131に対して回転し、且つブッシング133及びナット122がともに回転するようにさせ、これにより、ネジ124が軸方向Aに移動するように推動（push）し、車体の転向の効果を実現することができる。

本実施例では、モーター130は、中空トルクモーターであり、軸心部分が中空であるので、ローター132により、ナット122が回転するように直接駆動することができ、即ち、減速機構を必要としないので、歯車伝動による摩耗及び動力損失を避けることができる。また、ネジ124がローター132、ブッシング133、及びナット122に直接穿設され、ローター132及びナット122が同軸に接続され、且つ同期して回転するので、ナット122回転時の安定さを向上させることができ、さらに、角度センサー140が殻体110の中に配置されるので、入力軸170に角度センサーを増設する必要がなく、コストを大幅に削減することができ、ひいては、入力軸170の配置を省くこともでき、これは、自動運転車両の発展に大きく貢献することができる。

図2〜図4を参照する。図4は、図3における第一センシングユニット142、第二センシングユニット144、第一金属部134及び第二金属部135を示す図である。本実施例では、金属部品136は、第一金属部134及び第二金属部135を含み、第一金属部134及び第二金属部135は、ブッシング133に固設される。具体的に言えば、ブッシング133は、第一部分133a及び第二部分133bを有し、第一部分133aの外径D1が第二部分133bの外径D2よりも小さく、そのうち、第一金属部134及び第二金属部135は、軸方向Aに沿って重なり合うように設けられ、且つ少なくとも１つの固定部137により第二部分133bに固設され、また、第一金属部134及び第二金属部135は、第一部分133aの径方向の外側に位置する。より具体的に言えば、固定部137の数が複数であっても良く、且つ固定部137は、ネジであっても良く、第一金属部134には、複数の貫通孔134cが設置され、第二金属部135には、複数の貫通孔135cが設置され、第二部分133bの、第一金属部134及び第二金属部135に面する端面には、複数のネジ穴（図示せず）が設置され、貫通孔134c、貫通孔135c、及びネジ穴の数が固定部137の数に対応しても良く、これにより、固定部137は、貫通孔134c及び貫通孔135cを挿通して第二部分133bのネジ穴の中に固定することができ、第一金属部134及び第二金属部135は、ブッシング133に固定され、ブッシング133及びナット122と同期して回転することができ、また、ネジ124の軸方向A又は径方向において、すべて、第一金属部134及び第二金属部135の、ブッシング133を超えた部分を最小化することで、モーター130が占める体積を減少させることができる。また、図2では、視角の関係で、固定部137の局部のみが現れ、図3では、図面を簡略化するために、２つのみの固定部137が示され、他の固定部137が省略される。第一金属部134は、第一中央部134a及び複数の第一翼部134bを含み、ここで、第一翼部134bの数が例えば５つであり、第二金属部135は、第二中央部135a及び第二翼部135bを含み、そのうち、複数の第一翼部134bは、等角度間隔で第一中央部134aの外周面134dに設置及び接続され、第二翼部135bは、扇形を呈し、且つ第二中央部135aの外周面135dに設置される。

角度センサー140は、第一センシングユニット142及び第二センシングユニット144を含み、第一センシングユニット142は、第一貫通孔143を有し、且つ第一翼部134bに対応し、第二センシングユニット144は、第二貫通孔145を有し、且つ第二翼部135bに対応し、第一中央部134aの外径D3が第一センシングユニット142の第一貫通孔143の孔径H1よりも小さく、第二中央部135aの外径D4が第二センシングユニット144の第二貫通孔145の孔径H2よりも小さく、これにより、第一中央部134a及び第二中央部135aは、それぞれ、第一センシングユニット142の第一貫通孔143及び第二センシングユニット144の第二貫通孔145の中に嵌設される。また、第一金属部134及び第二金属部135が組み立て状態にあるときに、第一中央部134a及び第二中央部135aは、接続されることで、中央部（符号無し）を形成することができる。本実施例では、第二翼部135bと第二中央部135aの軸心が形成する中心角が180度であり、また、複数の第一翼部134bにより、等角度間隔で設置され、これにより、第一翼部134bと第二翼部135bは、異なる間隔角度の設計を採用し、第一センシングユニット142及び第二センシングユニット144は、２つの異なる測定範囲のセンシング信号を測定することができ、これは、計算ユニット160が角度バーニヤ計算法（Vernier Algorithm）及び角度追従計算法（Angle Follower Algorithm）により計算を行うことに有利である。なお、計算法の詳細な内容については、後述する。

モーター130を組み立てるときに、第一センシングユニット142は、第一金属部134に対応し、第二センシングユニット144は、第二金属部135に対応し、また、第一中央部134a及び第二中央部135aは、それぞれ、第一センシングユニット142の第一貫通孔143及び第二センシングユニット144の第二貫通孔145の中に嵌設される。このような配置により、第一金属部134及び第二金属部135がナット122と同期して回転するときに、第一センシングユニット142は、磁気信号又は光反射信号により、第一金属部134の回転角度をセンシングして第一センシング信号S1を出力することができ、第二センシングユニット144は、磁気信号又は光反射信号により、第二金属部135の回転角度をセンシングして第二センシング信号S2を出力することができ、計算ユニット160は、第一センシング信号S1及び第二センシング信号S2に基づいて、ネジ124の軸方向A上の位置を計算して得ることで、正確なタイヤ角度を知り、車両が正確に転向するようにさせることができる。また、第一中央部134a及び第二中央部135aがそれぞれ第一センシングユニット142の第一貫通孔143及び第二センシングユニット144の第二貫通孔145の中に嵌設されるため、素子間の接続をよりコンパクトにし、電動ステアリング・システム100全体の体積を減少させることができる。

また、本実施例では、第一金属部134の最大外径D5が第二貫通孔145の孔径H2よりも小さく、これにより、電動ステアリング・システム100を取り付けるときに、先に第一センシングユニット142及び第二センシングユニット144を殻体110内に固定し、それから、第一金属部134及び第二金属部135が第一部分133aに套設されて軸方向Aに沿って第二部分133bに固定されるようにし、続いて、ブッシング133の第一部分133aが第一金属部134とともに第二センシングユニット144の第二貫通孔145に挿通されるようにすることができ、第一金属部134の最大外径D5が第二貫通孔145の孔径H2よりも小さいので、第一金属部134は、簡単に第二貫通孔145を通過して第一センシングユニット142と第二センシングユニット144の間に設置することができ、これにより、第一センシングユニット142及び第二センシングユニット144は、それぞれ、第一金属部134及び第二金属部135に対応し、取り付けされやすいとの目的を達成することができる。

図5〜図7を参照する。図5は、本発明の他の実施例における電動ステアリング・システム100’の軸方向の断面図であり、図6は、図5の電動ステアリング・システム100’の一部の殻体110が除去された後の内部素子を示す図であり、図6における内部素子は、分解状態にあり、図7は、図6中の角度センサー140’及び金属部品136’を示す図である。本実施例における電動ステアリング・システム100’では、金属部品136’は、ブッシング133’に固設され、金属部品136’は、中央部136a、複数の第一翼部136b及び第二翼部136cを含み、第一翼部136b及び第二翼部136cは、中央部136aの外周面136dに設置され、詳細に言えば、第一翼部136bの数が例えば５つであり、複数の第一翼部136bは、等角度間隔で中央部136aの外周面136dに設置され、第二翼部136cは、扇形を呈し、且つ中央部136aの軸心と180度の中心角を形成し、第二翼部136cは、第一翼部136bの径方向の外側に位置し、且つ、第二翼部136cの径方向の内側は、一部の第一翼部136bの径方向の外側に接続され、言い換えると、第一翼部136bは、中央部136aと第二翼部136cとの間に位置し、且つ中央部136a及び第二翼部136cに接続される。

角度センサー140’は、第一センシングユニット142’、第二センシングユニット144’及び複数の接続部147を含み、ここで、接続部147の数が例えば４つであり、第一センシングユニット142’は、第一貫通孔143’を有し、且つ第一翼部136bに対応し、第二センシングユニット144’は、第二貫通孔145’を有し、且つ第二翼部136cに対応し、第一センシングユニット142’は、第二貫通孔145’の中に設置され、接続部147は、第一センシングユニット142’及び第二センシングユニット144’に接続され、言い換えると、第二貫通孔145’は、第一貫通孔143’をカバーする。中央部136aの外径D6が第一貫通孔143’の孔径H1よりも小さく、且つ、中央部136aの外径D6が第二貫通孔145’の孔径H2よりも小さく、これにより、中央部136aは、第一貫通孔143’及び第二貫通孔145’の中に嵌設される。電動ステアリング・システム100’と上述の電動ステアリング・システム100との主な相違点は、電動ステアリング・システム100の角度センサー140が２つの独立した素子、即ち、第一センシングユニット142及び第二センシングユニット144を含むが、電動ステアリング・システム100’の角度センサー140’が単一の素子であり、電動ステアリング・システム100の金属部品136が２つの独立した素子、即ち、第一金属部134及び第二金属部135を含むが、電動ステアリング・システム100’の金属部品136’が単一の素子であることにある。これにより、構造全体を簡略化することができ、角度センサー140’及び金属部品136’を取り付けるときに干渉が生じないようにさせることができる。

モーター130’を組み立てるときに、金属部品136’の中央部136aが第一貫通孔143’内に嵌設され、且つ第一センシングユニット142’及び第二センシングユニット144’が、それぞれ、第一翼部136b及び第二翼部136cに対応し、これにより、第一センシングユニット142’及び第二センシングユニット144’は、それぞれ、第一翼部136b及び第二翼部136cの回転角度をセンシングし、そして、それぞれ、第一センシング信号S1及び第二センシング信号S2を出力することができ、本実施例では、第二翼部136cが扇形を呈し、且つ中央部136aの軸心と180度の中心角を形成すること、及び、複数の第一翼部136bが等角度間隔で設置されることにより、第二翼部136c及び第一翼部136bは、異なる間隔角度の設計を採用し、第一センシングユニット142’及び第二センシングユニット144’は、２つの異なる測定範囲のセンシング信号を測定することができ、このようなセンシング信号は、計算ユニット160が計算法に基づいて計算するために用いられ、また、モーター130に比べ、本実施例におけるモーター130’は、第一センシングユニット142と第二センシングユニット144との間の軸方向の隙間、及び、第一金属部134と第二金属部135との間の軸方向の隙間をさらに減少させることができるため、モーター130’が電動ステアリング・システム100’全体に要する空間をさらに減少させることができる。

また、電動ステアリング・システム100と同様に、本実施例では、ブッシング133’は、第一部分133a’及び第二部分133b’を有し、そのうち、第一部分133a’の外径D1が第二部分133b’の外径D2よりも小さく、金属部品136’は、固定部（図示せず）により第二部分133b’に固設され、且つ、金属部品136’は、第一部分133a’の径方向の外側に位置する。具体的に言えば、金属部品136’には、固定部が挿通されるための複数の貫通孔136eが設置されても良く、第二部分133b’の、金属部品136’に面する端面には、複数のネジ穴（図示せず）が設置されても良く、該複数のネジ穴には、固定部を固定することができる。なお、固定部については、図3に関連する説明を参照することができる。よって、電動ステアリング・システム100’は、同様に、金属部品136’の、ブッシング133’を超えた部分を最小化することで、モーター130’が占める体積を減少させることができる。

さらに言えば、金属部品136’の中央部136aの外径D6が第一貫通孔143’の孔径H1よりも小さいため、電動ステアリング・システム100’を取り付けるときに、先に第一センシングユニット142’及び第二センシングユニット144’が形成する角度センサー140’を殻体110内に固定し、それから、ブッシング133’の第一部分133a’を金属部品136’の中央部136aとともに第一貫通孔143’を通過させることで、第一センシングユニット142’及び第二センシングユニット144’は、それぞれ、第一翼部136b及び第二翼部136cに対応し、取り付けされやすいとの目的を達成することができる。

図8は、本発明の他の実施例におけるネジ位置計算方法のフローチャートである。図8を参照する。ここでは、電動ステアリング・システム100を例として説明を行う。本実施例では、モーター130に配置される第一センシングユニット142及び第二センシングユニット144により出力される第一センシング信号S1及び第二センシング信号S2に基づいて、ネジ124の軸方向A上の位置を計算により取得する。以下、各ステップを詳細に説明する。先ず、電動ステアリング・システム100を起動し（ステップS01）、電動ステアリング・システム100起動時に、第一センシングユニット142及び第二センシングユニット144は、上述の第一金属部134及び第二金属部135の回転角度をセンシングすることで、モーター130のローター132の回転角度θを測定し、そして、それぞれ、第一センシング信号S1及び第二センシング信号S2を取得し、このときに、第一センシングユニット142及び第二センシングユニット144は、それぞれ、第一センシング信号S1及び第二センシング信号S2を計算ユニット160に出力し（ステップS02）、計算ユニット160は、第一センシング信号S1と第二センシング信号S2との差dを基づいて、第一計算法により位置を算出する（ステップS03）。本実施例では、第一計算法は、角度バーニヤ計算法であり、２つの異なる測定範囲のセンシング信号の差に基づいて正確な測定結果を計算して得ることができる。

図9〜図12を参照する。図9は、図8における第一センシングユニット142及び第二センシングユニット144がそれぞれ対応する第一センシング信号S1及び第二センシング信号S2を示す図であり、図10は、図9における第一センシング信号S2及び第二センシング信号S2、並びに目標角度を示す図であり、図11は、図9における第一センシング信号S1と第二センシング信号S2との減算後の差を示す図であり、図12は、図11における差の正数と総回転角度の対照を示す図である。詳細に言えば、本実施例では、次のように仮定し、即ち、入力軸170の総回転角度範囲（即ち、ハンドルの総回転角度）が0〜9000度の間にあり、第一センシングユニット142が測定する第一センシング信号S1が第一測定範囲R₁に対応し、本実施例では、第一測定範囲R₁が125度であり、第二センシングユニット144が測定する第二センシング信号S2が第二測定範囲R₂に対応し、本実施例では、第二測定範囲R₂が360度である。測定された目標値がそれぞれの測定範囲を超えたときに、第一センシング信号S1又は第二センシング信号S2は、0度から再び逓増する。なお、角度バーニヤ計算法では、第一測定範囲R₁が第二測定範囲R₂と異なる必要があり、このようにして、同一の回転角度に対して測定を行うときに差dをスムーズに得ることができる。

図10を参照する。本実施例では、次のように仮定し、即ち、ネジ124の実際の移動距離が36mmであり、ナット122の回転角度θが1620度であり、ローター132及びナット122が同軸に接続され、且つ同期して回転するため、モーター130のローター132の回転角度θがナット122の回転角度であり、このときに、対応して得られた第一センシング信号S1が120度であり、第二センシング信号S2が180度であり、差dがS1-S2=-60度であり、差dが負数であるため、第二測定範囲R2を補う必要があり、又は、図11における対照関係によりそれを差の正数d_pos=-60+R₂=300にする必要がある。差の正数d_posを得た後に、以下の表１又は図12により角度の修正値を取得することができる。

表１は、実際の回転角度、差の正数、及び角度の修正値の対照関係を示すものである。

表１又は図12から分かるように、計72個の異なる差の正数d_posがあり、また、総測定範囲（9000度）が72個の領域に分けられている。本実施例における回転角度は、差の正数d_pos=300度に基づいて、実際の回転角度θが第13個目の領域にあり、角度の修正値が1500度であることが分かる。よって、以下の式で実際の回転角度θを計算することができる。

そのうち、θ_actualは、ナット122が回転する実際の角度であり、θ_correctionは、角度の修正値である。よって、実際の回転角度θは、1500+120=1620度であり、そのうち、角度の修正値は、単一領域の角度の値（範囲）（125度）と、領域間隔数（13-1=12）との乗積と見なすことができる。

上述の第一計算法によりナット122の実際の回転角度θを得た後に、線角伝動比によりネジ124の軸方向A上の位置を得ることができ、このときに、計算ユニット160は、計算結果を検証することができ（ステップS04）、即ち、センシング信号に明らかな波動があるか、又は、測定範囲を超えたなどの異常現象があるかを確認する。第一センシング信号S1及第二センシング信号S2がともに信頼でき、且つ明らかな異常がなければ（ステップS05）、計算ユニット160は、得られた回転角度θを初期値とし、また、その後に経過した時間区間t及び回転角度θの変化量Δθに基づいて、第二計算法により回転角度θ及びネジ124の位置を更新する（ステップS06）。本実施例では、第二計算法は、角度追従計算法であり、積分の原理を用いて、時間区間tにおける角度変化量Δθの合計を、第一計算法により得られた初期値に重ねることで回転角度θを更新する。一方、第一センシング信号S1又は第二センシング信号S2に異常現象があり、又は、電動ステアリング・システム100が再起動するときに、計算ユニット160は、再び、第一センシングユニット142及び第二センシングユニット144が出力した第一センシング信号S1及び第二センシング信号S2を読み取り、上述のステップを繰り返して行うことができる。

以上のことから、本発明による電動ステアリング・システムは、殻体内に配置される第一センシングユニット及び第二センシングユニットにより、第一センシング信号及び第二センシング信号を取得し、そして、計算することによりネジの軸方向の位置を得ることができるため、入力軸がないときにネジの位置を把握できない問題を解決することができる。また、入力軸及び入力軸に配置されるセンシングユニットを省略することができるため、素子が占用する体積及び所要のコストを大幅に減少させることができ、異なる種類の車両に対応することができ、システムの機能及び利便性を向上させることもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の技術的範囲に属する。

100、100’：電動ステアリング・システム
110：殻体
120：ボールねじ
122：ナット
124：ネジ
126：ラック部
130、130’：モーター
131：ステータ
132：ローター
133、133’：ブッシング
133a、133a’：第一部分
133b、133b’：第二部分
134：第一金属部
134a：第一中央部
134b、136b：第一翼部
134c、135c、136e：貫通孔
134d、135d、136d：外周面
135：第二金属部
135a：第二中央部
135b、136c：第二翼部
136、136’：金属部品
136a：中央部
137：固定部
140、140’：角度センサー
142、142’：第一センシングユニット
143、143’：第一貫通孔
144、144’：第二センシングユニット
145、145’：第二貫通孔
147：接続部
160：計算ユニット
170：入力軸
A：軸方向
d：差
dpos：差の正数
D1、D2、D3、D4、D6：外径
D5：最大外径
H1、H2：孔径
R1：第一測定範囲
R2：第二測定範囲
S1：第一センシング信号
S2：第二センシング信号
S01、S02、S03、S04、S05、S06：ステップ
t：時間区間
θ：回転角度
θactual：実際の角度
θcorrection：角度の修正値
Δθ：変化量

Claims

電動ステアリング・システムであって、
殻体；
ナット及びネジを含むボールねじであって、前記ナットが回転するときに、前記ネジが軸方向の変位を行うようにさせる、ボールねじ；
前記殻体内に配置され、且つ前記ナットに接続されるモーターであって、
前記モーターは、前記ナットが回転するように駆動し、
前記モーターは、
前記ネジに配置され、且つ前記ナットと同時に動くブッシング；及び
前記ブッシングに固設され、且つ中央部、第一翼部及び第二翼部を含む金属部品であって、前記第一翼部及び前記第二翼部が前記中央部の外周面に設置される、金属部品を含む、モーター；
前記殻体内に配置され、且つ前記殻体に対して固定される角度センサーであって、
前記角度センサーは、
第一貫通孔を有し、且つ前記第一翼部に対応する第一センシングユニット；及び
第二貫通孔を有し、且つ前記第二翼部に対応する第二センシングユニットを含む、角度センサー；及び
前記第一センシングユニット及び前記第二センシングユニットに電気接続される計算ユニットを含み、
前記中央部の外径が前記第一貫通孔の孔径よりも小さく、且つ前記中央部の前記外径が前記第二貫通孔の孔径よりも小さく、これにより、前記中央部は、前記第一貫通孔及び前記第二貫通孔の中に嵌設され、
前記電動ステアリング・システム起動時に、前記第一センシングユニット及び前記第二センシングユニットは、前記モーターの回転角度をセンシングし、それぞれ、第一センシング信号及び第二センシング信号を前記計算ユニットに出力し、前記計算ユニットは、前記第一センシング信号及び前記第二センシング信号に基づいて計算することで、前記ネジの軸方向の位置を得る、電動ステアリング・システム。
請求項1に記載の電動ステアリング・システムであって、
前記金属部品は、第一金属部及び第二金属部を含み、
前記第一金属部は、第一中央部及び前記第一翼部を含み、前記第一翼部は、前記第一中央部の外周面に接続され、前記第一中央部の外径が前記第一貫通孔の前記孔径よりも小さく、これにより、前記第一中央部は、前記第一貫通孔の中に嵌設され、
前記第二金属部は、第二中央部及び前記第二翼部を含み、前記第二翼部は、前記第二中央部の外周面に接続され、前記第二中央部の外径が前記第二貫通孔の前記孔径よりも小さく、これにより、前記第二中央部は、前記第二貫通孔の中に嵌設され、
前記第一中央部及び前記第二中央部が接続されて前記中央部を形成し、前記第一金属部の最大外径が前記第二貫通孔の前記孔径よりも小さい、電動ステアリング・システム。
請求項1に記載の電動ステアリング・システムであって、
前記第一センシングユニットは、前記第二貫通孔の中に設置され、前記角度センサーは、接続部をさらに含み、前記接続部は、前記第一センシングユニット及び前記第二センシングユニットに接続される、電動ステアリング・システム。