JP3675651B2 - トルクセンサ及び舵取装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイールに加わる操舵トルク等を検出するトルクセンサ及び該トルクセンサの検出結果に基づいて電動モータを駆動し、操舵補助力を発生させる舵取装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車用の舵取装置には、トルクセンサによりステアリングホイールに加わる操舵トルクを検出し、この検出した操舵トルクに応じて、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減するものがある。
トルクセンサには、ステアリングホイールの軸である入力軸と出力軸とを連結する連結軸に生じる捩れ角を、磁気結合の変化に変換し、磁気結合の変化により生じるコイルのインピーダンスの変化により、ステアリングホイールに加わった操舵トルクを検出するもの、入力軸と出力軸とを連結する連結軸に生じる捩れ角を、複数のギアとカムとの組み合わせにより位置変化に変換し、変換した位置変化に応じた電気信号により、ステアリングホイールに加わった操舵トルクを検出するもの等がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなトルクセンサでは、製造工程において、その検出信号である電気信号の中立点の調整及びゲインの調整が必要であり、また、個々の電気信号の直線性のバラツキが生じることがあるので、機械部品の精度及び組み付け寸法の管理を厳しく行う必要があった。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第1発明では、機械部品の組み付け、検出信号の中立点調整及び検出信号のゲイン調整が容易であり、また、製品部留りが良いトルクセンサを提供することを目的とする。
第2発明では、第1発明に係るトルクセンサを使用した舵取装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
第1発明に係るトルクセンサは、入力軸に加わるトルクを、入力軸と出力軸とを連結する連結軸に生じる捩れ角によって検出し、検出したトルクに応じて電気信号を出力するトルクセンサにおいて、前記入力軸及び出力軸夫々に取付けられている第1及び第2のギヤと、該第1及び第2のギヤの両方と噛合する第3のギヤと、第3のギヤに取付けられ、第3のギヤの回転中心に対して偏倚している偏倚部を有する偏倚体と、第3のギヤの回転に伴う偏倚体の回転に連動して移動する移動体と、該移動体の移動量に応じた電気信号を発生させる移動量出力手段と、前記移動量に応じた電気信号及び予め設定された、前記トルクに応じて出力すべき電気信号を対応させて記憶してある記憶手段と、前記移動量出力手段が発生させた電気信号及び前記記憶手段が記憶してある内容に基づき、前記出力すべき電気信号を出力する手段とを備えることを特徴とする。
【0007】
このトルクセンサでは、第1及び第2のギヤが入力軸及び出力軸夫々に取付けられ、第3のギヤが第1及び第2のギヤの両方と噛合している。偏倚体は、第3のギヤに取付けられ、第3のギヤの回転中心に対して偏倚している偏倚部を有し、移動体は、第3のギヤの回転に伴う偏倚体の回転に連動して移動し、移動量出力手段は、移動体の移動量に応じた電気信号を発生させる。記憶手段は、移動体の移動量に応じた電気信号及び予め設定された、トルクに応じて出力すべき電気信号を対応させて記憶してあり、出力する手段は、移動量出力手段が発生させた電気信号及び記憶手段が記憶してある内容に基づき、前記出力すべき電気信号を出力する。これにより、機械部品の組み付け、検出信号の中立点調整及び検出信号のゲイン調整が容易となり、また、製品部留りが良くなる。また、個々の特性のバラツキが小さくなり、故障により交換した場合の調整が容易である。
【0008】
第2発明に係る舵取装置は、請求項1に記載されたトルクセンサを備えてなることを特徴とする。
【0009】
この舵取装置では、請求項1に記載されたトルクセンサを備えているので、トルクセンサの検出信号の中立点調整及び検出信号のゲイン調整が容易である。また、故障によりトルクセンサを交換した場合の調整が容易である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明に係るトルクセンサ及び舵取装置の実施の形態1の要部構成を示す縦断面図である。この舵取装置は、上部軸2の上端部に操舵輪1が取付けられ、上部軸2の下端部には第1ダウエルピン4を介して筒状の入力軸5及びこれの内側に挿入される連結軸(トーションバー)6の上端部が連結されており、連結軸6の下端部に第2ダウエルピン7を介して筒状の出力軸8が連結され、上部軸2、入力軸5及び出力軸8が軸受9,10,11を介してハウジング12内に夫々回転可能に支持されている。
【0011】
このハウジング12内には、連結軸6を介して連結される入力軸5及び出力軸8の相対変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ13と、トルクセンサ13の検出結果に基づいて駆動される操舵補助用の電動モータ14の回転を減速して出力軸8に伝達する減速機構15とを備え、操舵輪1の回転に応じた舵取機構の動作を電動モータ14の回転により補助し、舵取のための運転者の労力負担を軽減するように構成されている。また、出力軸8の下端部は、ユニバーサルジョイントを介してラックピニオン式の舵取機構に連結されている。
【0012】
トルクセンサ13は、入力軸5に軸長方向に移動可能として第1かさ歯車13aが取付けられており、出力軸8に第2かさ歯車13bが固定されている。第1及び第2かさ歯車13a,13bは、歯部側を夫々対向させた状態で適宜距離を隔てて配置されている。3つの第3かさ歯車13c,13c,13cが、第1及び第2かさ歯車13a,13bの周方向に120°ずつ隔ててこれらと噛合している。これら3つの第3かさ歯車13c,13c,13cは、リング状の保持器13dによって、連結軸6の軸心回りに転動可能であり、また回転中心回りに回転も可能であるように前記転動の半径方向外側の回転軸を回転可能に片持ち支持された状態で保持されている。
【0013】
1つの第3かさ歯車13cには、その回転軸に両端部が円弧面となっている一方向に長い板状のカム13e(偏倚体)が、第3かさ歯車13cの回転軸の保持器13dによる保持部分より外側に、その一端部を回転中心として取付けられている。カム13eの上側では円環状のスライダ13fが入力軸5に遊嵌されている。
【0014】
このスライダ13fは、ハウジング12の内部で、スライダ13fに対向して設けられたばね座との間に介装された第1コイルばね13gによって、その上端面を付勢されていて、下端面がカム13eに常に押し付けられるようになっている。スライダ13fの外周には磁性体製の小片13j(移動体)が取り付けられており、ハウジング12に固定されているトルクセンサ13の基板13kの、磁性体製の小片13jに対向する位置には、磁気抵抗素子13i(MRE)(移動量出力手段)が設けられている。
【0015】
図2は、トルクセンサ13の基板13k上に設けられた電気回路の構成例を示すブロック図である。この電気回路は、入力軸5に加わったトルクに応じた磁性体製の小片13jの変位により生じる磁界の変化に応じた磁気抵抗素子13iの出力電圧をA/D変換するA/Dコンバータ21と、A/Dコンバータ21が変換したデジタル信号に応じたデジタル信号を出力するように、マトリクスに構成されているEPROM22(Erasable and Programmable ROM )(記憶手段)と、EPROM22が出力したデジタル信号をD/A変換するD/Aコンバータ23(出力する手段)とを備えている。
【0016】
図4(a)に示すように、入力軸5に加わったトルクに対して、トルクセンサ13の検出信号(電気信号)の特性が目標特性(実線)のようになるべき場合に、磁気抵抗素子13iの出力電圧の特性が、例えば、実機特性(破線)のようになる場合、EPROM22は、A/D変換された磁気抵抗素子13iの出力電圧値(実機特性)に対して、目標特性に従う電圧値を出力するように、マトリクスに構成されている。つまり、EPROM22は、A/D変換された磁気抵抗素子13iの出力電圧値をアドレスとして、そのアドレスに記憶した目標特性に従う電圧値を出力するように、トルクセンサ13の組立時に設定され、トルクセンサ13の、入力軸5に加わったトルクに対する検出信号の特性としては、図4(b)に示すように、目標特性と略等しくなるようになっている。
【0017】
尚、図1において、第1、第2、及び第3かさ歯車13a,13b,13c間のバックラッシを減じ、またスライダ13fが常に入力軸5の中心軸と平行に動作するように、第1かさ歯車13a及びスライダ13fの間に第2コイルばね13hが配置されている。
また、スライダ13f付近のハウジング12の一部には開口部が設けられており、この開口部を塞ぐように矩形板状の基板受け16がその四隅をネジ止めされることによってハウジング12に固定されている。
【0018】
図3は、実施の形態1の舵取装置の動作を説明する為の説明図である。連結軸6が捩れずに入力軸5及び出力軸8が回転する場合には、第1及び第2かさ歯車13a,13bの回転差がない為、第3かさ歯車13cは回転せず、入力軸5、出力軸8、及び連結軸6は一体的に回転する。
【0019】
連結軸6が捩れて入力軸5及び出力軸8が回転する場合には、第1及び第2かさ歯車13a,13bに回転差が生じる。この為、第3かさ歯車13cが連結軸6の捩れ相当量だけ回転して、保持器13dと共に連結軸6の軸心回りに転動する。このとき、第3かさ歯車13cと共にカム13eも回転し、回転量に応じてスライダ13fが移動する。スライダ13fが移動すると、磁性体製の小片13jも同様に移動し、この移動による磁気抵抗素子13i周辺の磁界の変化により、磁気抵抗素子13iの抵抗値が変化する。この抵抗値の変化が磁気抵抗素子13iの出力電圧の変化となって出力される。
【0020】
磁気抵抗素子13iが出力した電圧は、A/Dコンバータ21によりA/D変換され、変換されたデジタル信号はアドレスとしてEPROM22に与えられる。EPROM22は与えられたアドレスに記憶してある値を出力する。この出力されたデジタル信号の値は、D/Aコンバータ23によりD/A変換され、アナログの電圧信号として、また、トルクセンサ13の検出信号として出力される。
【0021】
実施の形態2.
図5は、本発明に係るトルクセンサ及び舵取装置の実施の形態2における、入力軸5に加わったトルクに対するトルクセンサ13の検出信号の目標特性であり、トルクセンサ13のEPROM22に記憶してある。EPROM22は、磁気抵抗素子13iの出力電圧特性に対して、同一トルクのときは、例えば、図5(a),(b)又は(c)に示すような電圧値を出力するように、マトリクスに構成されている。
【0022】
トルクセンサ13は、(a)の場合は、実施の形態1と同様に、トルク値に対して比例関係の検出信号を出力する。(b)の場合は、トルク値の0付近に不感帯を有する検出信号を出力する。(c)の場合は、トルク値に対して非直線関係の検出信号を出力する。その他の構成及び動作は、実施の形態1で説明したトルクセンサ及び舵取装置の構成及び動作と同様であるので、説明を省略する。
【0023】
【発明の効果】
第1発明に係るトルクセンサによれば、機械部品の組み付け、検出信号の中立点調整及び検出信号のゲイン調整が容易となり、また、製品部留りが良くなる。また、個々の特性のバラツキが小さくなり、故障により交換した場合の調整が容易である。
【0025】
第2発明に係る舵取装置によれば、トルクセンサの検出信号の中立点調整及び検出信号のゲイン調整が容易である。また、故障によりトルクセンサを交換した場合の調整が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るトルクセンサ及び舵取装置の実施の形態1の要部構成を示す縦断面図である。
【図2】トルクセンサの基板上に設けられた電気回路の構成例を示すブロック図である。
【図3】本発明に係るトルクセンサ及び舵取装置の動作を説明する為の説明図である。
【図4】本発明に係るトルクセンサの動作を説明する為の説明図である。
【図5】本発明に係るトルクセンサの動作を説明する為の説明図である。
【符号の説明】
2 上部軸
5 入力軸
6 連結軸
8 出力軸
13 トルクセンサ
13a 第1かさ歯車
13b 第2かさ歯車
13c 第3かさ歯車
13e カム(偏倚体)
13f スライダ
13g 第1コイルばね
13h 第2コイルばね
13i 磁気抵抗素子(移動量出力手段)
13j 磁性体製の小片(移動体)
13k 基板
21 A/Dコンバータ
22 EPROM(記憶手段)
23 D/Aコンバータ(出力する手段)
Claims (2)
- 入力軸に加わるトルクを、入力軸と出力軸とを連結する連結軸に生じる捩れ角によって検出し、検出したトルクに応じて電気信号を出力するトルクセンサにおいて、
前記入力軸及び出力軸夫々に取付けられている第1及び第2のギヤと、該第1及び第2のギヤの両方と噛合する第3のギヤと、第3のギヤに取付けられ、第3のギヤの回転中心に対して偏倚している偏倚部を有する偏倚体と、第3のギヤの回転に伴う偏倚体の回転に連動して移動する移動体と、該移動体の移動量に応じた電気信号を発生させる移動量出力手段と、前記移動量に応じた電気信号及び予め設定された、前記トルクに応じて出力すべき電気信号を対応させて記憶してある記憶手段と、前記移動量出力手段が発生させた電気信号及び前記記憶手段が記憶してある内容に基づき、前記出力すべき電気信号を出力する手段とを備えることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項1に記載されたトルクセンサを備えてなることを特徴とする舵取装置。
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