JP3696397B2

JP3696397B2 - 動力舵取装置の舵角検出装置

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Publication number: JP3696397B2
Application number: JP09738298A
Authority: JP
Inventors: 佳史小幡; 克博橋本; 修宮崎
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2018-04-09
Also published as: DE69812504T2; JPH1199948A; US6062123A; DE69812504D1; EP0899183A1; EP0899183B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力舵取（パワーステアリング）装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動ポンプによって油圧を供給する方式の動力舵取装置においては、省エネルギーのため、操舵していないスタンバイモードでは電動ポンプのモータが低い一定の回転数で回転している。そして、運転手が操舵をすると、ステアリングのトーションバーが捻れて、ロータリバルブにおける油の流路が変化することにより抵抗が増し、油圧回路の圧力が上昇する。これによってモータの負荷が増大し、モータ電流は増加する。この増加が所定のレベルを超えた場合、モータへの印加電圧を増加して回転数を増大させることでパワーモードに移行する。この結果、十分な流量の油が動力舵取装置の油圧シリンダに供給され、操舵補助力が発生する。すなわち、当該装置では、操舵の結果として生じる圧力の上昇に基づいてパワーモードへの移行が行われる。
【０００３】
一方、特開昭６３−３１７７０２号公報には、ギヤボックス内のステアリングシャフト側と車輪側とにそれぞれ磁極ドラムを設け、かつ、これらの磁気を検出する磁気センサをギヤボックス内に設けた動力舵取装置が示されている。本装置は、一対の磁極ドラムの相対的な回転量及び絶対的な回転量に基づいて、ステアリングシャフトに与えられているトルク（操舵力）と回転角（舵角）とを検出し、その検出に基づいて操舵力をアシストするように構成されている。すなわち、当該装置では、操舵力及び操舵角をセンサにより直接検出して、それらに基づく操舵補助力を発生させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の動力舵取装置のうち、前者においては、通常のゆっくりした操舵であれば電動ポンプの流量に余裕があるため、圧力が上昇して上記のパワーモードへの移行が円滑に行われる。しかしながら、急速な操舵が行われた場合は、ステアリングギアの油圧シリンダ内に流入すべき流量が大きいため、ロータリバルブへの供給流量の絶対量が不足し、圧力の上昇が起こりにくくなる。そのため、パワーモードへの移行が迅速に行われない。また、このこととは別に、電動ポンプからステアリングギアの油圧シリンダに至る油圧経路に用いられているゴムホースが、圧力の上昇が起こる際に膨らんで、一時的に管路の流体抵抗が下がる。そのため、圧力上昇にタイムラグが生じて、結果的に操舵補助力の応答性が悪くなる。
一方、後者においては、圧力に依存せず、操舵力及び舵角を直接磁気センサにより検出して操舵補助力を発生させるので、操舵補助力の応答性には優れているが、磁極ドラムの着磁加工が容易ではないという問題点がある。しかも、磁極ドラムは２枚必要であるため、製作に長時間を要する。
結局、センサなしの構造で圧力変化によって操舵を検出しようとすれば操舵補助力の応答性が悪く、一方、磁気センサを設けることによって応答性を確保しようとすれば製作の困難性に直面する。
【０００５】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、動力舵取装置における製造の容易性を確保することのできる舵角検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の動力舵取装置の舵角検出装置は、動力舵取装置のバルブハウジング内にあって、外周部に穴を有する入力軸と、前記入力軸に取り付けられた磁性体からなる所定形状の被検出リング部及び、この被検出リング部から前記入力軸の軸方向に延設された取付部を有する部材であって、前記入力軸に外挿され、その外挿部位における前記入力軸の外径より大きい内径を有し、前記取付部の外周側から内周側へ貫通した貫通ねじ孔を有するパルサーリングと、前記被検出リング部に対向して前記バルブハウジングに設けられた、ホール素子を含むセンサと、前記貫通ねじ孔に螺着され、先端部が前記穴に挿入された状態で緊締されたボルトとを備えたことを特徴とするものである（請求項１）。
【０００７】
このように構成された舵角検出装置においては、操舵により、被検出リング部が入力軸とともに回動する。センサは、被検出リング部の回動を磁気的に検知する。被検出リング部は磁性体を所定形状に形成しただけのものであり、着磁等の困難な処理を全く必要としない。従って製造が容易である。また、パルサーリングは、圧入ではない自然な外挿により入力軸に装着され、ボルトの緊締により、ボルトを介して入力軸と固定される。圧入でないことにより、一旦装着された後のパルサーリングの取り外しが可能になる。
【０００８】
また、前記舵角検出装置（請求項１）において、ボルトの先端部にはセレーションが設けられていてもよい（請求項２）。
この場合、ボルトの緊締によりセレーションを有する先端部が穴の表面に食い込み、入力軸とパルサーリングとの静摩擦力を増大させる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態による動力舵取装置の舵角検出装置を示す断面図である。
図１において、バルブハウジング１の内部には、その中心部に、ステアリングホイール（図示せず。）に連結された入力軸２とトーションバー３とが挿通されている。入力軸２は、ステアリングホイール側（図の上方）端部においてトーションバー３と互いに固定されていて、他端部側は自由に回転し得るように保持されている。また、トーションバー３の下端部には出力軸４が接続されている。
入力軸２に与えられた操舵力（回転トルク）はトーションバー３を介して出力軸４に伝達される。従って、トーションバー３の捻れの分だけ入力軸２の回転と出力軸４の回転とに相対差が生じる。この相対差を利用して、既知のロータリバルブ５が構成されている。なお、ロータリバルブ５の軸方向上下にはそれぞれオイルシール１５及び１６が設けられている。
【００１３】
バルブハウジング１の内部の、オイルシール１５より上方の位置において、入力軸２の外周には、磁性体からなるパルサーリング６が設けられている。このパルサーリング６は、リング状の被検出リング部６ａと、この被検出リング部６ａから入力軸２の軸方向に延設された取付部６ｂとを有している。パルサーリング６は、入力軸２に外挿され、かつ、一対以上のボルト１７が取付部６ｂを貫通して螺着されることで、入力軸２に対して同軸に固定されている。従って、パルサーリング６は入力軸２と同期して回動する。パルサーリング６の被検出リング部６ａの外周面には多数の凹凸が歯車状に連続して形成されている。
【００１４】
センサ７は、バルブハウジング１の側面に設けられた取付孔１ａに入力軸２の軸心に向けて挿入され、取付具８によって固定されている。また、センサ７の外周部にはＯリング１８が装着されている。センサ７の先端部７ａはパルサーリング６の被検出リング部６ａに対して、微小な隙間を保って対向している。センサ７はホール素子を含むものであり、パルサーリング６の被検出リング部６ａの外周の凹凸に応じた磁気抵抗の変化によりホール素子の磁界を変化させ、それにより出力信号を変化させる。出力信号はケーブル９を介して後述の所定の回路に送られる。なお、パルサーリング６に隣接して、パルサーリング６側への塵埃の侵入を防ぐためのダストカバー１０が設けられている。
【００１５】
図６は上記パルサーリング６周辺の部分拡大断面図である。図において、ボルト１７は、外周部に雄ねじ１７ａ、テーパ状の先端部にセレーション（断面が鋸歯状の表面仕上げ）１７ｂ、内部に六角穴１７ｃを有する。雄ねじ１７ａには樹脂コーティングが施されている。パルサーリング６の取付部６ｂには、その外周側から内周側に（すなわち径方向に）貫通ねじ孔６ｃが設けられている。また、入力軸２の外周部には円錐形状の穴２ａが設けられている。なお、パルサーリング６の内径は、外挿部位における入力軸２の外径より若干大きい。従って、入力軸２とパルサーリング６との間には若干の隙間がある。
【００１６】
入力軸２にパルサーリング６を取り付けるには、まず、パルサーリング６を入力軸２に外挿し、穴２ａと貫通ねじ孔６ｃとの位置合わせを行う。前述のように、パルサーリング６の内径は入力軸２の外径より若干大きいため、パルサーリング６の圧入を行う必要はなく、単に外挿するのみで足りる。従って、パルサーリング６には圧入によるストレスがかからない。次に、六角穴１７ｃを用いてボルト１７を貫通ねじ孔６ｃにねじ込む。ねじ込み途中に、ボルト１７の先端部が回転しながら穴２ａに案内されて、入力軸２とパルサーリング６とが相対的に微動し、穴２ａの中心と貫通ねじ孔６ｃの中心とが正確に一致する。
【００１７】
各ボルト１７の緊締により、ボルト１７を介して入力軸２とパルサーリング６とは互いに固定される。また、ボルト１７の緊締により、セレーション１７ｂは穴２ａの表面にわずかに食い込む。これにより、ボルト１７と入力軸２との静摩擦力が増強され、外部から入力軸２に伝達される振動等によるパルサーリング６のがたつきを防止することができる。また、雄ねじ１７ａに施された樹脂コーティングにより、雄ねじ１７ａと貫通ねじ孔６ｃとの間の微小な隙間が埋められるため、パルサーリング６のがたつきを防止することができる。さらに、この樹脂コーティングはボルト１７の抜け防止効果、及び、ボルト１７の頭部側（図の右側）からの水の侵入防止効果もある。
【００１８】
なお、取付後、パルサーリング６が不良品であることが判明した場合等には、ボルト１７を取り外した後、パルサーリング６を入力軸２から抜き去る。圧入によりパルサーリング６を装着する構造では、一旦装着したパルサーリング６を、その後取り外すことは極めて困難であり、入力軸２を含む装置全体ごと取り替えざるを得ない事態を招くが、本実施形態では入力軸２とパルサーリング６との間に隙間があるため、取り外しが容易である。
【００１９】
上記のように構成された舵角検出装置において、操舵によって入力軸２が回動すると、パルサーリング６の被検出リング部６ａが回動する。この回動量に応じた数の被検出リング部６ａの凹凸がセンサ７の前を通過する。センサ７は凹凸を磁気抵抗の変化として捉え、この変化数分のパルス列を出力する。入力軸２の回動速度が早いほど単位時間当たりのパルス数が増加する。
【００２０】
図２は、ロータリバルブ５に油圧を供給するための電動ポンプのモータ１１とその制御回路を示す回路図である。
図において、モータ１１はコントローラ１２のモータ接続端子＋Ｍ及び−Ｍに接続されている。バッテリ（車載のバッテリ）１３はコントローラ１２の電源端子＋Ｂ及び接地側端子ＧＮＤに接続されている。イグニッションキースイッチ１４はバッテリ１３の正側とコントローラ１２のイグニッションキー接続端子ＩＧに接続されている。そして、上記センサ７はコントローラ１２のセンサ接続端子Ｘに接続されている。なお、センサ７への制御電源線の図示は省略している。
【００２１】
図３は、コントローラ１２の内部回路構成を示すブロック図である。コントローラ１２は、センサ７からの出力を受ける舵角信号検出部１２１と、モータ１１の電流を検出するモータ電流検出部１２２と、舵角信号検出部１２１及びモータ電流検出部１２２からの出力を受ける駆動電圧目標指示値決定部１２３と、モータ電流検出部１２２と駆動電圧目標指示値決定部１２３との間に挿入された無負荷電流検出部１２４と、モータ１１を駆動するモータ駆動部１２５と、モータ駆動部１２５の駆動電圧を検出する駆動電圧検出部１２６と、駆動電圧検出部１２６の出力及び駆動電圧目標指示値決定部１２３の出力を受ける駆動電圧決定部１２７とにより構成されている。
【００２２】
次に、図２及び図３に示したモータ１１の制御回路における制御動作について説明する。
まず、イグニッションキー１４がオン操作されることによりコントローラ１２が始動し、スタンバイモードの制御が行われる。スタンバイモードの制御とは、モータ１１の駆動電圧、すなわち駆動電圧検出部１２６により検出されるモータ駆動部１２５の出力電圧が所定値Ｖａ［Ｖ］になるようにモータ駆動部１２５によりＰＷＭ制御を行うことをいう。これにより、モータ１１は一定の低速回転を行い、所定の流量で油が動力舵取装置に供給される。
一方、操舵が行われていない無負荷時におけるモータ１１の電流がモータ電流検出部１２２及び無負荷電流検出部１２４によって検出される。
【００２３】
操舵が行われると、モータ１１の負荷が増加するためモータ１１に供給されている電流が変化（増加）する。このモータ電流変化量は、モータ電流検出部１２２の出力と無負荷電流検出部１２４の出力との差として駆動電圧目標指示値決定部１２３により把握される。図４は、この駆動電圧目標指示値決定部１２３において、モータ電流変化量に対してモータ駆動電圧Ｖ１をどのように変化させるかの特性を示すグラフである。例えば、モータ電流変化量がＡ_１［Ａ］まではモータ駆動電圧Ｖ１をＶａ［Ｖ］に維持しておく。そして、モータ電流変化量がＡ_１［Ａ］を超えると、モータ電流変化量の増大に比例して、モータ駆動電圧Ｖ１をＰＷＭ制御により増加させる。モータ電流変化量がＡ_３［Ａ］に達してモータ駆動電圧Ｖ１がバッテリ電圧（Ｖｂ［Ｖ］）に等しくなったところでパワーモードの制御に移行する。パワーモードの制御とはモータ駆動電圧をバッテリ電圧としてＰＷＭ制御をデューティ比１００％にすることをいう。スタンバイモードからパワーモードへの過渡的状態を遷移モードという。遷移モードにおけるモータ駆動電圧Ｖ１の変化特性は、図示のようなヒステリシスを有する。すなわち、スタンバイモードからパワーモードへの移行と、パワーモードからスタンバイモードへの移行とで特性が異なる。パワーモードからスタンバイモードへの移行時においては、モータ電流変化量がＡ_２［Ａ］（Ａ_２＜Ａ_３）になったときから以後、モータ電流変化量の減少に比例してモータ駆動電圧Ｖ１を低減させる。
【００２４】
以上の制御はモータ電流の変化量に基づいて行われるが、これとは別にセンサ７の出力に基づく制御が以下のように行われる。
前述のように操舵時のセンサ７の出力信号はパルス列であり、これを受けた舵角信号検出部１２１は、所定の単位時間に入力されたパルスの数をカウントして１秒あたりの操舵速度（角度／秒）を求める。求めた操舵速度は駆動電圧目標指示値決定部１２３に送られる。駆動電圧目標指示値決定部１２３は、操舵速度に応じて一定の関係で出力すべきモータ駆動電圧を求める。図５は、この操舵速度とモータ駆動電圧Ｖ２との関係を示すグラフである。図に示すように、操舵速度がＳ_１［ｄｅｇ／秒］より大きい場合、操舵速度に比例してモータ駆動電圧Ｖ２を大きくする。そして、操舵速度Ｓ_２［ｄｅｇ／秒］以上のときモータ駆動電圧Ｖ２がＶｃ［Ｖ］で一定になるようにする。また、操舵速度がＳ_１［ｄｅｇ／秒］以下のときはモータ駆動電圧Ｖ２を出力しないものとする。
【００２５】
上記の、モータ電流変化量に基づくモータ駆動電圧Ｖ１（図４）と、操舵速度に基づくモータ駆動電圧Ｖ２（図５）とは、駆動電圧目標指示値決定部１２３により加算され、加算して得られた電圧Ｖ１＋Ｖ２がモータ駆動電圧として駆動電圧決定部１２７に対して出力される。なお、加算して得られた電圧Ｖ１＋Ｖ２がバッテリ電圧以上になった場合は、バッテリ電圧をモータ駆動電圧として出力する。
従って、操舵速度がＳ_１［ｄｅｇ／秒］以下であるとき、すなわち通常のゆっくりとした操舵が行われた場合は、操舵速度に基づくモータ駆動電圧Ｖ２は出力されず、モータ電流変化量に基づくモータ駆動電圧Ｖ１のみがモータ駆動部１２５からモータ１１に与えられる。これにより、ロータリバルブ５に油圧を供給する電動ポンプは、図４の特性にのみ基づいて与えられたモータ駆動電圧に応じた回転数で回転し、その回転数に応じた油圧を動力舵取装置に供給する。
【００２６】
一方、操舵速度がＳ_１［ｄｅｇ／秒］を超えるとき、すなわち急激な操舵が行われたときは、操舵速度に応じたモータ駆動電圧Ｖ２が出力され、モータ電流変化量に基づくモータ駆動電圧Ｖ１に加算される。従って、モータ電流がまだ変化していないうちに、所定のモータ駆動電圧が出力される。例えば、操舵速度がＳ_２［ｄｅｇ／秒］もの非常に急激な操舵が行われると、図５の特性より出力すべきモータ駆動電圧Ｖ２はＶｃ［Ｖ］となる。このとき、モータ電流の変化はまだ起こっていないか又はわずかに変化し始めている状態にある。従って、電流変化量に対するモータ駆動電圧Ｖ１はＶａ［Ｖ］又はそれより若干大きい程度である。しかしながら、そのモータ駆動電圧Ｖ１は、駆動電圧目標指示値決定部１２３により前記モータ駆動電圧Ｖ２（＝Ｖｃ［Ｖ］）と加算される。従って、合計のモータ駆動電圧は（Ｖａ＋Ｖｃ）［Ｖ］以上の値となる。この結果、実際に出力可能なバッテリ電圧の範囲内でモータ駆動電圧が出力され、モータ駆動部１２５からモータ１１に与えられる。こうして、モータ１１の回転数は急速に増加し、十分な油量が動力舵取装置に供給される。従って、必要な操舵補助力が遅れることなく発生する。
【００２７】
以上のようにして、センサ７の出力から操舵速度を検出し、これに基づいて出力すべきモータ駆動電圧を、モータ電流変化量に基づいて出力すべきモータ駆動電圧に加算することにより、急激な操舵が行われたときの操舵補助力の応答性を高めることができる。
【００２８】
なお、上記の実施形態においては、図１に示すように、オイルシール１５より上方にパルサーリング６及びセンサ７を設けたが、取付位置は当該位置に限定されるものではなく、要するに入力軸２のどこかにパルサーリング６を取り付ければよい。例えば、オイルシール１５とロータリバルブ５との間（すなわち油室内）に設けてもよい。また、操舵速度ではなく舵角のみを検出する場合には、出力軸４側にパルサーリングとセンサとを設けてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の動力舵取装置の舵角検出装置によれば、磁性体からなる被検出リング部の回動をセンサが磁気的に検出する。かかる被検出リング部は磁性体を所定形状に形成しただけのものであり、着磁等の困難な処理を全く必要としないので、製造が容易である。また、ホール素子を含むセンサとの組み合わせにより廉価に舵角検出装置を構成できる。
【００３０】
さらに、パルサーリングは、圧入ではない自然な外挿により入力軸に装着され、ボルトの緊締により、ボルトを介して入力軸と固定されるので、一旦装着された後のパルサーリングの取り外しが可能になる。従って、装着したパルサーリングが不良品であった場合、これを容易に取り替えることができる。また、圧入によってパルサーリングがストレスを受けることを回避できるので、パルサーリングの変形等を防止することができる。
【００３１】
請求項２の舵角検出装置によれば、ボルトの緊締によりセレーションを有する先端部が穴の表面に食い込み、入力軸とパルサーリングとの静摩擦力が増強されるので、パルサーリングのがたつきを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による動力舵取装置の舵角検出装置を示す断面図である。
【図２】図１中のロータリバルブに油圧を供給する電動ポンプのモータの制御回路図である。
【図３】図２中のコントローラの内部構成を示すブロック回路図である。
【図４】同コントローラにより提供されるモータ電流変化量とモータ駆動電圧との関係を示すグラフである。
【図５】同コントローラにより提供される操舵速度とモータ駆動電圧との関係を示すグラフである。
【図６】図１におけるパルサーリング周辺の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１バルブハウジング
２入力軸
２ａ穴
３トーションバー
４出力軸
５ロータリバルブ
６パルサーリング
６ａ被検出リング部
６ｂ取付部
７センサ
１１モータ
１２コントローラ
１７ボルト
１７ｂセレーション
１２１舵角信号検出部
１２２モータ電流検出部
１２３駆動電圧目標指示値決定部
１２４無負荷電流検出部
１２５モータ駆動部
１２６駆動電圧検出部
１２７駆動電圧決定部

Claims

動力舵取装置のバルブハウジング内にあって、外周部に穴を有する入力軸と、
前記入力軸に取り付けられた磁性体からなる所定形状の被検出リング部及び、この被検出リング部から前記入力軸の軸方向に延設された取付部を有する部材であって、前記入力軸に外挿され、その外挿部位における前記入力軸の外径より大きい内径を有し、前記取付部の外周側から内周側へ貫通した貫通ねじ孔を有するパルサーリングと、
前記被検出リング部に対向して前記バルブハウジングに設けられた、ホール素子を含むセンサと、
前記貫通ねじ孔に螺着され、先端部が前記穴に挿入された状態で緊締されたボルトと
を備えたことを特徴とする動力舵取装置の舵角検出装置。
前記ボルトの先端部にはセレーションが形成されていることを特徴とする請求項１記載の舵角検出装置。