JP3852828B2

JP3852828B2 - トルクセンサの中点設定方法

Info

Publication number: JP3852828B2
Application number: JP2001380626A
Authority: JP
Inventors: 博之高橋
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: JP2003182603A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトルクセンサの中点設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図９に示すように、車両の電動パワーステリング装置に用いられ得るトルクセンサが知られている（特開２０００−２８３８６３号公報）。このトルクセンサでは、トーションバー９０が軸方向に延在されており、このトーションバー９０の上端にはトーションバー９０と同軸をなす中空の入力軸９１がピン９６により連結されている。この入力軸９１の上部には図示しない車両の操舵ハンドルが連結され得る。
【０００３】
また、トーションバー９０の下端にはトーションバー９０及び入力軸９１と同軸をなす一部中空の出力軸９２がスプライン嵌合及び圧入により連結され、出力軸９２の下部にはピニオン９２ａが一体に形成されている。
【０００４】
これら入力軸９１及び出力軸９２の外周にはベアリング９５ａ、９５ｂを介してアッパーハウジング９３及びアンダーハウジング９４が設けられており、アンダーハウジング９４内には出力軸９２のピニオン９２ａと噛合するラックバー８１が保持されている。このラックバー８１には操舵力をアシストする図示しないモータが設けられる。
【０００５】
アッパーハウジング９３内では、磁性材料からなる第１センサリング９７が入力軸９１に固定されている。また、磁性材料からなる第２センサリング９８が出力軸９２に固定されている。さらに、第１、２センサリング９７、９８に外周側から対面するコイル９９が固定されている。また、このコイル９９を囲包し、第１、２センサリング９７、９８とともに磁気回路を形成すべく、ガイド８５及びスペーサ８６が固定されている。第１、２センサリング９７、９８、コイル９９、ガイド８５及びスペーサ８６がトーションバー９０に作用するねじれに基づくトルク信号を検出する検出部である。かかる構成のトルクセンサ本体はコイル９９がインターフェース回路（以下、Ｉ／Ｆ回路という。）８０に接続され、かつＩ／Ｆ回路８０が図示しないＥＣＵに接続されてトルクセンサとされる。Ｉ／Ｆ回路８０及びＥＣＵが制御部である。
【０００６】
このトルクセンサでは、車両の操舵ハンドルの操作により、入力軸９１にトルクが伝わると、トーションバー９０がねじれることにより、入力軸９１と出力軸９２との間で相対変位を生じる。これにより、第１、２センサリング９７、９８の対面面積が変化し、コイル９９のインダクタンスが変化する。このインダクタンスの変化による出力信号は、Ｉ／Ｆ回路８０を介しトルク信号としてＥＣＵに入力される。このため、このトルクセンサが採用された電動パワーステアリング装置においては、トルクに応じた操舵力がモータによりラックバー８１にアシストされることとなる。
【０００７】
ここで、このトルクセンサでは、図１０に示すように、横軸にトルク（Ｎｍ）、縦軸にトルク信号Ｔ（Ｖ）をとれば、トルク信号Ｔは付加されたトルクに比例する。横軸は、中央がトーションバー９０にねじれが作用しない、すなわちトルクがゼロである機械的な中点Ｏ（以下「中点Ｏ」と省略）を表し、左方向が操舵ハンドルを左に切った左方向トルク、右方向が操舵ハンドルを右に切った右方向トルクを表す。また、Ａは操舵ハンドルを左エンド（トーションバー９０の最大許容左ねじれ角の位置）まで切った左方向最大トルクを表し、Ｄは操舵ハンドルを右エンド（トーションバー９０の最大許容右ねじれ角の位置）まで切った右方向最大トルクを表す。さらに、Ｂ及びＣは、トルクとトルク信号Ｔとが比例する比例限界トルクを表す。したがって、トルク信号Ｔは、ＡＢ間で最小のトルク信号Ｔ１、ＣＤ間で最大のトルク信号Ｔ３となる。また、ＢＣ間では、トルクとトルク信号Ｔとは比例し、中点Ｏにおいてトルク信号Ｔ２となる。このＳ１が理想特性を示すトルクセンサのトルク信号直線である。このトルク信号直線Ｓ１を有するトルクセンサでは、左方向トルクと右方向トルクとの大きさが同じであれば、ＥＣＵに入力されるトルク信号ＴのＴ２からの偏差（絶対値）の大きさも同じである。そして、ＥＣＵはトルク信号ＴのＴ２からの偏差（絶対値）に基いて操舵力をアシストするモータを制御する。
【０００８】
しかしながら、図１１に示すように、トルクセンサは、組み付けのバラツキにより、中点Ｏにおけるトルク信号ＴがＴ２からＴ４にシフトして、トルク信号直線がＳ２のようになることがある。トルク信号直線Ｓ２においては、比例限界トルクがＢ、ＣからＢ１、Ｃ１にシフトしている。また、中点Ｏを示すトルク信号Ｔ２に対応するトルクがＯからＯ１にシフトしている。したがって、このままでは、ＥＣＵはトーションバー９０に左方向トルクＯ１が加わわっているにもかかわらず、その位置を中点Ｏと判断してしまうため、検出精度が左右でアンバランスを生じてしまう。こうしたトルクセンサを車両の電動パワーステアリング装置に用いれば、左右のアシストのバランスが崩れてしまう。
【０００９】
このような場合を考慮して、トルクセンサでは、組み付け完成後、次のような手順で中点設定を行っている。まず、トーションバー９０にねじれが作用しない状態にして、この状態を中点Ｏとする。そして、中点Ｏにおけるトルク信号Ｔ４を読み取り、トルク信号Ｔ２からのオフセット値（Ｔ４−Ｔ２）をＥＣＵのメモリに書き込む。
【００１０】
このようにして、中点設定がなされたトルクセンサでは、ＥＣＵに入力されたトルク信号Ｔがオフセット値（Ｔ４−Ｔ２）を参照して補正された後、モータへの出力信号とされる。こうしたトルクセンサを車両の電動パワーステアリング装置に用いれば、ある程度バランスよく、左右のアシストを行なうことができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のトルクセンサの中点設定方法では、トーションバー９０の残留ねじれが考慮されていないため、使用中、折角設定した中点Ｏにおけるトルク信号Ｔがシフトしてしまう虞がある。
【００１２】
具体的に説明すると、組み付け直後のトルクセンサは、たとえ図９に示すトーションバー９０自体にねじれが作用しない状態で組み付けを行なったとしても、ベアリング９５ａ、９５ｂ等の回転抵抗により、トーションバー９０にはねじれが残留してしまうことがある。つまり、トーションバー９０にねじれが残留した状態、換言すればトーションバー９０が完全に自由状態（中立状態）になっていない状態でのトルク信号を中点として設定してしまうことがある。そのようにして、図１２に示すトルク信号Ｔ５（またはＴ６）を中点Ｏとして設定した場合のトルク信号直線はＳ３（またはＳ４）となり、トルク信号Ｔ５（またはＴ６）を出力している状態が、操舵ハンドルに操舵トルクが作用していない状態として認識される。これに対して、Ｓ５が使用によってトーションバー９０の残留ねじれが開放された後のトルク信号直線、すなわち、真のトルク信号直線であり、トルク信号Ｔ７が真の中点でのトルク信号である。
【００１３】
そのため、トルク信号Ｔ５に基づいて中点設定をしたのでは、使用中にトーションバー９０の残留ねじれが開放され、中点Ｏにおけるトルク信号ＴがＴ５からＴ７にシフトする。つまり、トーションバー９０の残留ねじれが開放され、トルクセンサが真の中点にあるにもかかわらず、このときのトルク信号Ｔ７は、前記のようにトルク信号Ｔ５を中点でのトルク信号として設定した状況下では、左トルクＯ３が作用しているものとしてＥＣＵに認識されてしまう。また、トルク信号Ｔ６に基いて中点設定した場合も同様に、真の中点でのトルク信号Ｔ７は、右トルクＯ２が作用しているものとしてＥＣＵに認識されてしまう。こうして、これらのトルクセンサでは、検出精度が使用中に左右でアンバランスを生じてしまう。この場合、電動パワーステアリング装置としては、左右のアシストにアンバランスを生じることとなってしまう。
【００１４】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、検出精度が使用中に左右でアンバランスを生じ難いトルクセンサを提供することを解決すべき課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のトルクセンサの中点設定方法は、軸方向に延在するトーションバーと、該トーションバーの一端に連結され、該トーションバーと同軸をなす入力軸と、該トーションバーの他端に連結され、該トーションバー及び該入力軸と同軸をなす出力軸と、該入力軸と該出力軸との間に設けられ、該トーションバーに作用するねじれに基づくトルク信号を検出する検出部と、該検出部と接続された制御部とからなるトルクセンサを用い、該ねじれのない該トルク信号の中点を該制御部に設定するトルクセンサの中点設定方法であって、前記入力軸及び前記出力軸を相対回転させる力を加えることにより前記トーションバーに前記ねじれを生じさせ、この加えた力を開放することにより該トーションバーに残留する該ねじれを開放する残留ねじれ開放工程と、該残留ねじれ開放工程後、前記制御部に前記中点を設定する中点設定工程とからなることを特徴とする。
【００１６】
本発明の中点設定方法では、組み付け後のトルクセンサに対し、残留ねじれ開放工程によりトーションバーに残留するねじれを開放するため、トルク信号直線のヒステリシスをほとんど除去することができる。これにより、トルクとトルク信号とがほぼ一対一に対応し、中点におけるトルク信号もほぼ一定となる。そして、残留ねじれ開放工程後の中点設定工程において制御部に中点を設定するため、中点におけるトルク信号のシフトを防止することができる。
【００１７】
したがって、本発明の中点設定方法によれば、検出精度が使用中に左右でアンバランスを生じ難いトルクセンサを得ることができる。こうして得られたトルクセンサを車両の電動パワーステアリング装置に用いれば、使用中において、左右のアシストがバランス良く行なわれることとなる。
【００１８】
残留ねじれ開放工程は、一方向への相対回転及び開放を行う第１工程と、逆方向への相対回転及び開放を行う第２工程とからなることが好ましい。これにより、より確実にトルク信号直線のヒステリシスを除去することができる。
【００１９】
残留ねじれ開放工程において、入力軸及び出力軸を相対回転させる際、予め設定されているトーションバーの最大許容ねじれ角まで相対回転させることが好ましい。これにより、確実にトルク信号直線のヒステリシスを除去することができる。入力軸及び出力軸を相対回転させるに際し、入力軸と出力軸との間には、それらの相対回転を規制する規制部が設けられている。この規制部により、トーションバーのねじれを最大許容ねじれ角内に抑えることができ、入力軸と出力軸とが必要以上に相対回転することを防止することができる。このため、残留ねじれ開放工程を行なう際にも、入力軸及び出力軸を過剰に相対回転させることがなく、中点設定時に欠陥品を生じることを防止できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。なお、実施形態のトルクセンサの主な機械的構成は、図９のものと同様であり、図９に示した従来の機械的構成と同一の構成については同一の符号を用いることとし、その説明を省略する。
【００２１】
本実施形態のトルクセンサの中点設定方法では、図１に示すように、トルクセンサが車両組み付け前の電動パワーステアリング装置に組み付けられた状態で中点の設定が行われる。
【００２２】
トルクセンサは、入力軸９１、出力軸９２、アッパーハウジング９３、アンダーハウジング９４、ＥＣＵ１９及びコネクタ５、１８を有している。また、このトルクセンサでは、図２に示すように、入力軸９１と出力軸９２との間に、規制部としてのマニュアルストッパ１０が設けられている。このマニュアルストッパ１０では、出力軸９２に軸直角方向の断面形状が十文字の凹部９２ａが凹設され、入力軸９１には凹部９２ａよりやや小径をなす軸直角方向の断面形状が十文字の凸部９１ａが形成されている。これにより、凸部９１ａは、トーションバー９０を中心とし、凹部９２ａ内を予め設定したトーションバー９０の最大許容ねじれ角（約±６度）の範囲で回動可能にされている。なお、トーションバー９０の上部は入力軸９１に固定され、トーションバー９０の下部は出力軸９２に固定されている。
【００２３】
このトルクセンサは、図１に示すように、電動パワーステアリング装置に組み付けられている。この電動パワーステアリング装置では、アッパーハウジング９３にハウジングチューブ１が固定されている。また、ハウジングチューブ１内において、入力軸９１がアッパーシャフト２と固定されている。アッパーシャフト２は図示しないベアリングによりハウジングチューブ１内で回転可能とされ、アッパーシャフト２の回転が入力軸９１に伝達されるようになっている。さらに、ハウジングチューブ１には、電動パワーステアリング装置を車体に固定するためのアッパーブラケット３が設けられている。一方、出力軸９２は、ロアシャフト５に固定され、出力軸９２の回転がロアシャフト５に伝達されるようになっている。また、アッパーハウジング９３及びアンダーハウジング９４には、アッパーブラケット３とともに電動パワーステアリング装置を車体に固定するためのロアブラケット４が設けられている。
【００２４】
この電動パワーステアリング装置について、トルクセンサの中点設定のための準備が行われる。まず、ロアブラケット４を治具１１に固定することにより、電動パワーステアリング装置が垂直に固定される。また、ロアシャフト５が治具１２によりクランプされ、その回転が規制される。さらに、電源１６、電圧計１５及び負荷１４の接続されたコネクタ１３がコネクタ５に接続される。そして、アッパーシャフト２の上端にＴ字バー１７が取り付けられる。
【００２５】
以上のように準備された電動パワーステアリング装置において、まず残留ねじれ開放工程が実行される。残留ねじれ開放工程は、第１工程と第２工程とからなる。
【００２６】
第１工程においては、図３に示すように、Ｔ字バー１７を右エンドまで切って、トーションバー９０に右方向最大トルクＤを加える。この際、マニュアルストッパ１０の働きにより、入力軸９１と出力軸９２とが必要以上に相対回転することを防止することができ、トーションバー９０のねじれを一定範囲内に抑えることができる。この状態において、電圧計１５にはトルク信号Ｔ３が表示される。そして、Ｔ字バー１７に加えた力を開放し、Ｔ字バー１７の動きが静止するまで待つ。この際、トルク信号ＴはＴ３から矢印のように減少し、Ｔ字バー１７の動きとともに増減を繰り返して、最終的にＴ８が電圧計１５に表示される。こうして、第１工程が終了する。
【００２７】
次に、第２工程において、Ｔ字バー１７を左エンドまで切って、トーションバー９０に左方向最大トルクＡを加える。この場合も、マニュアルストッパ１０の働きにより、トーションバー９０のねじれを一定範囲内に抑えることができる。この状態において、電圧計１５にはトルク信号Ｔ１が表示される。そして、Ｔ字バー１７に加えた力を開放し、Ｔ字バー１７の動きが静止するまで待つ。この際、トルク信号ＴはＴ１から矢印のように増加して、Ｔ字バー１７の動きとともに増減を繰り返して、最終的にＴ９が電圧計１５に表示される。こうして、第２工程が終了し、残留ねじれ開放工程が終了する。
【００２８】
この残留ねじれ工程が終了すると、図４に示すように、トルク信号直線はＳ６のようになり、中点Ｏにおけるトルク信号ＴはＴ９となる。なお、トルク信号直線Ｓ１は、図１０にも示す理想特性のトルク信号直線であり、中点Ｏにおけるトルク信号ＴはＴ２である。
【００２９】
残留ねじれ開放工程後、中点設定工程が実行される。中点設定工程においては、電圧計１５に表示されたトルク信号Ｔ８とＴ９との値が一定値（０．００８Ｖ）以下であることを確認し、図１に示すコネクタ５をコネクタ１３からコネクタ１８に切り替える。そして、図４に示す中点Ｏにおけるトルク信号Ｔ９が読み取られ、トルク信号Ｔ２からのオフセット値（Ｔ９−Ｔ２）がＥＣＵ１９のメモリに書き込まれる。こうして、トルクセンサの中点設定が終了する。
【００３０】
この中点設定方法では、組み付け後のトルクセンサに対し、残留ねじれ開放工程によりトーションバー９０に残留するねじれを開放するため、トルク信号直線のヒステリシスをほとんど除去することができる。特に、残留ねじれ開放工程は、右方向への相対回転及び開放を行う第１工程と、左方向への相対回転及び開放を行う第２工程とからなるため、より確実にトルク信号直線のヒステリシスを除去することができる。こうして、トルクとトルク信号Ｔとがほぼ一対一に対応し、中点Ｏにおけるトルク信号Ｔ９もほぼ一定となる。そして、残留ねじれ開放工程後の中点設定工程において、トルク信号Ｔ２からのオフセット値（Ｔ９−Ｔ２）としてＥＣＵ１９のメモリに中点Ｏを設定するため、中点Ｏにおけるトルク信号Ｔ９のシフトを防止することができる。なお、残留ねじれ開放工程は、この実施形態では第１、２工程により左右両方向への相対回転及び開放を行っているが、左右いずれか一方向への相対回転及び開放を行うだけでもよい。
【００３１】
したがって、この中点設定方法によれば、検出精度が使用中に左右でアンバランスを生じ難いトルクセンサを得ることができる。そして、このトルクセンサが組み付けられた電動パワーステアリング装置によれば、使用中において、左右のアシストがバランス良く行なわれることとなる。
【００３２】
上記の治具１１、１２、Ｔ字バー１７等を用いて、残留ねじれの開放方法による中点Ｏにおけるトルク信号Ｔのトルク信号Ｔ２からのオフセット値のバラツキを調べた。図５は、Ｔ字バー１７を右エンド又は左エンドまで切って、その後開放した場合のオフセット値のバラツキを表す。これに対して、図６は、Ｔ字バー１７を右又は左に１度〜２度切って、その後開放した場合のオフセット値のバラツキを表す。
【００３３】
ここで、オフセット値のバラツキの要因を考慮すると、中点設定によるオフセット値のバラツキの許容値は±０．０１２７５Ｖ（トルクのバラツキの許容値±０．１Ｎｍ）であることが望ましい。Ｔ字バー１７を右エンド又は左エンドまで切った場合、図５に示すように、オフセット値のバラツキは全て許容値の範囲内である。また、Ｔ字バー１７を右又は左に１度〜２度切った場合、図６に示すように、オフセット値のバラツキの一部が許容値の範囲を超えている。したがって、Ｔ字バー１７を右エンド又は左エンドまで切った場合の方が、Ｔ字バー１７を右又は左に１度〜２度切った場合よりも優れていることがわかる。本実施形態の場合、残留ねじれ開放工程は、右方向への相対回転及び開放を行う第１工程と、左方向への相対回転及び開放を行う第２工程とからなるため、オフセット値のバラツキはさらに小さくなるものと考えられる。ここで、上記中点設定工程における一定値（０．００８Ｖ）は、図５に示すデータから算出したものである。
【００３４】
なお、Ｔ字バー１７の慣性力の大小がオフセット値のバラツキに影響を与えるか否かについも調べた。すなわち、Ｔ字バー１７におもりを付けない場合と付けた場合（０．８６ｋｇｆ、１．５ｋｇｆ）とにおいて、オフセット値のバラツキを比較した。その結果、おもりの有無はオフセット値のバラツキに影響を与えないことが判明した。
【００３５】
この電動パワーステアリング装置を実機に搭載した場合の操舵力のアシストについて説明する。図７は、トルクセンサからのトルク信号ＴとＥＣＵ１９によるモータへの供給電流ＩＭとの関係を示している。ただし、横軸はトルク信号Ｔをトルクに対応させて表している。この場合、中点Ｏ近辺において不感帯（トルクが加わっているにもかかわらず、モータへの供給電流ＩＭがゼロである領域）が設けられているのは、僅かなトルクに対して過剰に操舵力をアシストするのを防止して、安全を確保するためである。また、図８は、モータへの供給電流ＩＭとモータによるアシストトルクＴＭとの関係を示している。ただし、横軸はモータへの供給電流ＩＭをトルクに対応させて表している。この場合においても、中点Ｏ近辺において不感帯が設けられることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のトルクセンサの中点設定方法に係り、中点設定装置の模式図である。
【図２】実施形態のトルクセンサのマニュアルストッパに係り、図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。
【図３】実施形態のトルクセンサの中点設定方法に係り、トルク信号直線を表すグラフである。
【図４】実施形態のトルクセンサの中点設定方法に係り、トルク信号直線を表すグラフである。
【図５】Ｔ字バーを右エンド又は左エンドまで切った場合の中点におけるトルク信号のオフセット値のバラツキを表すグラフである。
【図６】Ｔ字バーを右又は左に１度〜２度切った場合の中点におけるトルク信号のオフセット値のバラツキを表すグラフである。
【図７】トルク信号とモータへの供給電流との関係を表すグラフである。
【図８】モータへの供給電流とアシストトルクとの関係を表すグラフである。
【図９】トルクセンサの縦断面図である。
【図１０】理想特性を示すトルクセンサのトルク信号直線を表すグラフである。
【図１１】従来のトルクセンサの中点設定方法に係り、トルク信号直線を表すグラフである。
【図１２】トルクセンサのトルク信号直線を表すグラフである。
【符号の説明】
９０…トーションバー
９１…入力軸（入力軸）
９２…出力軸（出力軸）
９７、９８、９９、８５、８６…検出部（９７…第１センサリング、９８…第２センサリング、９９…コイル、８５…ガイド、８６…スペーサ）
８０、１９…制御部（８０…Ｉ／Ｆ回路、１９…ＥＣＵ）
１０…規制部（マニュアルストッパ）

Claims

軸方向に延在するトーションバーと、該トーションバーの一端に連結され、該トーションバーと同軸をなす入力軸と、該トーションバーの他端に連結され、該トーションバー及び該入力軸と同軸をなす出力軸と、該入力軸と該出力軸との間に設けられ、該トーションバーに作用するねじれに基づくトルク信号を検出する検出部と、該検出部と接続された制御部とからなるトルクセンサを用い、該ねじれのない該トルク信号の中点を該制御部に設定するトルクセンサの中点設定方法であって、
前記入力軸及び前記出力軸を相対回転させる力を加えることにより前記トーションバーに前記ねじれを生じさせ、この加えた力を開放することにより該トーションバーに残留する該ねじれを開放する残留ねじれ開放工程と、
該残留ねじれ開放工程後、前記制御部に前記中点を設定する中点設定工程とからなることを特徴とするトルクセンサの中点設定方法。
残留ねじれ開放工程は、一方向への相対回転及び開放を行う第１工程と、逆方向への相対回転及び開放を行う第２工程とからなることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサの中点設定方法。
残留ねじれ開放工程において、入力軸及び出力軸を相対回転させる際、予め設定されているトーションバーの最大許容ねじれ角まで相対回転させることを特徴とする請求項１又は２記載のトルクセンサの中点設定方法。