JP3899202B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、操舵トルクを検出し、それに基づいてアシスト力を付与する構成にした電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に、従来例の電動パワーステアリング装置を示す。
ケーシング１には、出力軸２を挿入して、この出力軸２を回転自在に支持している。また、ケーシング１に、両端に図示しない車輪を連係させた転舵ロッド３を組み込んでいる。そして、上記出力軸２の先端に形成したピニオン２ａを、転舵ロッド３に設けたラック３ａにかみ合わせている。
【０００３】
なお、上記転舵ロッド３には、図示しない位置で、アシスト力を付与するための電動モータを連係させている。
さらに、ケーシング１には、上記出力軸２と同軸上に入力軸４を挿入して、この入力軸４を回転自在に支持している。この入力軸４は、図示しないステアリングホイールに連係するものである。
【０００４】
そして、入力軸４の中空部分にトーションバー５を組み込むとともに、このトーションバー５の一端を入力軸４にピン６を介して固定し、かつ、他端を出力軸２に固定している。したがって、これら入力軸４と出力軸２とは、トーションバー５をねじることで相対回転が許容されることになる。
【０００５】
このようにした電動パワーステアリング装置では、図示しないステアリングホイールを回すと、その回転が入力軸４に伝えられるが、出力軸２は、車輪側の負荷によって回転が妨げられている。したがって、操舵トルクに応じてトーションバー５がねじれ、入力軸４と出力軸２とが相対回転することになる。
【０００６】
そして、これら入力軸４と出力軸２との相対回転量及び方向を、次に述べるようにしてポテンショメータ７で検出している。
入力軸４及び出力軸２の外周面には、軸方向にスライド自在としたスリーブ材８を組み付けている。そして、入力軸２の外周面に突設したガイドピン９を、スリーブ材８に形成した螺旋溝１０に摺動自在に係合させている。また、出力軸２の外周面に突設したガイドピン１１を、スリーブ材８に形成した軸方向溝１２に摺動自在に係合させている。したがって、トーションバー５がねじれ、入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、これらガイドピン９、１１及び螺旋溝１０、軸方向溝１２の働きによって、スリーブ材８が軸方向にスライドすることになる。
【０００７】
上記スリーブ材８の外周面には、環状溝１３を形成している。そして、ケーシング１にポテンショメータ７を取り付けるとともに、このポテンショメータ７の検出ピン１４を、上記環状溝１３内に位置させている。
【０００８】
したがって、前述のようにスリーブ材８が軸方向にスライドすれば、検出ピン１４が動かされて、ポテンショメータ７は、スリーブ材８のスライド量及び方向を検出することができる。そして、このスリーブ材８のスライド量及び方向は、入力軸４と出力軸２との相対回転量及び方向によって決められるので、ポテンショメータ７の検出結果に基づいて、コントローラが図示しない電動モータの出力を制御すれば、操舵トルクに応じたアシスト力を得ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例のように、スリーブ材８の螺旋溝１０や軸方向溝１２内でガイドピン９、１１を摺動させたり、環状溝１３内で検出ピン１４を摺動させるのでは、長期間使用すると、これら溝１０、１２、１３やピン９、１１、１４が摩耗して、検出精度が落ちてしまうことがある。
【００１０】
また、ポテンショメータ７内でも、具体的に図示しないが、ワイパが抵抗素子上を摺動する構造となっているため、これらワイパや抵抗素子が摩耗してしまうことがある。しかも、ワイパが抵抗素子上を摺動する構造となっているため、その摺動抵抗によってノイズが発生してしまうおそれがある。
【００１１】
さらに、上記従来例のように、スリーブ材８を両軸２、４の外周面でスライドさせるのでは、スリーブ材８と両軸２、４との間にどうしてもクリアランスができてしまう。そのため、スリーブ材８ががたついてしまい、実際の操舵トルクと検出結果との間にヒステリシスが発生し、検出精度が低下してしまうことになる。
この発明の目的は、コアと差動コイルとを用いて操舵トルクを検出し、上記のような問題が発生することのない電動パワーステアリング装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ステアリングホイールに連係する入力軸と、車輪を転舵するための転舵ロッドに連係する出力軸と、同軸上に配置した入力軸と出力軸とを連結するトーションバーと、これら入力軸や出力軸を収納するケーシングと、アシスト力を付与するための電動モータとを備え、入力軸と出力軸との相対回転量及び方向を検出し、コントローラが、その検出結果に基づいて、電動モータの出力を制御する構成にした電動パワーステアリング装置を前提とする。 そして、入力軸あるいは出力軸のいずれか一方の外周面に固定したコアと、入力軸あるいは出力軸のいずれか他方の外周面に固定するとともに、上記トーションバーがノーマル状態にあるとき、上記コアに対して対称に位置する一対のコイルを非接触状態で隣り合わせた差動コイルと、入力軸あるいは出力軸のいずれか他方の外周面に固定するとともに、上記一対のコイルにそれぞれ接続した一対の二次コイルと、ケーシングの内周面に固定し、上記一対の二次コイルのそれぞれに磁気的にのみ結合させた一対の一次コイルとを備え、上記コントローラは、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、上記コアに対する一対のコイルの相対位置変化によって表れる一対の一次コイルの電流の差に基づいて、電動モータの出力を制御する構成にした点に特徴を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜図３に、この発明の電動パワーステアリング装置の実施例を示す。この実施例では、上記従来例のようにポテンショメータ７を使用するのではなく、コア１５及び差動コイル１６を用いて、操舵トルクを検出するようにしたものである。そして、電動パワーステアリング装置としての基本的な構造は上記従来例のものと同じなので、以下では、その相違点を中心に説明するとともに、従来例と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００１４】
なお、この実施例の電動パワーステアリング装置では、上記従来例のように転舵ロッド３に電動モータを連係させるのではなく、出力軸２にウォームホイール１７を設け、このウォームホイール１７に図示しない電動モータを連係させている。もちろん、その電動モータによってアシスト力を得ることは、従来例となんら変わりない。
【００１５】
図１に示すように、出力軸２の後端側外周面にスペーサ１８を固定し、このスペーサ１８上にコア１５を載置している。このスペーサ１８は、コア１５と金属製の出力軸２とを、磁気的に絶縁するためのものである。
一方、入力軸４の先端側外周面にスペーサ１９を固定し、このスペーサ１９上に差動コイル１６を載置している。このスペーサ１９は、差動コイル１６と金属製の入力軸４とを、電気的に絶縁するためのものである。
【００１６】
このようにした電動パワーステアリング装置では、上記コア１５と差動コイル１６とが非接触状態で隣り合うように配置され、入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、コア１５と差動コイル１６との相対位置も変化する。言い換えれば、これらコア１５と差動コイル１６との相対位置変化を検出すれば、入力軸４と出力軸２との相対回転量及び方向を知ることができる。したがって、コントローラＣが、コア１５と差動コイル１６との相対位置変化に基づいて電動モータの出力を制御することで、操舵トルクに応じたアシスト力を得ることができる。
【００１７】
入力軸４の外周面には、一対の二次コイル２１ａ、２１ｂを固定し、また、ケーシング１の内周面には、上記二次コイル２１ａ、２１ｂを囲むように一対の一次コイル２０ａ、２０ｂを固定している。このようにした一次コイル２０ａ、２０ｂと二次コイル２１ａ、２１ｂとは、磁気的にのみ結合したものである。そして、上記コア１５と差動コイル１６との相対位置変化を、詳しくは後述するが、これら一次コイル２０ａ、２０ｂと二次コイル２１ａ、２１ｂとを介して、電気信号として外部のコントローラＣに伝えるようにしている。
【００１８】
図２には、上記コア１５、差動コイル１６、一次コイル２０ａ、２０ｂ、二次コイル２１ａ、２１ｂの関係を示す。
入力軸４に固定した差動コイル１６は、同タイプの一対のコイル１６ａ、１６ｂからなり、これらコイル１６ａ、１６ｂに差動巻きの関係を持たせている。そして、前述したように、コイル１６ａ、１６ｂに隣り合って、出力軸２に固定したコア１５が位置することになる。
上記コイル１６ａには、入力軸４に固定した二次コイル２１ａを接続して、閉回路である二次回路Ａ2を構成している。同じく、上記コイル１６ｂには、入力軸４に固定した二次コイル２１ｂを接続して、閉回路である二次回路Ｂ2を構成している。
【００１９】
また、一次コイル２０ａ、２０ｂを、変換器Ｔ内に設けた交流電源２２にパラレルに接続している。したがって、一次コイル２０ａ、２０ｂにはそれぞれ電流が流れて、各一次コイル２０ａ、２０ｂに磁束が生じることになる。
変換器Ｔ内では、一次コイル２０ａ、２０ｂのそれぞれに、抵抗値Ｒを有する抵抗２３ａ、２３ｂを直列に接続して、アースさせている。
【００２０】
このようにした回路では、一次コイル２０ａからみたインダクタンスをＬａ、一次コイル２０ｂからみたインダクタンスをＬｂとすると、インダクタンスＬａは、コイル２０ａ、２１ａの相互インダクタンスとコイル１６ａのインダクタンスで決まり、インダクタンスＬｂは、コイル２０ｂ、２１ｂの相互インダクタンスとコイル１６ｂのインダクタンスで決まる。そして、一次コイル２０ａ、抵抗２３ａ側の回路Ａ1を流れる電流Ｉａ、一次コイル２０ｂ、抵抗２３ｂ側の回路Ｂ1は、それぞれ、
Ｉａ＝Ｖ／Ｚａ
Ｉｂ＝Ｖ／Ｚｂ
Ｖ ：交流電源の電圧
Ｚａ：Ｌａ、Ｒからなるインピーダンス
Ｚｂ：Ｌｂ、Ｒからなるインピーダンス
で表される。
【００２１】
次に、この実施例の電動パワーステアリング装置の作用を説明する。
図示しないステアリングホイールが中立位置にあるとき、図２に示すように、コア１５はコイル１６ａ、１６ｂに対して対称位置にある。このとき、コイル１６ａ、１６ｂのインダクタンスは等しくなる。また、コイル２０ａ、２１ａの相互インダクタンスと、コイル２０ｂ、２１ｂの相互インダクタンスとを同じ値にする。
【００２２】
この状態では、一次コイル２０ａ、２０ｂからみたインダクタンスＬａ、Ｌｂは同じ値となり、インピーダンスＺａ、Ｚｂも同じ値となる。したがって、回路Ａ1、Ｂ1を流れる電流Ｉａ、Ｉｂが等しく、抵抗２３ａ、２３ｂでの電圧降下も等しくなる。
【００２３】
それに対して、図示しないステアリングホイールを回して、入力軸４と出力軸２とが相対回転し、例えば、コア１５が、差動コイル１６に対して矢印ｋ方向に相対移動したとする。
コア１５が矢印ｋ方向に相対移動すると、その移動に比例して、コイル１６ａのインダクタンスが大きくなり、コイル１６ｂのインダクタンスが小さくなる。この状態では、一次コイル２０ａからみたインダクタンスＬａが大きくなり、一次コイル２０ｂからみたインダクタンスＬｂが小さくなる。これにより、回路Ａ1側のインピーダンスＺａが大きくなり、回路Ｂ1側のインピーダンスＺｂが小さくなるので、電流Ｉａが小さくなり、電流Ｉｂが大きくなる。
【００２４】
以上述べたように、コア１５と差動コイル１６との相対位置変化は、回路Ａ1、Ｂ1を流れる電流Ｉａ、Ｉｂの差となって表れる。
そして、この電流Ｉａ、Ｉｂの差は、抵抗２３ａ、２３ｂでの電圧降下の差を検出すれば知ることができる。抵抗２３ａ、２３ｂでの電圧降下の差は、図３に示すように、コア１５と差動コイル１６との相対位置変化に対して、ほぼリニアに変化することになる。
【００２５】
各抵抗２３ａ、２３ｂでの電圧降下は、図２に示すように、変換器Ｔに設けた検出部２４ａ、２４ｂでそれぞれ検出している。そして、出力部２５では、検出部２４ａ、２４ｂで検出された電圧の差を増幅させた形で、コントローラＣに出力している。
したがって、コントローラＣは、コア１５と差動コイル１６との相対位置変化に基づいて、図示しない電動モータの出力を制御することができ、操舵トルクに応じたアシスト力を得ることができる。
【００２６】
なお、検出部２４ａ、２４ｂで検出される電圧は交流値となっているので、これら検出部２４ａ、２４ｂでは、それを実効値に変換して、出力部２５に伝えている。実効値とは、電圧の瞬時値の２乗の平均の平方根をいうものである。
また、検出部２４ａ、２４ｂは、実効値を出力するのではなく、単にピーク値を出力するようにしてもよい。
【００２７】
以上述べた実施例の電動パワーステアリング装置によれば、入力軸４と出力軸軸２とが相対回転すると、コア１５と差動コイル１６とが非接触の状態で相対位置を変化するので、これらコア１５や差動コイル１６が摩耗するようなことがなく、検出精度を維持することができる。
しかも、ポテンショメータ７を用いないので、その内部のワイパや抵抗素子が摩耗したり、摺動抵抗によってノイズが発生したりすることもない。
さらに、スリーブ材８を両軸２、４の外周面でスライドさせるのではないので、がたつきが生じる箇所がなく、ヒステリシスの発生を抑えて、検出精度が低下するのを防ぐことができる。
【００２８】
また、上記コア１５と差動コイル１６との相対位置変化を検出するのに、磁気的にのみ結合する一次コイル２０ａ、２０ｂと二次コイル２１ａ、２１ｂとを利用しているので、差動コイル１６を、変換器Ｔから分離した状態にしておくことができる。
例えば、差動コイル１６を、コード類を介して変換器Ｔに接続すれば、差動コイル１６で発生する電気的な変化を、変換器Ｔで直接的に検出することも可能である。
【００２９】
しかし、差動コイル１６がコード類を介して変換器Ｔ側につながっているので、そのコード類が短いと、入力軸４が回転したとき、差動コイル１６と変換器Ｔとが、そのコード類を介して引っ張り合ってしまうおそれもある。
一方、コード類に余裕を持たせて長くしておくと、入力軸４が回転したとき、そのコード類がねじれてしまうおそれがある。特に、ステアリングは頻繁に行われるものなので、そのコード類が何回もねじられることになり、場合によっては、入力軸４に絡みついてしまうおそれもある。
【００３０】
それに対して、上記実施例では、一次コイル２０ａ、２０ｂと二次コイル２１ａ、２１ｂと磁気的にのみ結合するので、差動コイル１６を、変換器Ｔ側から分離した状態にしておくことができる。したがって、コード類を用いる必要もなく、そのコード類が引っ張られたり、入力軸４に絡みついてしまったりするおそれはない。
なお、図１に示すように、差動コイル１６のコイル１６ａ、１６ｂを、コード２６、２７を介して二次コイル２１ａ、２１ｂに接続している。ただし、これら差動コイル１６及び二次コイル２１ａ、２１ｂは、いずれも入力軸４に固定されたものなので、入力軸４が回転しても、両者の相対位置は変化しない。したがって、このコード２６、２７に関していえば、引っ張られたり、入力軸４に絡みついてしまったりすることはない。
【００３１】
【発明の効果】
第１の発明によれば、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、コアと差動コイルとが非接触の状態で相対位置を変えるので、これらコアや差動コイルが摩耗するようなことがなく、検出精度を維持することができる。
しかも、ポテンショメータを用いないので、その内部のワイパや抵抗素子が摩耗したり、摺動抵抗によってノイズが発生したりすることもない。
さらに、がたつきが生じる箇所がなく、ヒステリシスの発生を抑えて、検出精度が低下するのを防ぐことができる。
【００３２】
また、コアと差動コイルとの相対位置変化を、磁気的に結合する一次コイルと二次コイルとを介してコントローラ側に伝えるようにしたので、差動コイルをコントローラ側に接続するのにコード類を用いる必要がなく、差動コイルをコントローラ側から分離した状態にしておくことができる。したがって、コード類が引っ張られたり、入力軸に絡みついてしまったりするおそれはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の電動パワーステアリング装置を示す断面図である。
【図２】コア１５と差動コイル１６との関係を示す回路図である。
【図３】抵抗２３ａ、２３ｂでの電圧降下の差と、コア１５と差動コイル１６との相対位置変化との関係を示す特性図である。
【図４】従来例の電動パワーステアリング装置を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｃ コントローラ
Ｔ 変換器
１ ケーシング
２ 出力軸
３ 転蛇ロッド
４ 入力軸
５ トーションバー
１５ コア
１６ 差動コイル
１６ａ、１６ｂ コイル
２０ａ、２０ｂ 一次コイル
２１ａ、２１ｂ 二次コイル
２２ 交流電源
２３ａ、２３ｂ 抵抗
２４ａ、２４ｂ 検出部
２５ 出力部

Claims (1)

1. ステアリングホイールに連係する入力軸と、車輪を転舵するための転舵ロッドに連係する出力軸と、同軸上に配置した入力軸と出力軸とを連結するトーションバーと、これら入力軸や出力軸を収納するケーシングと、アシスト力を付与するための電動モータとを備え、入力軸と出力軸との相対回転量及び方向を検出し、コントローラが、その検出結果に基づいて、電動モータの出力を制御する構成にした電動パワーステアリング装置において、入力軸あるいは出力軸のいずれか一方の外周面に固定したコアと、入力軸あるいは出力軸のいずれか他方の外周面に固定するとともに、上記トーションバーがノーマル状態にあるとき上記コアに対して対称に位置する一対のコイルを非接触状態で隣り合わせた差動コイルと、入力軸あるいは出力軸のいずれか他方の外周面に固定するとともに、上記一対のコイルにそれぞれ接続した一対の二次コイルと、ケーシングの内周面に固定し、上記一対の二次コイルのそれぞれに磁気的にのみ結合させた一対の一次コイルとを備え、上記コントローラは、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、上記コアに対する一対のコイルの相対位置変化によって表れる一対の一次コイルの電流の差に基づいて、電動モータの出力を制御する構成にしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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